Ниже приводится ПРОЕКТ - Институт биоорганической химии

Характеристика на Пахомова Алексея Александровича.
Краткая биография:
МГУ им. М.В. Ломоносова, Химический факльтет
до 2003 г. - кафедра Высокомолекулярных соединений
после 2003 г. - кафедра Химии природных соединений
Диплом выполнен в ИБХ РАН, тема работы: «Структура хромофора в GFP-подобном белке
из Condylactis gigantea», руководитель: Мартынов В.И.
1999-2004
2004-2007
аспирантура ИБХ РАН
Тема диссертации: «Химические основы спектральных превращений флуоресцентных
белков из коралловых полипов», руководитель: Мартынов В.И.
2007 - 2008
2009 - Н/В
м.н.с. ИБХ РАН
н.с. ИБХ РАН
Научные публикации в реферируемых журналах:
1. А. Ю. Бобровский, А. А. Пахомов, X.-M. Zhu, Н. И. Бойко, В. П. Шибаев
“Фотооптическое поведение Жидкокристаллического дендримера первой генерации с
азобензольными концевыми оруппами” // Высокомолекулярные соединения, серия
А, 2001, том 43, № 4, с. 683-690.
2. A. Yu. Bobrovsky, A. A. Pakhomov, X.-M. Zhu, N. I. Boiko, V. P. Shibaev and J. Stumpe
“Photochemical and Photoorientational Behavior of Liquid Crystalline Carbosilane
Dendrimer with Azobenzene Terminal Groups” // Journal Physical Chemistry B, 2002, Vol.
106, PP.540-546.
3. V. I. Martynov, B. I. Maksimov, N. Y. Martynova, A. A. Pakhomov, N. G. Gurskaya, S. A.
Lukyanov “A Purple-blue Chromoprotein from Goniopora tenuidens Belongs to the DsRed
Subfamily of GFP-like Proteins” // The Journal of Biological Chemistry, 2003, Vol. 278,
No. 47, P. 46288–46292.
4. А.А. Пахомов, Н.Ю. Мартынова, Н.Г. Гурская, Т.А. Балашова, В.И. Мартынов
“Фотопревращение хромофора флуоресцентного белка из Dendronephthya sp.” //
Биохимия, 2004, том 69, вып. 8, с. 1108 – 1117.
5. A. A. Pakhomov, N. V. Pletneva, T. A. Balashova, V. I. Martynov “Structure and Reactivity
of the Chromophore of a GFP-like Chromoprotein from Condylactis gigantea” //
Biochemistry, 2006. Vol. 45, No. 23, P. 7256-7264.
6. A. A. Pakhomov, V. I. Martynov “Chromophore Aspartate Oxidation-Decarboxylation in the
Green-to-Red Conversion of a Fluorescent Protein from Zoanthus sp.2” // Biochemistry,
2007, V.46, No.41, P.11528-11535.
7. Yu. A. Tretyakova, A. A. Pakhomov, V. I. Martynov “Chromophore structure of the kindling
fluorescent protein asFP595 from Anemonia sulcata” // Journal of the American Chemical
Society, 2007, V.129, No.25, P.7748-7749.
8. N. Pletneva, V. Pletnev, T. Tikhonova, A. A. Pakhomov, V. Popov, V.I. Martynov, A.
Wlodawer, Z. Dauter, S. Pletnev “Refined crystal structures of red and green fluorescent
proteins from the button polyp Zoanthus” // Acta Crystallographica D, 2007, V.63, No. 10,
P.1082-1093.
9. A. A. Pakhomov, V. I. Martynov “GFP Family: Structural Insights into Spectral Tuning” //
Chemistry & Biology, 2008, V.15., No.8., P.755-764. Review
10. А. А. Пахомов, В. И. Мартынов “Посттрансляционная химия белков семейства GFP” //
Биохимия, 2009, том 74, вып. 3, с. 309 – 319. Обзор
1
11. А. А. Пахомов, Ю. А. Третьякова, В. И. Мартынов. “Посттрансляционные реакции,
приводящие к смещению спектров белка asFP595 из Anemonia sulcata в
длинноволновую область” // Биоорганическая химия, 2010, том 36, вып. 1, с. 117 –
121.
