Физико-химические механизмы пептид-липидных взаимодействий при формировании пор мембраноактивными полипептидами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Воловик Марта Викторовна

• Воловик Марта Викторовна
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Воловик Марта Викторовна

Введение

Актуальность темы исследования

Цели и задачи диссертационной работы

Научная новизна

Научно-практическая значимость работы

Основные положения, выносимые на защиту

Степень достоверности и апробация результатов

Список публикаций по теме диссертации

Структура и объем работы

Личный вклад автора

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Биологические мембраны

1.1.1. Строение биологических мембран

1.1.2. Модельная система бислойных липидных мембран

1.1.3. Устойчивость липидных мембран и формирование пор

1.2. Антимикробные пептиды (АМП)

1.2.1. Структура и свойства антимикробных а-спиральных пептидов

1.2.2. Физико-химические механизмы действия АМП

1.2.2.1. Адсорбция АМП на поверхности мембраны

1.2.2.2. Формирование пор антимикробными пептидами

1.3. Белок Е коронавируса 8АЯ8-СоУ-2

1.3.1. Функциональная роль белка Е в жизненном цикле коронавируса 8АЯ8-СоУ-2

1.3.2. Физико-химические механизмы действия белка Е

Глава 2. Материалы и методы

2.1. Материалы

2.2. Метод пэтч-кламп

2.2.1. Формирование бислойных липидных мембран (БЛМ) на отверстиях медной сетке

2.2.2. Установка пэтч-кламп

2.2.3. Измерения проводимости мембраны под действием АМП

2.2.4. Измерения проводимости мембраны под действием белка Е коронавируса 8АЯ8-СоУ-2

2.2.5. Обработка результатов

2.3. Метод компенсации внутримембранного поля (КВП)

2.3.1. Формирование бислойных липидных мембран (БЛМ) на отверстии тефлоновой ячейки

2.3.2. Электрострикция мембран

2.3.3. Адсорбция заряженных молекул на поверхности мембраны

2.3.4. Установка КВП

2.3.5. Измерения разности граничных потенциалов на мембране при адсорбции АМП

2.4. Измерения ^-потенциала

Глава 3. Исследование физико-химических механизмов формирования пор, индуцированных АМП

3.1. Измерение ^-потенциала на липосомах

3.2. Исследование проводимости мембраны под действием АМП

3.3. Ингибирование формирования пор под действием АМП

3.4. Исследование протонного транспорта через мембрану под

действием АМП

3.5. Обсуждение

3.6. Структурно-функциональные особенности адсорбции и транслокации мелиттина и магаинина

3.7. Обсуждение

3.8. Выводы к главе

Глава 4. Исследование физико-химических механизмов взаимодействия белка Е коронавируса SARS-CoV-2 с БЛМ

4.1. Исследование проводимости мембраны под действием белка Е коронавируса SARS-CoV-2

4.2. Обсуждение и выводы к главе

Заключение

Основные сокращения и условные обозначения

Список литературы

Благодарности

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Физико-химические механизмы пептид-липидных взаимодействий при формировании пор мембраноактивными полипептидами»

Введение Актуальность темы исследования

Жизнедеятельность клетки неразрывно связана с ее способностью выстраивать барьер между внутриклеточными органеллами и окружающей средой. Таким барьером, который одновременно позволяет клетке сохранять свою целостность и эффективно взаимодействовать с внешними миром, является клеточная мембрана. Клеточные мембраны выполняют ряд жизненно важных функций: защищают содержимое клетки и ее органелл, поддерживают электрохимический баланс веществ и метаболическую активность. Нарушение барьерной функции мембраны может привести к необратимым патологическим процессам в клетке и даже ее гибели. Основой клеточных мембран является двойной слой амфифильных молекул липидов, слабопроницаемый для ионов и полярных молекул и служащий матрицей для различных мембранных белков клетки, осуществляющих контролируемый транспорт таких заряженных молекул. В связи с этим особый интерес представляют соединения, образующие проводящие дефекты, поры и ионные каналы в липидном бислое.

