Флуоресцентные белки для экспериментальной биологии: природное разнообразие и направленное изменение спектральных свойств тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.03, доктор биологических наук в форме науч. доклада Лукьянов, Константин Анатольевич

• Лукьянов, Константин Анатольевич
• доктор биологических наук в форме науч. доклада
• 2006

Заключение диссертации по теме «Молекулярная биология», Лукьянов, Константин Анатольевич

выводы

1. Открыта новая группа GFP-подобных белков - нефлуоресцентные хромобелки, определяющие окраску многих коралловых полипов,

2. Охарактеризован природный флуоресцентный бедок, изменяющий цвет флуоресценции с зеленого на красный в ходе своего созревания.

3. Выявлено широкое спектральное разнообразие GFP-подобных белков гидроидных медуз. Впервые описаны желтый флуоресцентный белок и малиновый хромобелок медуз.

4. Описаны зеленые флуоресцентные белки рачков подкласса Копеподы. Таким образом, впервые идентифицированы GFP-подобные белки у животных, не относящихся к типу Кишечнополостные.

5. Открыт новый класс пигментов, определяющих фиолетово-синюю окраску сцифоидной медузы Rhizostoma pulmo. Новый пигмент состоит из белковой цепи, включающей домены Frizzled и Kringle, и неизвестной хромогенной группы.

6. Показана принципиальная возможность перехода между некоторыми спектральными группами GFP-подобных белков с помощью точечного мутагенеза: зеленого флуоресцентного белка в желтый и наоборот, нефлуоресцентного хромобелка в красный флуоресцентный белок и наоборот, и другие.

7. Показано, что формирование хромофоров красного флуоресцентного белка DsRed и многих хромобелков проходит через стадию GFP-подобного хромофора в протонированном состоянии, и что депротонированный GFP-подобный хромофор не является промежуточным звеном биосинтеза «красных» хромофоров, как полагали ранее.

8. Разработана стратегия преодоления агрегации флуоресцентных белков коралловых полипов с помощью мутагенеза положительно заряженных аминокислотных остатков вблизи N-конца полипептида. Получен ряд неагрегирукяцих мутангных белков, флуоресцирующих в голубой, зеленой, желтой, красной и дальне-красной областях спектра.

9. Предложено два метода преодоления негативных последствий олигомеризации флуоресцентных белков для мечения целевых белков, основанных на использовании тандемной либо гетеротетрамерной метки.

10. На основе хромобелков из морских анемонов получены флуоресцентные белки с эмиссией в дальне-1фасной области спектра (645-655 нм).

11. Созданы три фогоактивируемых флуоресцентных белка с различным типом свето-индуцируемых спектральных переходов: нефлуоресцентный-красный (KFP1), голубой-зеленый (PS-CFP) и зеленый-красный (Dendra). Продемонстрирована применимость КГР1, PS-CFP и Dendra для прицельного фотомечения клеток, внутриклеточных органелл и белков и последующего слежение за их перемещениями с помощью флуоресцентной и конфокальной лазерной сканирующей микроскопии.

12. Создан первый генетически кодируемый фотосенсибилизатор - фототоксичный красный флуоресцентный белок, названный KillerRed, который может быть использован для прицельного свето-индуцированного уничтожения клеток и белков.

Список публикаций по тем« диссертации

Обзоры:

1. Matz M.V., Lukyanov К.А., Lukyanov S.A. Family of the green fluorescent protein: Journey to the end of the rainbow. Bioessays 2002, 24, 953-959.

2. Чудаков Д.M., Лукьянов К.А. Использование зеленого флуоресцентного белка (GFP) и его гомологов для изучения подвижности белков in vivo. Биохимия, 2003, 68, 1166-1172.

3. Verkhusha V.V., Lukyanov К.А. The molecular properties and applications of Anthozoa fluorescent proteins and chromoprotems. Nature Biotechnol. 2004,22,289-296.

4. Lukyanov K.A., Chudakov D.M., Lukyanov S., Verkhusha "V.V. Photoactivatable fluorescent proteins. Nature Review Mol. Cell Biol. 2005,6, 885-891.

5. Chudakov D.M., Lukyanov S., Lukyanov K.A. Fluorescent proteins as a toolkit for in vivo imaging. Trends Biotechnol. 2005, 23, 605-613.

