ИСТИНА

В ходе реализации проекта был проведен анализ методов компьютерного моделирования белок-мембранных структур на разных уровнях детализации: крупно-зернистое моделирование, полноатомное моделирование, моделирование гибридными квантово-мехническими/молекулярно-механическими методами. Разработаны методы комбинирования различных уровней описания рассматриваемых систем: переход между полноатомной и крупно-зернистыми моделями, включение квантовых степеней свободы. Созданы оригинальные дополнения к силовым полям, позволяющие выделять различные подсистемы для расчетов полноатомной и крупно-зернистой молекулярной динамикой, включая неприродные аминокислотные остатки. Созданы мультимасштабные модели различных мембранных белков: бактериородопсина, ионных каналов (KcsA, Kv1.2, Kv7), серотонинового 5-НТ3 рецептора, сенсорного родопсина II и белка трансдьюсера, bc1-комплекса. На разных уровнях атомного разрешения методами молекулярного моделирования проведено изучение влияния аминокислотного и химического состава на динамику конформационных изменений белков и белковоподобных структур, включая миграцию ионов в каналах KcsA и Kv, спектральные сдвиги в белке бактериородопсин, конформационные изменения в фотосенсорном комплексе димера сенсорного родопсина II и белка Htr II, аллостерическую передачу сигнала в bc1-комплексе. Изучен механизм проведения ионов через бактериальный калиевый канал KcsA, построены профили свободной энергии для ионов вдоль оси канала, изучены изменения в структуре и проводимости при внесении ряда мутаций в область селективного фильтра. Изучено влияние аминокислотного окружения хромофора в бактериородопсине на конформацию ретиналя гибридными методами квантовой химии/молекулярной механики, предложены интегральные геометрические и зарядовые характеристики коррелирующие с величинами спектральных сдвигов. Построена молекулярно-динамическая модель фотосенсорного комплекса димера сенсорного родопсина II и белка Htr II, предложен механизм передачи сигнала через конформационные изменения белков трансдьюсеров. Обнаружено, что наличие в структуре димера сенсорного комплекса интер-HAMP региона приводит к нарушению симметрии комплекса, за счет изменения структуры первого HAMP домена и сдвига спиралей TM2 и спиралей, образующих интер-HAMP регион, на величину порядка 1.6?. Крупнозернистое моделирование тримеров-из-димеров предоставило картину активации/деактивации комплекса за счет метилирования цитоплазматических доменов HtrII на семи-атомном уровне. Выяснены пути аллостерической коммуникации сайтов QN и QP одногомономера bc1-комплекса через вращение спирали E (и далее изменения интерфейса для докинга белка Риске, включающего ef-петлю, ef1-спираль), а также через спираль D и связанную с ней петлю cd. Возможно, что в процессе регуляции меняется окружение hinge-региона белка Риске, степень спиральности которого, как было показано в нашейработе, коррелирует с положением «головки» белка Риске. Показано, что наличие SQ в QN сайте разрешает более плотный докинг «головки» белка Риске к цитохрому b того же мономера, и затормаживает ее движение к цитохрому c1. Выявлена интер-мономерная коммуникация между двумя сайтами QP димерного комплекса: только наличие SQ в QP сайте одного из мономеров позволяет «головке» белка Риске, связанной с противоположным мономером, двигаться по направлению к цитохрому c1. Построена модель открытого состояния канала Kv7.1, качество которой было подтверждено несколькими оценочными функциями. На основе построенной модели было исследовано взаимодействие канала с ФИФ2 липидами и обнаружен сайт связывания. Найденный сайт связывания построен тремя доменами белка: S2-S3 петлей, S4-S5 линкером, а также терминальными остатками S6 спирали соседней субъединицы. Полученные данные о ключевых аминокислотных остатках, необходимых для взаимодействия Kv7.1 с ФИФ2 (K362, K358, R259 и R192), находятся в хорошем согласии с экспериментальными данными.