На сегодняшний день известно огромное разнообразие белков и пептидов, которые способны влиять на проницаемость мембраны, встраиваться в нее и разрушать липидный матрикс. Такими соединениями являются как виропорины, белки сложной структуры, которые участвуют в жизненном цикле вирусов, так и амфипатические пептиды простой а-спиральной структуры, которые разрушают мембраны бактерий, формируя в ней ион-проводящие поры. Исследование физико-химических механизмов взаимодействия таких соединения с клеточной мембраной представляет собой одновременно фундаментальную и практическую задачу для создания как перспективных антимикробных препаратов, так и препаратов, способных предотвращать инфицирование здоровых клеток вирусами, что особенно актуально в связи с

появлением новых вирусных заболеваний в последние годы. В данной работе объектами исследования являются два типа соединений, проявляющих мембранную активность: амфипатические антимикробные пептиды (АМП) и оболочечный белок Е коронавируса SARS-CoV-2.

Антимикробные пептиды представляют собой перспективные антибиотики, которые проявляют высокую устойчивость к развитию резистентности штаммов бактерий [1-3]. Такие пептиды вырабатываются иммунной системой многих организмов, от бактерий до человека, и обладают широким спектром действия против патогенных микроорганизмов, таких как бактерии [4-8], грибы [9] и вирусы [4]. Кроме того, есть данные о положительных эффектах АМП при лечении рака [9; 10], воспалительных процессов [11; 12], а также об их использовании в качестве иммуномодулирующих соединений [13]. В течение последних десятков лет было определено более 3000 типов таких пептидов, продуцируемых как млекопитающими, так и насекомыми, растениями, грибами и даже бактериями. Однако, несмотря на интенсивные исследования последних десятилетий, клинические испытания сталкиваются с непреодолимыми препятствиями введения АМП в медицинскую практику. К таким препятствиям относятся: ограниченная стабильность АМП в организме человека, токсичность по отношению к здоровым клеткам и низкая селективность к мембранам патогенных микроорганизмов [14; 15]. С учетом этих проблем детальное понимание структурно-функциональных характеристик АМП имеет решающее значение для достижения высокой эффективности и низкой токсичности пептидов при лечении целого ряда заболеваний.

К настоящему времени установлено, что АМП индуцируют в клеточных мембранах формирование сквозных пор, сильно различающихся по своей структуре, размеру и времени жизни. Считается, что пептиды в низких концентрациях адсорбируются на мембране в S-конформации [16-18], параллельно плоскости липидного бислоя, а далее, с увеличением

концентрации, встраиваются в него в Ьконформации [16-19], перпендикулярно плоскости мембраны. Существует несколько моделей пор, соответствующих состоянию пептидов в Ьконформации [20; 21]. Тем не менее, эти модели до конца не описывают переходы между состояниями пептидов, образующих поры, и состояниями пептидов на поверхности мембраны. Данные молекулярные механизмы все еще требуют дальнейших исследований. Кроме того, с помощью электрофизиологических экспериментов, а также с помощью экспериментов по утечке водорастворимых флуоресцентных красителей из липидных везикул было показано, что формируемые поры закрываются с течением времени [22-26]. В связи с этим встает вопрос о том, почему происходит закрытие пор. Некоторые авторы связывают ингибирование формирования пор с транслокацией пептидов на противоположную сторону мембраны и последующим перераспределением пептидов на двух монослоях липидного бислоя [27]. Действительно, ранее было продемонстрировано, что пептиды могут спонтанно переходить на другую сторону мембраны [27-29], иногда даже без образования пор в мембране [30]. Однако гипотеза о том, что ингибирование формирования пор происходит за счет транслокации АМП и их перераспределения на двух монослоях мембраны, не подтверждена экспериментально, и вопрос о том, за счет чего происходит транслокация пептидов через мембрану, все еще остается открытым. В то же время, по мере появления новых видов АМП в течение последних десятилетий, проблема взаимосвязи между структурой и функцией пептидов становится все более актуальной. Как именно зависит активность АМП от их химической структуры? Можно ли обобщать механизмы, установленные для одного пептида, на другие виды пептидов? Таким образом, взаимосвязь структуры и функции АМП, молекулярные механизмы транслокации пептидов, формирования пор и их исчезновения, остаются нерешенными задачами в исследовании активности АМП.