Главы в книгах:

6. Verkhusha V.V., Matz M.V., Sakurai T., Lukyanov K.A. (2003) GFP-like fluorescent proteins and chromoprotems of the class Anthozoa. In: Protein Structures: Kaleidoscope of Structural Properties and Functions. Ed. IJversky V.N., Research Signpost, Kerala, India, 405-439.

7. Chudakov D.M., Lukyanov K.A. (2005) Using photoactivatable GFPs to study protein dynamics and function. In Jorde, L.B., Little, P.F.R., Dunn, M.J. and Subramaniam, S. (Eds), Encyclopedia of Genetics, Genomics, Proteomics and Bioinformatics. John Wiley & Sons Ltd, Chichester, 2129-2137.

8. Lukyanov K.A., Chudakov D.M., Fradkov A.F., Labas Y.A., Matz M.V. and Lukyanov S.A. (2005) Discovery and properties of GFP-like proteins from non-bioluminescent Anthozoa In: Green fluorescent protein: properties, applications and protocols. 2nd edition, Chalfie, M., Kain, S., Eds., John Wiley & Sons Ltd, New Jersey, 121-138.

Статьи:

9. Lukyanov K.A., Fradkov A.F., Gurskaya N.G., Matz M.V., Labas Y.A., Savitsky A.P., Markelov M.L., Zaraisky A.G., Zhao X., Fang Y., Tan W., Lukyanov S.A. Natural animal coloration can be determined by a non-fluorescent GFP homolog. J. Biol. Chem. 2000, 275, 25879-25882 (иллюстрация на обложке).

10. Martynov V.I., Savitsky A.P., Martynova N.Y., Savitsky P.A., Lukyanov K.Â., Lukyanov S.A. Alternative cyclization ill GFP-like proteins family. The formation and structure of the chromophore of a purple chromoprotein from Anemonia sulcata. J. Biol. Chem. 2001, 276, 21012-21016.

11. Gurskaya N.G., Savitsky A.P., Yanushevich Y.G., Lukyanov S.A., Lukyanov K.A. Color transitions in coral's fluorescent proteins by site-directed mutagenesis. BMC Biochem. 2001,2,6.

12. Gurskaya, N.G., Fradkov, A.F., Terskikh, A., Matz, M.V., Labas, Y.A., Martynov, V.I., Yanushevich, Y.G., Lukyanov, K.A., Lukyanov, S.A. GFP-like chromoprotems as a source of far-red fluorescent proteins. FEBS Lett. 2001, 507, 16-20.

13. Yanushevich, Y.G., Staroverov, D.B., Savitsky, A.P., Fradkov, A.F., Gurskaya, N.G., Bulina, M.E., Lukyanov, K.A., Lukyanov, S.A. A strategy for the generation of non-aggregating mutants of Anthozoa fluorescent proteins. FEBS Lett. 2002, 511,11-14.

14. Labas, Y.A., Gurskaya, N.G., Yanushevich, Y.G., Fradkov, A.F., Lukyanov, K.A., Lukyanov, S.A., Matz, M.V. Diversity and evolution of the green fluorescent protein family. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2002, 99,4256-4261.

15. Bulina, M.E., Chudakov, D.M., Mudrik, N.N., Lukyanov, K.A. Interconversion of Anthozoa GFP-like fluorescent and non-fluorescent proteins by mutagenesis. BMC Biochem. 2002, 3,7.

16. Янушевич Ю.Г., Булина M.E., Гурская Н.Г., Савицкий А.П., Лукьянов К.А. Выявление ключевых аминокислотаых остатков, определяющих цвет зеленого и желтого флуоресцентных белков из кораллового полипа Zoanthus. Биоорган, химия. 2002,28, 303307.

17. Fradkov, A.F., Verkhusha, V.V., Staroverov, D.B., Bulina, M.E., Yanushevich, Y.G., Martynov, V.I., Lukyanov, S., Lukyanov, K.A. Far-red fluorescent tag for protein labelling. Biochem J. 2002, 368, 17-21.

18. Bulina, M.E., Verkhusha, V.V., Staroverov, D.B., Chudakov, D.M., Lukyanov, K.A. Heterooligotneric tagging diminishes non-specific aggregation of target proteins fused with Anthozoa fluorescent proteins. Biochem J. 2003,371, 109-114.

19. Chudakov, D.M., Feofanov, A.V., Mudrik, N.N., Lukyanov, S., Lukyanov, K.A. Chromophore environment provides clue to "kindling fluorescent protein" riddle. J. Biol. Chem. 2003, 278, 7215-7219.

