Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://kodomo.fbb.msu.ru/FBB/StudentScience/diplom_2009/Bunik.doc Дата изменения: Mon Jul 13 11:25:44 2009 Дата индексирования: Tue Oct 2 11:57:12 2012 Кодировка: koi8-r

Тематика проектов в.н.с. отдела Биокинетики, д.х.н. Виктории Ивановны
Буник, в рамках которой предлагаются темы дипломных и курсовых работ:

1. Очистка и характеристика комплексов дегидрогеназ 2-оксокислот из
митохондрий мозга крыс
2. Взаимодействие 2-оксоглутаратдегидрогеназного комплекса мозга с
тиамином и его производными
3. Получение апофермента 2-оксоглутаратдегидрогеназы мозга и
характеристика его взаимодействия с коферментом тиаминдифосфатом
4. Регуляция процесса окислительного декарбоксилирования 2-оксоглутарата
in vivo (с использованием моделей острой гипоксии и алкоголизма крыс)

Проект 1: Разработка способов управления узлом сопряжения процессов
биотрансформации углеводов и аминокислот

Целью данного проекта является управление функциями клетки путем
воздействия на одно из ключевых звеньев центрального метаболизма - точку
пересечения энергетического и азотного обмена на уровне 2-оксоглутарата.
Трансаминазная реакция 2-оксоглутарата и его необратимая утилизация в
реакции окислительного декарбоксилирования, катализируемой 2-
оксоглутаратдегидрогеназным комплексом (ОГДК), являются альтернативными
путями превращений 2-оксоглутарата, приводящими, соответственно, к
синтезу глутамата и получению энергии. Соотношение 2-
оксоглутарат/глутамат выполняет сигнальную функцию в адаптациях
различного типа клеток, в связи с чем возможность манипулировать этим
узлом метаболизма путем ингибирования ОГДК открывает перспективы как для
управления синтетическими реакциями при промышленном использовании
микроорганизмов и в биоинженерии растений, так и для медицинских
исследований нейромедиаторной и токсической функций глутамата.
Постановка цели данного проекта основана на результатах наших
многолетних исследований механизма катализа и регуляции полиферментных
комплексов дегидрогеназ 2-оксокислот, позволивших предложить фосфоновые
аналоги 2-оксоглутарата в качестве специфических ингибиторов ОГДК in
vivo, синтезировать серию таких аналогов и охарактеризовать их
воздействия на клетки и животных. К настоящему времени мы показали
нейропротекторный эффект фосфоновых аналогов 2-оксоглутарата при
исследованиях действия низких их концентраций в моделях глутаматной
нейротоксичности. С другой стороны, увеличение концентраций аналогов
должно приводить к существенному ингибированию ОГДК, снижению АТФ и
синтезу глутамата, избыток которого токсичен для нейронов. По-видимому,
это лежит в основе известной корреляции между пониженной активностью
мозгового ОГДК и нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезни
Альцгеймера, Паркинсона и хронический алкоголизм. Критичность
рассматриваемого узла метаболизма для функционирования нервной ткани
определяет приоритет выполнения проекта на нейронах и ОГДК мозга. В
пользу такого выбора говорят и хорошо разработанные методы регистрации
нейронального ответа на повышение глутамата и изменение
митохондриального потенциала вследствие деэнергизации митохондрий,
которые уже были применены нами для решения поставленных задач. Наконец,
наряду с проблемой алкоголизма, исключительно высокая вероятность
старческого слабоумия после 60-70 лет и прогноз трехкратного увеличения
частоты болезни Альцгеймера в ближайшие 50 лет диктуют необходимость
безотлагательного исследования механизмов и способов лечения
нейродегенеративных состояний. Специалисты отмечают неэффективность
симптоматических терапий, но способы лечения, учитывающие
физиологические механизмы инициации и глубину нейродегенеративного
процесса, отсутствуют. Выполнение проекта направлено, в частности, на
решение этой проблемы путем создания принципиально новой клеточной
модели нейродегенерации. Эта модель будет основана на существующих
данных о том, что ингибирование ОГДК предшествует проявлению и является
общим для ряда нейродегенеративных состояний. Дополнительными
преимуществами такой модели являются возможности варьирования времени и
глубины специфического ингибирования ОГДК. Таким образом, данная модель
позволит проводить фармакотестирование с учетом специфического механизма
инициации, длительности и глубины патологического состояния.

Проект 2: Характеристика молекулярных механизмов действия витамина В1 и его
производных на метаболизм и проведение сигнала в нервной ткани.