Еще одним классом объектов, представляющим большой интерес в качестве соединений, способных формировать каналы в мембране и влиять на ее проницаемость, являются виропорины вирусов. Эти белки и полипептиды зачастую представляют собой низкоселективные аналоги ионных каналов, позволяющие вирусам выполнять различные функции в ходе их жизненного цикла. В отличие от большинства АМП, виропорины могут осуществлять канальную активность в течение длительного времени, поэтому исследование структурных особенностей виропоринов, отличных от амфипатических молекул АМП, представляет важную научную задачу с точки зрения понимания фундаментальных принципов формирования пор и обеспечения проницаемости мембран для различных веществ. Одним из актуальных примеров виропоринов является белок Е коронавируса SARS-CoV-2, функциональная роль которого до сих пор является предметом научных споров. На сегодняшний день исследования коронавируса SARS-CoV-2, вызвавшего пандемию COVID-19 и остающегося серьезной угрозой для человечества, продолжают проводиться на мировом уровне. Несмотря на появление вакцин и общее снижение смертности, методы лечения коронавирусной инфекции сильно ограничены. В связи с этим, крайне актуальной и практически важной задачей становится изучение структурных белков данного вируса.

Белок E является одним из структурных белков SARS-CoV-2 и входит в состав вирусной оболочки. Он состоит из нескольких доменов и обладает способностью формировать каналы в клеточных мембранах, что позволяет рассматривать его в качестве виропорина [31-34]. Виропорины участвуют в различных этапах жизненного цикла вируса, включая сборку вирусных частиц, выход из клетки и взаимодействие с иммунной системой хозяина [35; 36]. Во время инфицирования клеток белок E накапливается в клетке-мишени и может локализоваться в различных органеллах, таких как эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи. Белок E содержит трансмембранный домен (ТМД), состоящий из гидрофобных аминокислотных остатков, которые

позволяют ему встраиваться в клеточную мембрану. ТМД олигомеризуется, образуя пентамерные структуры, необходимые для формирования ион-проводящих каналов [31; 37-39]. Уже установлено, что коронавирус менее эффективно инфицирует клетку при отсутствии ТМД белка Е [40], а, значит, виропорины могут служить перспективными мишенями для создания лекарственных средств против вирусов. В связи с этим понимание структуры и функции белка E, а также физико-химических механизмов его взаимодействия с клеточными мембранами является актуальной задачей для разработки новых подходов в терапии вирусных инфекций. Однако в настоящее время есть лишь приближенные представления о канальной активности пентамера, и механизмы действия белка Е требуют дальнейших исследований. Кроме того, все еще остается открытым вопросом, как влияет липидный состав мембраны на активность белка Е и на его олигомеризацию. Последние работы предполагают, что белок Е также способен собираться в димер [41; 42], откуда встает вопрос о том, при каких условиях белок Е действует в качестве пентамерного виропорина, а при каких условиях он собирается в димер. Также известно, что белок Е содержит амфипатическую а-спираль в С-концевом домене [31; 43; 44], которая, согласно работе [36], может влиять на олигомеризацию и встраивание белка Е в липидный матрикс. Тем не менее, ее ключевая роль в процессе взаимодействия белка Е с мембраной остается предметом дальнейших исследований.

Таким образом, исследование процессов олигомеризации, канальной активности белка Е в зависимости от липидного состава мембраны, а также роли амфипатической а-спирали С-концевого домена являются актуальными задачами для выяснения физико-химических механизмов действия белка Е коронавируса SARS-CoV-2.

Встраивание в мембрану и формирование пор АМП обусловлено уникальной амфипатической структурой пептида. Одновременно с этим, олигомеризацию и встраивание белка Е в липидный бислой связывают с

наличием в его составе амфипатической а-спирали. Поэтому центральное внимание данной работы уделяется исследованию процессов взаимодействия амфипатических а-спиралей с липидной мембраной.

Цели и задачи диссертационной работы

Цель данной работы - определить общие физико-химические механизмы формирования пор под действием мембраноактивных пептидов.

Задачи работы:

1. Установить соотношение объемной и поверхностной концентраций а-спиральных антимикробных пептидов для используемого липидного состава мембраны.

2. Определить пороговые объемные концентрации пептидов мелиттина и магаинина, при которых в мембране образуются сквозные проводящие поры.

3. Определить кинетику изменения проводимости мембраны под действием данных АМП в высокой (порообразующей) концентрации при их предварительной адсорбции в низких (ниже порообразующей) концентрациях на двух сторонах мембраны.

4. Провести статистический анализ полученных сигналов проводимости по типу, амплитуде, длительности и частоте встречаемости.

5. Исследовать характер адсорбции и встраивания, а также возможность транслокации мелиттина и магаинина через липидную мембрану.

6. Построить общую схему процессов формирования пор исследуемыми АМП в широком диапазоне концентраций (от десятков нМ до мкМ).

