Лаборатория исследования модификации биополимеров

Кузнецова Александра Александровна

кандидат химических наук,
с.н.с.

телефон: (383) 363-51-74, Email

• исследование кинетических и термодинамических характеристик ферментативных процессов с регистрацией конформационных превращений биополимеров в режиме реального времени;
• выяснение механизмов высокоэффективного узнавания специфических сайтов и роли конформационной динамики в этих процессах;
• влияние замен аминокислотных остатков активных центров, в том числе вызванных природными однонуклеотидными полиморфизмами, на активность ферментов;
• рациональный дизайн мутантных форм ферментов, обладающих расширенным спектром субстратной специфичности и каталитической активности;
• разработка компьютерных методов для структурной биологии;
• компьютерное моделирование структурных, энергетических и динамических свойств комплексов биополимеров для биоинформационной поддержки экспериментальных исследований;
• разработка высокоэффективных методов определения активности ферментов, процессирующих ДНК;
• создание низкомолекулярных регуляторов ферментативных процессов репарации ДНК.

• Установлены механизмы обнаружения специфических участков в полимерных субстратах (нуклеиновых кислотах и белках) различными ферментами, среди которых ферменты репарации (ДНК-гликозилазы и АР-эндонуклеазы человека, E.coli и других видов дикого типа, а также их мутантные формы); протеазы сибирской язвы и вируса иммунодефицита человека; фактор транскрипции ТВР, ДНК-диоксигеназы; пиридоксаль-зависимые ферменты метаболизма аминокислот; РНКазы биназа и барназа; ДНК-никаза; 5-метилцитозинметилтрансфераза, эндонуклеаза Cas9.
• Доказано, что элементарные акты ферментативных процессов сопровождаются множественными конформационными переходами взаимодействующих молекул; предложены молекулярно-кинетические модели взаимодействия ферментов с субстратами.
• Установлены механизмы конформационной подстройки активных центров ферментов, различных структурных семейств ферментов репарации; установлены ключевые стадии ферментативных процессов, обеспечивающих высокую субстратную специфичность и ответственных за дискриминацию поврежденных и неповрежденных нуклеотидов.
• В пределах каждого структурного класса ДНК-гликозилаз определена функциональная роль аминокислот, входящих в активные центры ферментов OGG1, Nth, AlkA, Fpg, Nei, и MutY, что позволило создать ряд мутантных форм ферментов MutY, AlkA и Nth, обладающих измененной, в том числе, повышенной каталитической активностью.
• Установлены особенности взаимного влияния ДНК-гликозилаз и АР-эндонуклеаз человека на эффективность удаления повреждений, проведен анализ эффективности передачи ДНК-субстратов между различными белками, участвующими в эксцизионной репарации оснований, и APE1 дикого типа, а также ее природными полиморфными вариантами.
• Определена роль некоторых аминокислотных замен, вызванных природными полиморфизмами, на активность урацил-ДНК-гликозилаз человека SMUG1 и MBD4 и АР-эндонуклеазы человека APE1.
• Предложена тест-система для определения активности ключевых участников пути эксцизионной репарации оснований, а именно урацил-ДНК-гликозилаз и АР-эндонуклеазы человека.

Лаборатория ведет научное сотрудничество с университетами и лабораториями Великобритании, США, Франции, Германии.

Базовые проекты ПФНИ ГАН

• ПФНИ РФ 0245-2021-0009 № 121031300041-4 Cистемы репарации и трансляции, их роль в поддержании стабильности генома, долголетии, предотвращении онкозаболеваний и нейродегенерации (2021-2024 гг.)..

Гранты Российского фонда фундаментальных исследований

• № 20-34-90008-асп «Механизм субстратной специфичности АР-эндонуклеаз из разных структурных семейств» (2020 -2022 гг.)