12. А. А. Пахомов, В. И. Мартынов. “Метод определения трехмерной структуры
флуоресцентных белков при помощи гомологичного моделирования и массспектрометрии” // Биоорганическая химия, 2011, том 37, вып. 3, с. 429 – 432.
13. A. A. Pakhomov, V. I. Martynov “Probing the structural determinants of yellow
fluorescence of a protein from Phialidium sp.” // Biochemical and Biophysical Research
Communications, 2011, V.407., No.1., P.230-235.
Индекс цитирования работ по ISI Web of Science (согласно данным expertcorps.ru)
220
Индекс Хирша:
9
Гранты:
1. РФФИ №10-04-00471 (руководитель), 2010-2012.
2. МК-1094.2009.4 Гранты Президента Российской Федерации для государственной
поддержки молодых российских ученых – кандидатов наук (руководитель), 2009-2010.
3. ФЦП "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009-2013
годы, Мероприятие 1.3.1. (руководитель), 2010-2012.
4. МКБ (руководитель), 2012-2014
Премии и отличия:
Премия Европейской академии (2008 г.)
Достижения:
Темой предыдущих исследований было изучение пострансляционных реакций во
флуоресцентных белках. Были исследованы структурные аспекты синтеза хромофора в
разных представителях белков GFP-семейства. Была установлена природа батохромной
модификации хромобелков из Goniopora tenuidens (gtCP) (J.Biol.Chem., 2003, [1]) и из
Condylactis gigantea (cgCP) (Biochemistry, 2006, [3]), и было показано, что хромофор GFPтипа расширен за счет синтезирующейся ацилиминной группы. В работе также была изучена
реакционная способность образующегося ацилимина. Оригинальным методом была точно
установлена структура хромофора «разжигающегося флуоресцентного белка» (asFP595)
(J.Am.Chem.Soc., 2007, [5]). Его хромофор является продуктом гидролиза ацилимина с
образованием кето-заместителя, расширяющего π-систему GFP-хромофора. Также были
изучены реакции синтеза его хромофора (Биоорг. химия, 2010, [9]). Некоторые
флуоресцентные белки из коралловых полипов проявляют способность к превращению из
зеленого состояния в красное под действием УФ-света. Были изучены химические основы
данного превращения на примере белка DendFP (Биохимия, 2004, [2]). В этом случае
батохромный
сдвиг
возникал
в
результате
реакции
фотоэлиминирования,
сопровождающейся фрагментацией основной цепи белка в области хромофора и
расширением π-системы GFP-хромофора имидазолилэтиленильной группой. Была
2
обнаружена новая реакция синтеза DsRed-хромофора. При изучении белка z2FP574 было
показано, что его хромофор образуется по пути окислительного декарбоксилирования.
(Biochemistry, 2007, [4]). Для исследования протекающих реакций удалось замедлить
процесс синтеза красного хромофора и “поймать” промежуточную зеленую форму белка.
Динамика зелено-красной конверсии была изучена при помощи ряда биохимических
методов и масс-спектрометрии. Также были проведены кристаллографические исследования
обоих состояний (Acta Crystallogr. D, 2007, [6]). Разработан оригинальный метод изучения
структуры хромофора флуоресцентных белков, а также метод предсказания полной
структуры белка на основе данных о структуре хромофора, полученных биохимическим
путем, и данных гомологичного моделирования (Биоорг. химия, 2011, [10]). С применением
данного подхода были проанализированы причины батохромного сдвига в желтом
флуоресцентном белке phiYFP (Biochem. Biophys. Res. Commun., 2011, [11]).
Планируемое направление исследований:
Темой исследования новой группы будет получение и применение флуоресцентных
красителей и маркеров на основе дендритных структур.