7. Исследовать взаимодействие белка Е коронавируса SARS-CoV-2 с мембранами различного липидного состава.

8. Определить характер влияния отрицательно заряженных липидов и холестерина в составе мембраны на структуру и электрическую проводимость пор и каналов, формируемых белком Е.

9. Исследовать мембранную активность амфипатической а-спирали Н3 белка Е коронавируса SARS-CoV-2.

10. Определить условия формирования каналоподобной структуры мономерами белка Е в липидных мембранах.

Научная новизна

Все результаты, полученные в диссертационной работе, являются новыми.

1. Впервые показано, что а-спиральные антимикробные пептиды мелиттин и магаинин в концентрациях порядка 10 нМ формируют в мембранах небольшие поры, проницаемые для протонов и не проницаемые для более крупных ионов, и блокируют дальнейшее формирование больших пор при последующем добавлении пептидов к мембране в высоких концентрациях (порядка мкМ).

2. Впервые предложен детальный механизм мембранной активности а-спиральных АМП в концентрациях от 10 нМ до мкМ.

3. Предложена методика оценки взаимосвязи структуры пептида и его мембранной активности на основании измерений мембранных потенциалов.

4. Впервые показана зависимость мембранной активности белка Е коронавируса SARS-CoV-2 от липидного состава мембраны и, в первую очередь, от содержания холестерина в ней.

5. Впервые показано, что белок Е способен формировать различные типы пор в липидных мембранах, по-видимому, проявляя разную степень олигомеризации.

Научно-практическая значимость работы

Предложена физико-химическая модель механизма формирования пор антимикробными пептидами, в рамках которой описаны экспериментальные наблюдения данной работы. Модель дает новые сведения о взаимосвязи структуры и мембранной активности данных пептидов. Предложен метод оценки встраивания АМП в липидных бислой по измерениям мембранных потенциалов, в зависимости от их вторичной структуры, и продемонстрирована четкая взаимосвязь определяемых параметров мембранной активности с характером формируемых пор. Кроме того, показано, что даже в чрезвычайно низких концентрациях (около 10 нМ) АМП могут формировать проводящие протоны пред-поры в липидном бислое; наличие пред-пор препятствует дальнейшему образованию больших ион-проводящих пор. Эти результаты могут лечь в основу поиска методов борьбы с токсичностью пептидов по отношению к мембранам здоровых клеток организма.

Для белка Е коронавируса SARS-CoV-2 впервые показан физико-химический механизм переключения его мембранной активности в зависимости от уровня холестерина в мембране. Показано, как возможная структура олигомеров белка Е может соотноситься с типом формируемых им пор и каналов в липидных мембранах. Ввиду того, что белок Е является достаточно консервативным среди штаммов коронавируса, а его отсутствие в структуре вириона значительно снижает инфекционность вируса, результаты данной работы представляют также важный практический интерес с точки зрения разработки новых противовирусных лекарственных препаратов. Кроме того, в работе продемонстрирована взаимосвязь структуры пор, формируемых молекулами белка Е и антимикробными пептидами мелиттином и магаинином. Сделаны выводы о необходимости наличия определенных участков в структуре

пептидов и белков для формирования каналоподобных структур и мембранных пор.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Установлено, что мелиттин и магаинин при достижении некоторой пороговой концентрации формируют в бислойных липидных мембранах поры, схожие по структуре и времени жизни.

2. Электрическую проводимость мембран, индуцируемую исследуемыми пептидами, можно представить в виде трех основных типов электрических сигналов: спайк-сигнала, с длительностью порядка десятков миллисекунд и амплитудой 0,5-2,5 нСм, мульти-уровневого сигнала, характеризующегося длительностью до 10 минут и сильно флуктуирующей проводимостью, а также сигнала ступенчатой формы с длительностью порядка 10 минут и постоянной амплитудой в диапазоне 0,5-2,5 нСм. Для каждого типа сигнала проводимости предложены структурные эквиваленты пор.

3. Показано, что адсорбция мелиттина или магаинина в низких концентрациях на поверхности мембраны индуцирует поры, проницаемые для протонов и не проницаемые для более крупных ионов.

4. После предварительной адсорбции на поверхности мембраны мелиттина или магаинина в низких концентрациях при последующей добавке данных пептидов в высокой концентрации проводящие поры образуются в значительно меньшем количестве, чем без предварительной адсорбции.