Гранты Российского научного фонда

• № 19-74-10034 мол гр «Мутантный и кинетический анализ рибонуклеазной активности АР-эндонуклеазы человека» (2019 – 2022 гг.)
• № 21-74-10103 «Роль природных полиморфизмов ДНК-полимеразы β в процессе эксцизионной репарации оснований»
• № 21-14-00018 «Кинетические аспекты превращения фермент-субстратных комплексов в процессах деметилирования ДНК»

1. Comparative Analysis of Family A DNA-Polymerases as a Searching Tool for Enzymes with New Properties. Bulygin A.A., Kuznetsova A.A., Fedorova O.S., Kuznetsov N.A. Molecular Biology. 2023. V.57. N.2. P. 182-192. DOI: 10.1134/s0026893323020048 (перевод)
2. Cloning, Expression, and Characterization of Family A DNA Polymerase from Massilia aurea. Kuznetsova A.A., Bedritskikh K.S., Bulygin A.A., Kuznetsov N.A. Fermentation. 2023. V. 9. N 7. P. 650. DOI: 10.3390/fermentation9070650
3. Inner Amino Acid Contacts Are Key Factors of Multistage Structural Rearrangements of DNA and Affect Substrate Specificity of Apurinic/Apyrimidinic Endonuclease APE1. Bulygin A.A., Syryamina V.N., Kuznetsova A.A., Novopashina D.S., Dzuba S.A., Kuznetsov N.A. Int. J. Mol. Sci. 2023. V. 24 N 14. P. 11474. DOI: 10.3390/ijms241411474
4. Individual Contributions of Amido Acid Residues Tyr122, Ile168, and Asp173 to the Activity and Substrate Specificity of Human DNA Dioxygenase ABH2. Davletgildeeva A.T., Tyugashev T.E., Zhao M., Kuznetsov N.A., Ishchenko A.A., Saparbaev M.K., Kuznetsova A.A. Cells. 2023. V. 12 N 14. P. 1839. DOI: 10.3390/cells12141839
5. Direct Enzyme Engineering of B Family DNA Polymerases for Biotechnological Approaches. Kuznetsova A.A., Kuznetsov N.A. Bioengineering. 2023. V. 10. N 10 P. 1150DOI: 10.3390/bioengineering10101150
6. Разработка и апробация ДНК-зондов для определения активности ключевых ферментов пути эксцизионной репарации оснований ДНК в клетках человека. Алексеева И.В., Кузнецова А.А., Кладова О.А., Шендер В.О., Шнайдер П.В., Федорова О.С., Кузнецов Н.А. Молекулярная биология. 2023. T. 57. № 2. С. 316-329. DOI: 10.31857/S0026898423020027
7. The Impact of Human DNA Glycosylases on the Activity of DNA Polymerase β toward Various Base Excision Repair Intermediates. Bakman A.S., Boichenko S.V., Kuznetsova A.A., Ishchenko A.A., Saparbaev M.K., Kuznetsov N.A. Int. J. Mol. Sci. 2023. V. 24. N 11. P. 9594. DOI: 10.3390/ijms24119594
8. Сравнительный анализ ДНК-полимераз семейства А как инструмент поиска ферментов с новыми свойствами». Булыгин А.А., Кузнецова А.А., Федорова О.С., Кузнецов Н.А. Молекулярная биология. 2023. Т. 57. № 2. С. 185-196. DOI: 10.31857/S0026898423020040
9. The Activity of Natural Polymorphic Variants of Human DNA Polymerase β Having an Amino Acid Substitution in the Transferase Domain. Kladova O.A., Tyugashev T.E., Mikuchina E.S., Kuznetsov N.A., Novopashina D.S., Kuznetsova A.A.Cells. 2023. V. 12. N 9. P. 1300. DOI: 10.3390/cells12091300
10. Human Polβ Natural Polymorphic Variants G118V and R149I Affects Substate Binding and Catalysis. Kladova O.A., Tyugashev T.E., Mikuchina E.S., Soloviev N.O., Kuznetsov N.A., Novopashina D.S., Kuznetsova A.A. Int. J. Mol. Sci. 2023. V. 24. N 6. P. 5892.DOI: 10.3390/ijms24065892
11. Fluorescently labeled human apurinic/apyrimidinic endonuclease APE1 reveals effects of DNA polymerase β on the APE1–DNA interaction. Bakman A.S., Kuznetsova A.A., Yanshole L.V., Ishchenko A.A., Saparbaev M.K., Fedorova O.S., Kuznetsov N.A. DNA Repair. 2023. V. 123. P. 103450. DOI: 10.1016/j.dnarep.2023.103450
12. The Role of Natural Polymorphic Variants of DNA Polymerase β in DNA Repair. Kladova O.A., Fedorova O.S., Kuznetsov N.A. Int. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. N 4. P. 2390. DOI: 10.3390/ijms23042390
13. Structural and Functional Differences between Homologous Bacterial Ribonucleases. Ulyanova V., Nadyrova A., Dudkina E., Kuznetsova A.A., Ahmetgalieva A., Faizullin D., Surchenko Y., Novopashina D.S., Zuev Y., Kuznetsov N.A., Ilinskaya O. Int. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. N 3. P. 1867. DOI: 10.3390/ijms23031867