Органические флуоресцентные красители широко применяются при исследовании
живых систем. К примеру их используют для мечения белков и органелл. Связанные с
антителами красители могут являться маркерами определенного типа клеток. Созданы
органические флуоресцентные биосенсоры рН, каспазной активности, редокс потенциала,
рзличных низкомолекулярных соединений. С применением FRET (Fluorescence/Fӧrster
resonance energy transfer, безизлучательный резонансный перенос энергии) между
различными красителями изучают белок-белковые взаимодействия. Ряд биомолекулярных
взаимодействий исследуют с применением FLIM (Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy,
микроскопия с измерением времени жизни флуоресценции). Также фотохромные соединения
используются при фотодинамической терапии. И несмотря на значительные успехи в
развитии технологии флуоресцентных белков - генетически кодируемых флуоресцентных
зондов, низкомолекулярные органические красители часто оказываются более удобными
инструментами.
В последнее время всё большую роль при визуализации процессов в биологических
системах стали играть квантовые точки (КТ). Основным их преимуществом является на
один-два порядка большая яркость по сравнению с органическими красителями, довольно
высокая стабильность и способность к тонкой настройке длинны волны испускаемого света
за счёт варьирования размера КТ. Однако они имеют и недостатки. Во-первых, основой КТ,
как правило, является CdSe–ZnS ядро, которое будучи довольно крупным и химически
устойчивым может накапливается в организме, оказывая на него неблагоприятное
воздействие. Во-вторых, несмотря на то, что размер ядра КТ варьируется от 1 до 10
нанометров, полимерная оболочка, обеспечивающая защиту и несущая функциональные
группы для конъюгирования с другими объектами (к примеру, с антителами), может в
несколько раз увеличивать размер КТ. В результате размер «точки» становится сопоставим с
белковым комплексом массой 1000 – 10 000 кДа. В-третьих, КТ при конъюгировании
проявляют поливалентность, что не позволяет присоединиться только к одному объекту.
Побороть эти недостатки КТ и, с другой стороны, обеспечить высокую яркость можно
было бы с применением органических красителей «сконцентрированных» в одной молекуле
при помощи дендримеров. Дендримеры представляют собой сильно разветвленные
полимерные молекулы концентрической симметрии с функциональными группами,
расположенными на внешней поверхности. На рисунке 1 приведена структура поли(амино
амидного) дендримера, в котором относительно центра (диаминоэтана) произошло два
дополнительных ветвления на амино группах (дендример второй генерации). Существуют
3
также дендримеры на основе алифатических и ароматических эфиров, а также
фосфорсодержащие и карбосилановые дендримеры. Концевые группы дендримера могут
быть модифицированы при помощи флуоресцентной метки, с нужными спектральными
свойствами. В случае изображенного на рис. 1 поли(амино амидного) дендримера второй
генерации молекула будет содержать 16 красителей. Таким образом достигается довольно
высокая экстинкция вещества. Более того, некоторые красители могут менять спектральные
свойства в ответ на изменение условий среды, к примеру рН. Таким образом, возможно
создание ярких флуоресцентных сенсоров на основе дендримеров. Важно, что в отличие от
квантовых точек дендример можно сшивать с другими целевыми молекулами моновалентно,
если реакционную группу поместить в центре ветвления. Так, при помощи популярной
сейчас клик-химии, основанной на реакции между азо- и алкиновой группами, приводящей к
синтезу 1,2,3-триазольного цикла, была продемонстрирована возможность сшивки
дендритных молекул. Однако в роли партнеров к дендримеру могли бы выступать и
биологические молекулы такие как антитела или другие белки.
Рис. 1 Структура поли(аминоамидного) дендримера второй генерации с 16-ю
концевыми группами.
В литературе уже известны примеры применения дендримеров в живых системах. В
частности, показано, что их можно использовать для адресной доставки лекарств к
опухолям. Есть примеры борсодержащих дендримеров, используемых при лечении
опухолевых заболеваний с применением нейтроного излучения. В последние 3-4 года было
опубликовано несколько работ с применением дендримеров, содержащих в своей структуре
флуоресцентные группы: были получены биосенсоры рН и кислорода, использующие FRET
между различными хромофорами, собранными в одну молекулу при помощи дендримера.
В заключение, разрабатываемые флуоресцентные метки (или зонды) на основе
дендримеров должны занять промежуточное положение между низкомолекулярными
органическими красителями и квантовыми точками.
4