5. Предложен метод оценки характера адсорбции и встраивания АМП в липидных бислой, основанный на измерениях мембранных потенциалов.

6. Предложена структурно-функциональная взаимосвязь для мелиттина и магаинина, определяющая их мембранную активность: более гибкая

структура мелиттина позволяет пептиду глубже встраиваться в мембрану, индуцируя большее латеральное давление в контактном монослое, что приводит к формированию преимущественно липидных пор, в то время как магаинин образует большее число пептид-липидных пор, способствующих более интенсивной транслокации пептидов через мембрану.

7. Предложен физико-химический механизм мембранной активности а-спиральных антимикробных пептидов в широком диапазоне концентраций.

8. Выявлена зависимость мембранной активности белка Е коронавируса SARS-CoV-2 от наличия анионных липидов и холестерина в мембране.

9. Установлено, что при низком содержании холестерина в составе мембраны белок Е коронавируса SARS-CoV-2 индуцирует кратковременную спайковую проводимость мембраны, в то время как высокое содержание холестерина приводит к возникновению длительных стабильных сигналов проводимости.

10. Предложена модель взаимосвязи олигомерной структуры белка Е с его электрической активностью: при низком содержании холестерина в липидном составе мембраны белок Е олигомеризуется в димер, формируя липидные поры в мембране, а при высоком - собирается в пентамер, образуя стабильный виропорин.

Степень достоверности и апробация результатов

Достоверность результатов работы обоснована данными экспериментальной работы, полученными с использованием широко известных методов исследования и классических хорошо зарекомендовавших себя систем моделирования клеточных мембран. Работа проводилась на специализированном научном оборудовании. Полученные данные

анализировались с помощью активно применяемого универсального программного обеспечения и тщательно сравнивались с результатами раннее опубликованных экспериментальных и теоретических работ.

Результаты настоящей работы были представлены на следующих конференциях:

1. XIV Конференция молодых ученых, аспирантов и студентов ИФХЭ РАН (Москва, Россия, 2019).

2. 62-я Всероссийская конференция МФТИ (Долгопрудный, Московская область, Россия, 2019).

3. 10th IUPAP International Conference on Biological Physics (Мадрид, Испания, 2019).

4. 64-я Всероссийская конференция МФТИ (Долгопрудный, Московская область, Россия, 2021).

5. 66th Biophysical Society Annual Meeting (Сан-Франциско, США, 2022).

6. Всероссийская конференция по электрохимии с международным участием (Москва, Россия, 2023).

7. XXXV Зимняя молодёжная научная школа "Перспективные направления физико-химической биологии и биотехнологии (Москва, Россия, 2023).

8. 66-я Всероссийская конференция МФТИ (Долгопрудный, Московская область, Россия, 2024).

По итогам исследования подготовлены 4 публикации в научных изданиях, индексируемых базами Scopus, Web of Science и RSCI. Результаты работы также были опубликованы в 8 сборниках тезисов докладов конференций (индексируются РИНЦ).

Список публикаций по теме диссертации

Статьи в журналах

1. Volovik M.V., Batishchev O.V. Membrane Activity of Melittin and Magainin-I at Low Peptide-to-Lipid Ratio: Different Types of Pores and Translocation Mechanisms // Biomolecules. 2024. - Т. 14. № 9. - С. 1118. -https://doi.org/10.3390/biom14091118 (Scopus, WoS)

2. Volovik M.V., Denieva Z.G., Gifer C.K., Rakitina M.A., Batishchev O.V. Membrane Activity and Viroporin Assembly for the SARS-CoV-2 E Protein Are Regulated by Cholesterol // Biomolecules. - 2024. - Т. 14. № 9. - С. 1061. - https://doi.org/10.3390/biom14091061 (Scopus, WoS)

3. Volovik M.V., Batishchev O.V. Viral fingerprints of the ion channel evolution: compromise of complexity and function // Journal of Biomolecular Structure and Dynamics - https://doi.org/10.1080/07391102.2024.2411523 (Scopus, WoS)

4. Pinigin K.V., Volovik M.V., Batishchev O.V., Akimov S.A. Interaction of Ordered Lipid Domain Boundaries and Amphipathic Peptides Regulates Probability of Pore Formation in Membranes // Biochem. Mosc. Suppl. Ser. Membr. Cell Biol. - 2020. - Т. 14. № 4. - С. 319-330. -https://doi.org/10.1134/S1990747820040091 (Scopus, WoS)