14. Comparative Analysis of Exo- and Endonuclease Activities of APE1-like Enzymes. Davletgildeeva A.T., Kuznetsova A.A., Novopashina D.S., Ishchenko A.A., Saparbaev M.K., Fedorova O.S., Kuznetsov N.A. Int. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. N 5. P. 2869. DOI: 10.3390/ijms23052869
15. Insights into mechanisms of damage recognition and catalysis by APE1-like enzymes. Bulygin A.A., Fedorova O.S., Kuznetsov N.A. Int. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. N 8. P. 4361. DOI: 10.3390/ijms23084361
16. Structural and Molecular Kinetic Features of Activities of DNA Polymerases. Kuznetsova A.A., Fedorova O.S., Kuznetsov N.A. Int. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. N 12. P. 6373. DOI: 10.3390/ijms23126373
17. Как создаются лекарства, или По вирусу – прямой наводкой. Кузнецов Н.А., Кузнецова А.А., Булыгин А.А. Наука из первых рук. 2022. №1/2(94). С. 6-27.
18. Insight into the mechanism of DNA synthesis by human terminal deoxynucleotidyltransferase. Kuznetsova A.A., Tyugashev T.E., Alekseeva I.V., Timofeyeva N.A., Fedorova O.S., Kuznetsov N.A. Life Sci. Alliance. 2022. V. 5. N 12. e202201428. DOI: 10.26508/lsa.202201428
19. The mechanism of damage recognition by apurinic/apyrimidinic endonuclease Nfo from Escherichia coli. Senchurova S.I., Syryamina V.N., Kuznetsova A.A., Novopashina D.S., Ishchenko A.A., Saparbaev M.K., Dzuba S.A., Fedorova O.S., Kuznetsov N.A. Biochim. Biophys. Acta - General Subjects. 2022. V. 1866. N 11. P. 130216. DOI: 10.1016/j.bbagen.2022.130216
20. Pre-steady-state kinetic and mutational insights into mechanisms of endo- and exonuclease DNA processing by mutant forms of human AP endonuclease. Bakman A.S., Ishchenko A.A., Saparbaev M.K., Fedorova O.S., Kuznetsov N.A. Biochim. Biophys. Acta - General Subjects. 2022. V. 1866. N 12. P. 130198. DOI: 10.1016/j.bbagen.2022.130198
21. Conformational Dynamics of Human ALKBH2 Dioxygenase in the Course of DNA Repair as Revealed by Stopped-Flow Fluorescence Spectroscopy. Kanazhevskaya L.Y., Smyshliaev D.A., Timofeyeva N.A., Ishchenko A.A., Saparbaev M.K., Kuznetsov N.A., Fedorova O.S. Molecules. 2022. V. 27. N 15. P. 4960. DOI: 10.3390/molecules27154960
22. Synthesis of the new nucleoside 5′ -alpha-iminophosphates using Staudinger reaction. Vasilyeva S.V., Kuznetsova A.A., Baranovskaya E.E., Kuznetsov N.A., Lomzov A.A., Pyshnyi D.V. Bioorg. Chem. 2022. V. 127. P. 105987. DOI: 10.1016/j.bioorg.2022.105987
23. The Kinetic Mechanism of 3′-5′ Exonucleolytic Activity of AP Endonuclease Nfo from E. coli. Senchurova S.I., Kuznetsova A.A., Ishchenko A.A., Saparbaev M.K., Fedorova O.S., Kuznetsov N.A. Cells. 2022. V. 11. P. 2998. DOI: 10.3390/cells11192998
24. Analyses of pre-steady-state kinetics and isotope effects of the gelimination reaction catalyzed by Citrobacter freundii methionine glyase. Kuznetsova A.A., Faleev N. G, Morozova E.A., Anufrieva N.V., Gogoleva O.I., Tsvetikova M.A., Fedorova O.S., Demidkina T.V., Kuznetsov N.A. Biochimie. 2022. V. 201. P. 157-167. DOI: 10.1016/j.biochi.2022.06.002
25. Как создаются лекарства, или по вирусу-прямой наводкой. Кузнецов Н.А., Кузнецова А.А., Булыгин А.А. Наука из первых рук. 2022. Т. 94. № 1-2. С. 6-27.
26. Kinetic Features of 3′–5′–Exonuclease Activity of Apurinic/Apyrimidinic Endonuclease Apn2 from Saccharomyces cerevisiae. Kuznetsova A.A., Gavrilova A.A., Ishchenko A.A., Saparbaev M.K., Fedorova O.S., Kuznetsov N.A. Int. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. P. 14404. DOI: 10.3390/ijms232214404
27. An effective molecular blocker of ion channel of M2 protein as anti-influenza a drug. Vorobjev Y.N. J. Biomol. Struct. Dyn. 2021. V. 39. N 7. P. 2352–2363. DOI: 10.1080/07391102.2020.1747550
28. Сравнительный анализ активности полиморфных вариантов урацил-днк-гликозилаз человека SMUG1 и MBD4. Алексеева И.В., Бакман А.С., Яковлев Д.А., Кузнецов Н.А., Федорова О.С. Молекулярная биология. 2021. Т. 55. № 2. С. 277-288. DOI: 10.31857/S0026898421020026