Целью данного проекта является характеристика молекулярных механизмов
действия витамина В1 (тиамина) и его производных в нервной ткани.
Наблюдаемые при дефиците тиамина растройства ЦНС традиционно приписывают
уменьшенному синтезу АТФ ввиду недостаточной функции тиаминдифосфат-
зависимых ферментов, участвующих в деградации глюкозы. Однако ряд данных
свидетельствует о том, что помимо коферментной функции дифосфорилированного
производного тиамина, тиаминдифосфата, тиамин регулирует проведение сигнала
в нервной ткани, а его трифосфорилированное производное и тиамин-АТФ
являются сигнальными молекулами, регулирующими энергетический метаболизм и
выживаемость клеток. Хотя механизмы этого регуляторного действия тиамина и
производных не расшифрованы, в синаптосомах показаны координированные
изменения синтеза ацетилхолина и активности пируватдегидрогеназы под
действием тиамина и его каталитически не активных аналогов. Из этих данных
можно предположить, что сигнальная функция тиамина и производных включает
координированную регуляцию этими соединениями тиаминдифосфат-зависимых
ферментативных активностей в синапсе. Такая регуляция может осуществляться
как путем конкуренции тиамина и его структурных аналогов за каталитический
центр связывания тиаминдифосфата (ингибирование), так и путем их связывания
в аллостерических центрах тиаминдифосфат-зависимых ферментов (ингибирование
или активация). В числе последних дегидрогеназы пирувата и 2-оксоглутарата
представляют особый интерес. С одной стороны, деградируя 2-оксокислоты, они
продуцируют окисляемый в дыхательной цепи НАДН, определяя тем самым
энергизацию митохондрий и синтез АТФ. С другой стороны, они занимают
ключевое положение в синтезе нейромедиаторов. Так, пируватдегидрогеназа
поставляет ацетил-КоА для синтеза ацетилхолина, а 2-
оксоглутаратдегидрогеназа контролирует деградацию непосредственного
предшественника нейромедиатора глутамата. Активность обеих дегидрогеназ
понижена при тиаминовом дефиците и нейродегенеративных заболеваниях, причем
наиболее значительные изменения наблюдали в активности 2-
оксоглутаратдегидрогеназы. Разрабатываемая в данном проекте гипотеза
состоит в том, что связывание сигнальных молекул на основе тиамина с
тиаминдифосфат-зависимыми дегидрогеназами 2-оксокислот меняет скорости
катализируемых последними процессов. Ввиду критического значения этих
процессов в обеспечении клетки энергией и синтезе нейромедиаторов
ацетилхолина и глутамата, регуляция дегидрогеназ тиамином и/или
производными реализует сигнальную функцию этих регуляторов на
метаболическом уровне. Проект предусматривает характеристику молекулярных
механизмов такой регуляции с использованием систем разного уровня
биологической организации. С одной стороны, взаимодействие тиамина и
производных с выделенными из мозга белками-мишенями будет исследовано in
vitro, что позволит охарактеризовать чувствительность дегидрогеназ к
регуляции тиамином и производными и структурные детерминанты последних,
ответственные за регуляторные эффекты. С другой стороны, в моделях
нарушений функций ЦНС in vivo (модели алкоголизации и острой гипоксии крыс)
и in situ (культуры клеток и органеллы нервной ткани) будут
охарактеризованы изменения в пуле тиамина и в активности белков-мишеней.
Системное понимание молекулярных основ действия тиамина и производных в
нервной ткани укажет новые мишени регуляции функций ЦНС и эффективные
стратегии нормализации таких функций с учетом механизмов возникновения
патологий.

Последние публикации по проектам:


1. Bunik V., Kaehne T., Degtyarev D., Shcherbakova T., Reiser G. (2008)
Novel isoform of 2-oxogluratate dehydrogenase is identified in brain,
but not in heart. FEBS Journal, Published Online: Sep 9 2008 5:06AM,
DOI: 10.1111/j.1742-4658.2008.06632.x.
2. Bunik V.I., Degtyarev D. Structure-function relationships in the 2-oxo
acid dehydrogenase family: Substrate-specific signatures and functional
predictions for the 2-oxoglutarate dehydrogenase-like proteins (2008)
Proteins 71: 874-890
3. V.I. Bunik, J.V. Schloss, J.T. Pinto, G.E. Gibson, and A. J. L. Cooper
(2007) Enzyme-Catalyzed Side Reactions with Molecular Oxygen May
Contribute to Cell Signaling and Neurodegenerative Diseases.
Neurochemical Research 32:871-891
4. Bunik V.I., Raddatz G., Wanders R., Reiser G. (2006) Brain pyruvate
and 2-oxoglutarate dehydrogenase complexes are mitochondrial targets of
the CoA ester of the Refsum disease marker phytanic acid. FEBS Lett.
580: 3551-3557
5. Bunik V., Denton T.T., Xu H., Thompson C.M., Cooper A.J.L., Gibson G.E.
(2005) Phosphonate analogs of ?-ketoglutarate inhibit the activity of
the ?-ketoglutarate dehydrogenase complex isolated from brain and in
cultured cells. Biochemistry 44:10552-10561

Контакный тел: 8-916-692-90-40
Email: bunik@belozersky.msu.ru
vbunik@yahoo.com