Публикации в трудах конференций

1. Воловик М.В., Батищев О.В. Исследование активности ионных каналов, индуцированных трансмембранным белком Е вируса SARS-CoV-2 // Тезисы доклада XXXV Зимняя Молодёжная Научная Школа "Перспективные Направления Физико- Химической Биологии И Биотехнологии. - 2023 - с.10. (РИНЦ)

2. Воловик М.В., Дениева З.Г., Акимов С.А., Батищев О.В. Физико-химические механизмы пептид-липидных взаимодействий при формировании пор антимикробными пептидами // Сборник тезисов

докладов всероссийской конференции по электрохимии с международным участием. - 2023 - с. 208-209. (РИНЦ)

3. Воловик М.В., Батищев О.В. Механизмы регуляции формирования пор антимикробными пептидами // III Объединенный научный форум физиологов, биохимиков и молекулярных биологов. - 2022 - с. 8. (РИНЦ)

4. Volovik M.V., Denieva Z.G., Batishchev O.V. Antimicrobial peptides inhibit pore formation by redistribution across the membrane // Biophysical journal -2022 - с. 218a. (Scopus, WoS)

5. Воловик М.В., Соколов В.С., Акимов С.А., Батищев О.В.Исследование механизмов формирования пор амфипатическими пептидами // Biophysical journal - 2019 - с. 200-201. (РИНЦ)

6. Volovik M.V., Sokolov V. S., Akimov S.A., Batishchev O.V. Antimicrobial peptides form lipid pores aligning on the membrane surface via its elastic deformations. // Biophysics Journal - 2019 - Т. 48, с. 160. (Scopus, WoS)

7. Sokolov V. S., Akimov S. A., Batischchev O. V., Volovik M. V. Pore formation mechanisms of antimicrobial peptides // Biophysics Journal. - 2021 - Т. 50, с. 154. (Scopus, WoS)

Структура и объем работы

В диссертации представлены следующие разделы: введение, обзор литературы (глава 1), материалы и методы (глава 2), результаты (глава 3 и глава 4 главы), обсуждение, выводы и заключение. В конце работы представлены список литературы из 276 источников и благодарности. Работа включает 21 рисунок и 4 таблицы.

Личный вклад автора

Вся основная экспериментальная работа проведена автором лично или при его определяющем участии. Теоретические модели, в рамках которых описаны экспериментальные результаты, разработаны коллегами из лаборатории биоэлектрохимии ИФХЭ РАН.

Глава 1. Обзор литературы 1.1. Биологические мембраны

1.1.1. Строение биологических мембран

Биологические мембраны являются барьером, который защищает содержимое клетки от внешней среды и позволяет ей эффективно взаимодействовать с окружающим миром. Основу мембраны составляет двойной слой амфифильных молекул липидов, которые создают слабопроницаемую для ионов и полярных молекул оболочку клетки. Липидный бислой представляет собой двумерную жидкость (если точнее - двумерный жидкий кристалл), в котором свободно «плавают» молекулы белков. Молекулы липидов состоят из полярных гидрофильных головок и гидрофобных углеводородных хвостов. При взаимодействии с водой липиды самопроизвольно организуются таким образом, что их гидрофобные хвосты направлены друг к другу, а гидрофильные головки выстилают внешнюю поверхность мембраны с двух сторон, формируя, таким образом, липидный матрикс биологических мембран. Характерная толщина липидного бислоя составляет примерно 4 нм, соответственно, длина липидной молекулы приблизительно равна 2 нм [45].

В состав клеточных мембран входит более 1000 различных липидов [46]. Они очень разнообразны по своему строению и классифицируются на две основных группы в зависимости от способности к гидролизу в щелочной среде: омыляемые и неомыляемые липиды. В число неомыляемых липидов входит группа стероидов, стерины (например, холестерин), ряд витаминов и стероидных гормонов. Омыляемые липиды более разнообразны и, в основном, содержат триглицериды и фосфолипиды. Ввиду их высокого разнообразия, данные липиды обычно классифицируются либо по структуре молекулы в

целом (глицеролипиды, сфинголипиды, стерины и т.д.), либо по строению полярной части молекулы (фосфатидилхолин, фосфатидилэтаноламин, фосфатидилсерин и т.д.).