20. Chudakov, D.M., Belousov, V.V., Zaraisky, A.G., Novoselov, V.V., Staroverov, D.B., Zorov, D.B., Lukyanov, S., Lukyanov, K.A. Kindling fluorescent proteins for precise in vivo photolabeling. Nature Biotechnol. 2003,21,191-194.

21. Gurskaya NG, Fradkov AF, Pounkova M, Staroverov DB, Bulina ME, Yanushevich YG, Labas YA, Lukyanov S, Lukyanov KA. К colourless green fluorescent protein homologue from the non-fluorescent hydromedusa Aequorea coerulescens and its fluorescent mutants. Biochem. J. 2003, 373,403-408.

22. Янушевич Ю.Г., Гурская Н.Г., Староверов Д.Б., Лукьянов С.А., Лукьянов К.А. Природный флуоресцентный белок, изменяющий цвет флуоресценции в ходе созревания. Биоорган, химия, 2003,29,356-360.

23. Shagin D.A., Barsova E.V., Yanushevich YG, Fradkov AF, Lukyanov KA, Labas YA, Semenova TN, Ugalde JA, Meyers A, Nunez JM, Widder EA. Lukyanov SA, Matz MV. GFP-like proteins as ubiquitous rnetazoan superfamily, evolution of functional features and structural complexity. Mol. Biol. Evol. 2004, 21, 841-850.

24. Verkhusha V.V., Chudakov D.M., Gurskaya N.G., Lukyanov S., Lukyanov K.À. Common pathway for the red chromophore formation in fluorescent proteins and chromoproteins. Chem. Biol. 2004, 11,845-854.

25. Bulina M.E., Lukyanov KA., Yampolsky I.V, Chudakov D.M., Staroverov D.B., Shcheglov A.S., Gurskaya N.G., Lukyanov S. New class of blue animal pigments based on Frizzled and Kringle protein domains. J. Biol. Chem. 2004, 279,43367-43370 (иллюстрация на обложке).

26. Chudakov D.M., Verkhusha V.V., Staroverov D.B., Souslova E.A., Lukyanov S., Lukyanov K.A. Photoswitchable cyan fluorescent protein for protein tracking. Nature Biotechnol. 2004, 22, 1435-1439. "

27. Янушевич Ю. Г., Шагин Д.А., Фрадков А.Ф., Шахбазов К.С., Барсова Е.В., Гурская Н.Г.,. Лабас Ю.А, Матц М.В., Лукьянов К.А., Лукьянов С.А. Спектральное разнообразие членов семейства зеленого флуоресцентного белка в гидроидных медузах (Cnidaria, Hydrozoa). Биоорган химия 2005, 31, 49-53.

28. Remington S.J., Wachter R.M., Yarbrough D.K., Branchaud В., Anderson D.C., Kallio К., Lukyanov K.A. zFP538, a yellow-fluorescent protein from Zoanthus, contains a novel three-ring chromophore. Biochemistry 2005, 44, 202-212.

29. Yampolsky I.V., Remington S.J., Maitynov V.I., Potapov V.K., Lukyanov S., Lukyanov K.A. Synthesis and properties of the chromophore of the asFP595 chromoprotem from Anemonia sulcata. Biochemistry 2005,44,5788-5793.

30. Shkrob M.A., Yanushevich Y.G., Chudakov D.M., Gurskaya N.G., Labas Y.A., Poponov S.Y., Mudrik N.N., Lukyanov S., Lukyanov K.A. Far-red fluorescent proteins evolved from a blue chromoprotein from Actinia equina. Biochem. J. 2005, 392, 649-654 (иллюстрация на обложке).

31. Bulina M.E., Chudakov D.M., Britanova O.V., Yanushevich Y.G., Staroverov D.B., Chepurnykh T.Y., Merzlyak E.M., Shkrob M.A., Lukyanov S., Lukyanov K.A. A genetically encoded photosensitizer. Nature Biotechnol. 2006, 24, 95-99.

32. Gurskaya N.G., Verkhusha V.V., Shcheglov A.S., Staroverov D.B., Chepurnykh T.V., Fradkov A.F., Lukyanov S. Lukyanov K.A. Monomeric green-to-red photoconvertible fluorescent protein activated by a visible blue light. Nature Biotechnol., 2006,24,461-465.