29. Начальные стадии эксцизионной репарации оснований ДНК в нуклеосомах. Кладова О.А., Кузнецов Н.А., Федорова О.С. Молекулярная биология. 2021. Т. 55. № 2. С. 194-209. DOI: 10.31857/S0026898421020087
30. Мутационный и кинетический анализ эндорибонуклеазной активности APE1. Кузнецова А.А., Гаврилова А.А., Новопашина Д.С., Федорова О.С., Кузнецов Н.А. Молекулярная биология. 2021. Т. 55. № 2. С. 243-257. DOI: 10.31857/S0026898421020099
31. The Enigma of Substrate Recognition and Catalytic Efficiency of APE1-like enzymes. Davletgildeeva A.T., Ishchenko A.A., Saparbaev M.K., Fedorova O.S., Kuznetsov N.A. Front. Cell Dev Biol. 2021. V. 9. P. 617161. DOI: 10.3389/fcell.2021.617161
32. Initial stages of DNA base excision repair in nucleosomes. Kladova O.A., Kuznetsov N.A., Fedorova O.S. Молекулярная биология. 2021. V. 55. N 2. P. 167-181. DOI: 10.1134/S0026893321020096 (перевод)
33. Roles of active-site amino acid residues in RNA cleavage by human AP endonuclease APE1. Kuznetsova A.A., Gavrilova A.A., Fedorova O.S., Kuznetsov N.A. Febs Open Bio. 2021. V. 11. S. 1. P. 246. DOI: 10.1002/2211-5463.13205 (тезисы конференции)
34. Mechanism of target nucleotide recognition and cleavage in the model non-canonical DNA and RNA structures by human APendonuclease APE1. Davletgildeeva A.T., Kuznetsova A.A., Fedorova O.S., Kuznetsov N.A. Febs Open Bio. 2021. V. 11. S. 1. P. 246. DOI: 10.1002/2211-5463.13205 (тезисы конференции)
35. The effect of BER enzymes on the activity of APE1 polymorphic variants. Kladova O.A., Alekseeva I.V., Fedorova O.S., Kuznetsov N.A. Febs Open Bio. 2021. V. 11. S. 1. P. 248. DOI: 10.1002/2211-5463.12453 (тезисы конференции)
36. Functional roles of active-site amino acid residues Asp210, Asn212, Thr268, Met270, Asp308 in the course of damage recognition and catalysis by human AP endonuclease APE1. Bakman A.S., Alekseeva I.V., Fedorova O.S., Kuznetsov N.A. Febs Open Bio. 2021. V. 11. S. 1. P. 248. DOI: 10.1002/2211-5463.12453 (тезисы конференции)
37. DNA binding and catalysis by singlenucleotide polymorphic variants of human uracil-DNA glycosylases SMUG1 and MBD4I. Alekseeva I.V., Bakman A.S., Kuznetsov N.A., Fedorova O.S. Febs Open Bio. 2021. V. 11. S. 1. P. 249. DOI: 10.1002/2211-5463.12453 (тезисы конференции)
38. Common Kinetic Mechanism of Abasic Site Recognition by Structurally Different Apurinic/Apyrimidinic Endonucleases. Kuznetsova A.A., Senchurova S.I., Ishchenko A.A., Saparbaev M.K., Fedorova O.S., Kuznetsov N.A. Int. J. Mol. Sci. 2021. V. 22. P. 8874. DOI: 10.3390/ijms22168874
39. DNA Demethylation in the Processes of Repair and Epigenetic Regulation Performed by 2-Ketoglutarate-Dependent DNA Dioxygenases. Kuznetsov N.A., Kanazhevskaya L.Y., Fedorova O.S. Int. J. Mol. Sci. 2021. V. 22. N 19. P. 10540. DOI: 10.3390/ijms221910540
40. Kinetic Analysis of the Interaction of Nicking Endonuclease BspD6I with DNA. Abrosimova L.A., Kuznetsov N.A., Astafurova N.A., Samsonova A.R., Karpov A.S., Perevyazova T.A., Oretskaya T.S., Fedorova O.S., Kubareva E.A. Biomolecules. 2021. V. 11. P. 1420. DOI: 10.3390/biom11101420
41. Pre-Steady-State Kinetics of the SARS-CoV-2 Main Protease as a Powerful Tool for Antiviral Drug Discovery. Zakharova M.Y., Kuznetsova A.A., Uvarova V.I., Fomina A.D., Kozlovskaya L., Kaliberda E., Kurbatskaia I.N., Smirnov I.V., Bulygin A.A., Knorre D.G., Fedorova O.S., Varnek A., Osolodkin D.I., Ishmukhametov A.A., Egorov A.M., Gabibov A.G., Kuznetsov N.A. Front. Pharmacol. 2021. V. 12. P. 773198. DOI: 10.3389/fphar.2021.773198
42. Design of Effective Molecular Blocker of E Protein Channel as Anti SARS-Cov-2 Virus. Vorobjev Y.N. Drug Designing: Open Access. 2021. V. 10. N 183. P. 1-7.
43. Ферменты для ДНК: скальпели, ножницы и швейные иголки. Кузнецов Н.А., Алексеева И.В., Кузнецова А.А., Бакман А.С. Наука из первых рук. 2021. № 5-6 (93). С. 24-33.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФТОРУГЛЕРОДНОГО ГЕМОСОРБЕНТА И ФТОРУГЛЕРОДНЫЙ ГЕМОСОРБЕНТ (ВНИИТУ-1Ф). Кнорре Д.Г., Годовикова Т.С., Лихолобов В.А., Даниленко А., Пьянова Л.Г., Седанова А.В., Долгих Т.И. 2013 г. № 2477652.
   
2. СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ УГЛЕРОДНОГО ГЕМОСОРБЕНТА И УГЛЕРОДНЫЙ ГЕМОСОРБЕНТ С ИММОБИЛИЗОВАННЫМ БЕЛКОМ. Лихолобов В.А., Пьянова Л.Г., Седанова А.В., Кнорре Д.Г., Годовикова Т.С. 2012 г. № 2452499.
   
3. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ВАРФАРИНОВОГО СПИРТА В ПЛАЗМЕ КРОВИ. Черноносов А.А., Коваль В.В., Федорова О.С. 2013 г. № 2486521.
   
4. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АКТИВНОСТИ АПУРИН/АПИРИМИДИН-ЭНДОНУКЛЕАЗЫ ЧЕЛОВЕКА. Кузнецов Н.А., Коваль В.В., Федорова О.С. 2010 г. № 2389026.
   
5. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АКТИВНОСТИ 8-ОКСОГУАНИН-ДНК-ГЛИКОЗИЛАЗЫ ЧЕЛОВЕКА. Федорова О.С., Коваль В.В., Кузнецов Н.А. 2008 г. № 2321637.
   
6. СРЕДСТВО ДЛЯ ИНГИБИРОВАНИЯ ФЕРМЕНТА 8-ОКСОГУАНИН-ДНК-ГЛИКОЗИЛАЗЫ ЧЕЛОВЕКА. Кузнецов Н.А., Коваль В.В., Воробьев Ю.Н., Жарков Д.О., Сильников В.Н., Федорова О.С.2010 г. № 2380417

• Спектрометры остановленной струи SX.18MV и SX20 (Applied Photophysics, UK) для изучения быстропротекающих биохимических процессов;
• жидкостные хроматографы фирм Waters и Agilent; препаративные хроматографы AKTA Explorer 100 (GE Healthcare Lifescience, Швеция);
• спектрофотометры “Shimadzu” и “Cary 50 Scan”;
• сканирующие спектрофлуориметры Сary Eclipse фирмы Varian.