Плазматические мембраны клеток, в основном, состоят из фосфолипидов и глицеролипидов, а также стеринов. В липидный состав таких внутриклеточных органелл, как митохондрии, аппарат Гольджи и эндоплазматический ретикулум (ЭПР), также преимущественно входят фосфолипиды [47].

Типичными фосфолипидами для многих мембран эукариотических клеток являются фосфатидилхолин (РС) и фосфатидилэнатоламин (PE). Поэтому фосфатидилхолиновые бислойные липидные мембраны зачастую изучаются в качестве модельных мембран, так как данный тип липидов самый распространенный и составляет примерно 50% от всего липидного состава клеточных мембран [46]. Также распространенными липидами являются отрицательно заряженный липид фосфатидилсерин (PS) и холестерин. При этом содержание холестерина в плазматической мембране может достигать 40% [46]. При моделировании липидных мембран бактериальных клеток основное внимание уделяется фосфатидилхолину [48-50], фосфатидилэнатоламину [51-53], фосфатидилсерину [48; 54], хотя известно, что мембраны многих бактерий не содержат фосфатидилхолин [55-57]. Кроме того, для данного типа клеток характерно наличие отрицательно заряженных фосфатидилглицеринов (PG) и кардиолипина (СЬ) [58]. Также известно, что содержание кардиолипина достигает 20% в мембранах митохондрий [59].

1.1.2. Модельная система бислойных липидных мембран

Плоские бислойные липидные мембраны (БЛМ) — широко известная удобная система для моделирования клеточных мембран, позволяющая изучать транспорт молекул через мембрану и ее взаимодействие с белками и пептидами

[14]. Практическое применение таких систем особенно распространено ввиду того, что их легко создавать в лабораторных условиях, их состояние удобно контролировать, и такие системы можно адаптировать под разные экспериментальные условия. При этом БЛМ обладают большинством основных свойств биологических мембран [14].

Впервые «черные» бислойные липидные мембраны были описаны Мюллером и др. [60]. Термин «черные» возник благодаря тому, что при наблюдении в отраженном свете происходит интерференция лучей, отраженных от двух границ мембраны, со сдвигом фаз на п/2, в результате чего мембрана представляется в виде черной пленки. Метод формирования БЛМ, разработанный Мюллером и Рудиным, заключается в нанесении липидов в гидрофобном растворителе на отверстие в тефлоновой перегородке или на кольца медной сетки с помощью тонкой кисти или пластикового наконечника. В качестве гидрофобных растворителей, в основном, используются декан, октан и сквалан. При этом бислои липидов формируется спонтанно за счет вытеснения избытка растворителя к краям отверстия. С момента возникновения современной биофизики мембран БЛМ стали использоваться в качестве одной из основных модельных систем, позволяющей изучать физические, химические и биологические свойства клеточных мембран, а также процессы, протекающие при взаимодействии мембран с различными соединениями. Данная система наиболее удобна для исследования формирования пор и каналов при взаимодействии БЛМ с антимикробными пептидами, вирусными белками, различными токсинами и лекарственными молекулами [14; 61; 62].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Воловик Марта Викторовна, 2024 год

Список литературы

1. Brogden K.A. Antimicrobial peptides: pore formers or metabolic inhibitors in bacteria? / K.A. Brogden // Nature Reviews Microbiology. -2005. - T. 3. - № 3. - C. 238-250.

2. Antimicrobial Peptides: A New Hope in Biomedical and Pharmaceutical Fields / A. Moretta [h gp.] // Frontiers in Cellular and Infection Microbiology. - 2021. - T. 11. - C. 668632.

3. Sequence and specificity of two antibacterial proteins involved in insect immunity / H. Steiner [h gp.] // Nature. - 1981. - T. 292. - № 5820. -C. 246-248.

4. Melittin: a venom-derived peptide with promising anti-viral properties / H. Memariani [h gp.] // European Journal of Clinical Microbiology & Infectious Diseases. - 2020. - T. 39. - № 1. - C. 5-17.

5. Fennell J.F.M. Antibacterial action of a bee venom fraction (melittin) against a penicillin-resistant staphylococcus and other microorganisms. USNRDL-TR-67-101. / J.F.M. Fennell, W.H. Shipman, L.J. Cole // Research and development technical report. United States. Naval Radiological Defense Laboratory, San Francisco. - 1967. - C. 1-13.

