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. Coordination between human DNA polymerase b and apurinic/ apyrimidinic endonuclease 1 in the course of DNA repair. Bakman A.S., Boichenko S.S., Kuznetsova A.A., Ishchenko A.A., Saparbaev M.K., Kuznetsov N.A. Biochimie. 2024. V. 216. P. 126-136. DOI: 10.1016/j.biochi.2023.10.007
2. Молекулярные блокаторы ионных каналов вирусов гриппа A и SARS-Cov-2. Воробьев Ю.Н. Молекулярная биология. 2024. Т. 58. № 4. С. 665–680. DOI: 31857/S0026898424040125
3. Substrate Specificity Diversity of Human Terminal Deoxynucleotidyltransferase May Be a Naturally Programmed Feature Facilitating Its Biological Function. Kuznetsova A.A., Senchurova S.I., Gavrilova A.A., Tyugashev T.E., Mikushina E.S., Kuznetsov N.A. Int. J. Mol. Sci. 2024. V. 25. N 2. P. 879. DOI: 10.3390/ijms25020879
4. Kinetic Features of Degradation of R-Loops by RNase H1 from Escherichia coli. Kuznetsova A.A., Kosarev Y.A., Timofeyeva N.A., Novopashina D.S., Kuznetsov N.A. Int. J. Mol. Sci. 2024. V. 25. N 22. P. 12263. DOI: 10.3390/ijms252212263
5. The Impact of SNP-Induced Amino Acid Substitutions L19P and G66R in the dRP-Lyase Domain of Human DNA Polymerase β on Enzyme Activities. Kladova O.A., Tyugashev T.E., Yakimov D.V., Mikushina E.S., Novopashina D.S., Kuznetsov N.A., Kuznetsova A.A. Int. J. Mol. Sci. 2024. V. 25. N 8. P. 4182. DOI: 10.3390/ijms25084182
6. SNP-Associated Substitutions of Amino Acid Residues in the dNTP Selection Subdomain Decrease Polβ Polymerase Activity. Kladova O.A., Tyugashev T.E., Miroshnikov A.A., Novopashina D.S., Kuznetsov N.A., Kuznetsova A.A. Biomolecules. 2024. V. 14. N 5. P. 547. DOI: 10.3390/biom14050547
7. Computational Modeling Study of the Molecular Basis of dNTP Selectivity in Human Terminal Deoxynucleotidyltransferase. Ukladov E.O., Tyugashev T.E., Kuznetsov N.A. Biomolecules. 2024. V. 14. N. 8. P. 961. DOI: 10.3390/biom14080961
8. An Insight into the Mechanism of DNA Cleavage by DNA Endonuclease from the Hyperthermophilic Archaeon Pyrococcus furiosus. Davletgildeeva A.T., Kuznetsova A.A., Laval J., Saparbaev M.K., Kuznetsov N.A. Int. J. Mol. Sci. 2024. V. 25. N. 16. P. 8897. DOI: 10.3390/ijms25168897
9. Molecular Ion Channel Blockers of Influenza A and SARS-CoV-2 Viruses. Vorobjev Y.N. Молекулярная биология. 2024. V. 58. N 4. P. 773–789. DOI: 10.1134/S0026893324700353
10. Role of R-Loop Structure in Efficacy of RNA Elongation Synthesis by RNA Polymerase from Escherichia coli. Timofeyeva N.A., Tsoi E.I., Novopashina D.S., Kuznetsova A.A., Kuznetsov N.A. Int. J. Mol. Sci. 2024. V. 25. N 22. P. 12190. DOI: 10.3390/ijms252212190
11. The Trajectory of Damaged-Base Eversion into the Active Site of Apurinic/Apyrimidinic Endonuclease APE1 Regulates This Enzyme’s Substrate Specificity. Bulygin A.A., Kuznetsov N.A. Int. J. Mol. Sci. 2024. V. 25. N 22. P. 12287. DOI: 10.3390/ijms252212287
12. Characterization and PCR Application of Family B DNA Polymerases from Thermococcus stetteri. Kuznetsova A.A., Soloveva M.A., Mikushina E.S., Gavrilova A.A., Bakman A.S., Kuznetsov N.A. Life-Basel. 2024. V. 14. N 12. P. 1544. DOI: 10.3390/life14121544
13. 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
14. Современные подходы белковой инженерии к созданию ферментов с новыми каталитическими свойствами. Тюгашев Т.Е., Федорова О.С., Кузнецов Н.А. Молекулярная биология. 2023. Т. 57. № 2. С. 209-219. DOI: 10.31857/S0026898423020234
15. 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
16. 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
17. Human Polβ Natural Polymorphic Variants G118V and R149I Affects Substate Binding and Catalysis. Kladova O.A., Tyugashev T.E., Mikushina 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
18. 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., Mikushina E.S., Kuznetsov N.A., Novopashina D.S., Kuznetsova A.A. Cells. 2023. V. 12. N 9. P. 1300. DOI: 10.3390/cells12091300
19. 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
20. Historical Aspects of Restriction Endonucleases as Intelligent Scissors for Genetic Engineering. Alekseeva I.V., Kuznetsov N.A. Fermentation. 2023. V. 9. N 10. P. 874. DOI: 10.3390/fermentation9100874
21. Direct Enzyme Engineering of B Family DNA Polymerases for Biotechnological Approaches. Kuznetsova A.A., Kuznetsov N.A. Bioengineering. 2023. V. 10. N 10. P. 1150. DOI: 10.3390/bioengineering10101150
22. 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
23. 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
24. 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
25. 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. Молекулярная биология. 2023. V.57. N.2. P. 182-192. DOI: 10.1134/s0026893323020048
26. Такой чувствительный ЯМР. Шерин П.С., Морозова О.Б., Ковтунов К.В., Коптюг И.В., Иванов К.Л., Кузнецов Н.А., Барский Д.А., Дьяконова Е.С., Яньшоле Л.В., Юрковская А.В., Федорова О.С. Наука из первых рук. 2023. № 2-3 (97). С. 70-81.

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.