Сборник содержит материалы научной мультиконференции «Биотех- нология медицине будущего»

Пространственная структура биолюминесцентных белков: 
фундаментальные и прикладные аспекты
Высоцкий Е.С., Маркова С.В., Наташин П.В., Буракова Л.П., Еремеева Е.В., Маликова Н.П.
Лаборатория фотобиологии, Институт биофизики СО РАН, ФИЦ КНЦ СО РАН, 
Красноярск, Россия
Биолюминесценция – явление, широко представленное в природе. Светящиеся 
организмы встречаются среди бактерий, грибов, простейших, кишечнополостных, 
червей, моллюсков, насекомых и рыб. В настоящее время насчитывается несколько 
тысяч биолюминесцентных видов среди представителей более чем 700 родов. Иссле-
дования биолюминесцентных систем различных организмов показали, что несмотря 
на одинаковый конечный результат – излучение кванта света в видимом диапазоне 
спектра, механизмы, лежащие в основе этого процесса, значительно различаются у пред- 
ставителей различных таксонов. Разнятся не только субстраты и кофакторы, вовле-
ченные в реакции биолюминесценции, но и катализирующие их ферменты. Поэтому 
термины «люцифераза» и «люциферин» – понятия скорее собирательные и функци-
ональные, чем структурно-химические. Хотя изучение биолюминесцентных белков 
различных организмов имеет фундаментальное значение, основной движущей силой, 
определяющей интерес к исследованию биолюминесценции, является ее полезность 
в качестве аналитического инструмента. В наши дни не найдется области биологии, 
медицины и фармакологии, где биолюминесцентные методы или уже широко не при- 
менялись бы, или не были бы опробованы, показав их пригодность. Развитие фунда-
ментальных и прикладных исследований в этих областях требует создания эффек-
тивных неинвазивных технологий визуализации молекулярных процессов i
n vivo
как 
в отдельной живой клетке, так и на уровне целого организма. Прежде всего, эти тех- 
нологии направлены на прижизненное исследование динамических процессов в клетке 
и организме, позволяя изучать рост опухолей и их метастатическую активность,
а также ответ опухолевых клеток на терапию, белок-белковые взаимодействия в клетке, 
регуляцию экспрессии генов и многое другое.
Определение пространственных структур биолюминесцентных белков является 
важным и необходимым шагом для понимания механизма реакции, выявления 
функциональной роли аминокислотных остатков как в каталитическом окислении 
субстрата, так и в формировании эмиттера, а также для инженерии белков с целью 
конструирования репортерных молекул с улучшенными свойствами. В данной работе 
обсуждаются последние достижения в структурных исследованиях и белковой 
инженерии биолюминесцентных белков, использующих целентеразин как субстрат 
реакции. Среди нескольких люциферинов, идентифицированных в морских светя-
щихся организмах, целентеразин используется биолюминесцентными белками, ответ-
ственными за свечение таксономически далеких друг от друга организмов. При этом 
белки не обнаруживают никакого сходства между собой ни по аминокислотным после-
довательностям, ни по пространственным структурам.
Исследование было поддержано грантами РФФИ № 19-54-53004 и № 17-04-00764.

---

Всероссийская мультиконференция с международным участием «Биотехнология – медицине будущего»
29 июня - 2 июля 2019 г., г. Новосибирск, Россия
67