6. Lubke L.L. The Antimicrobial Agent Melittin Exhibits Powerful In Vitro Inhibitory Effects on the Lyme Disease Spirochete / L.L. Lubke, C.F. Garon // Clinical Infectious Diseases. - 1997. - T. 25. - № s1. - C. S48-S51.

7. Antimicrobial Activity of Bee Venom and Melittin against Borrelia burgdorferi / K. Socarras [h gp.] // Antibiotics. - 2017. - T. 6. - № 4. -C. 31.

8. Schmidt-Lange W. The germicidal effect of bee venom / W. SchmidtLange // Muench Med. Wochenschr. - 1941. - T. 83. - C. 935.

9. Cationic membrane-active peptides - anticancer and antifungal activity as well as penetration into human skin / N. Do [h gp.] // Experimental Dermatology. - 2014. - T. 23. - № 5. - C. 326-331.

10. Applications and evolution of melittin, the quintessential membrane active peptide / S. Guha [h gp.] // Biochemical Pharmacology. - 2021. - T. 193.

- C. 114769.

11. Lee G. Anti-Inflammatory Applications of Melittin, a Major Component of Bee Venom: Detailed Mechanism of Action and Adverse Effects / G. Lee, H. Bae // Molecules. - 2016. - T. 21. - № 5. - C. 616.

12. Therapeutic Properties of Bioactive Compounds from Different Honeybee Products / L. Cornara [h gp.] // Frontiers in Pharmacology. - 2017. - T. 8.

- C. 412.

13. Melittin radiosensitizes esophageal squamous cell carcinoma with induction of apoptosis in vitro and in vivo / H. Zhu [h gp.] // Tumor Biology. - 2014. - T. 35. - № 9. - C. 8699-8705.

14. Mechanistic Landscape of Membrane-Permeabilizing Peptides / S. Guha [h gp.] // Chemical Reviews. - 2019. - T. 119. - № 9. - C. 6040-6085.

15. Starr C.G. Antimicrobial peptides are degraded by the cytosolic proteases of human erythrocytes / C.G. Starr, W.C. Wimley // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes. - 2017. - T. 1859. - № 12. -C. 2319-2326.

16. Huang H.W. Molecular mechanism of antimicrobial peptides: The origin of cooperativity / H.W. Huang // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) -Biomembranes. - 2006. - T. 1758. - № 9. - C. 1292-1302.

17. Zemel A. Perturbation of a lipid membrane by amphipathic peptides and its role in pore formation / A. Zemel, A. Ben-Shaul, S. May // European Biophysics Journal. - 2005. - T. 34. - № 3. - C. 230-242.

18. Frey S. Orientation of melittin in phospholipid bilayers. A polarized attenuated total reflection infrared study / S. Frey, L.K. Tamm // Biophysical Journal. - 1991. - T. 60. - № 4. - C. 922-930.

19. Dempsey C.E. Helical structure and orientation of melittin in dispersed phospholipid membranes from amide exchange analysis in situ / C.E. Dempsey, G.S. Butler // Biochemistry. - 1992. - T. 31. - № 48. -C. 11973-11977.

20. Wimley W.C. Antimicrobial Peptides: Successes, Challenges and Unanswered Questions / W.C. Wimley, K. Hristova // The Journal of Membrane Biology. - 2011. - T. 239. - № 1-2. - C. 27-34.

21. Barrel-Stave Model or Toroidal Model? A Case Study on Melittin Pores / L. Yang [h gp.] // Biophysical Journal. - 2001. - T. 81. - № 3. - C. 14751485.

22. Schwarz G. Kinetics of melittin induced pore formation in the membrane of lipid vesicles / G. Schwarz, R. Zong, T. Popescu // Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Biomembranes. - 1992. - T. 1110. - № 1. -C. 97-104.

23. Mechanism of magainin 2a induced permeabilization of phospholipid vesicles / E.Jr. Grant [h gp.] // Biochemistry. - 1992. - T. 31. - № 41. -C. 9912-9918.

24. Channel current analysis estimates the pore-formation and the penetration of transmembrane peptides / Y. Sekiya [h gp.] // The Analyst. - 2018. -T. 143. - № 15. - C. 3540-3543.

25. Watanabe H. Channel Current Analysis for Pore-forming Properties of an Antimicrobial Peptide, Magainin 1, Using the Droplet Contact Method / H. Watanabe, R. Kawano // Analytical Sciences. - 2016. - T. 32. - № 1. -C. 57-60.

26. Characterisation of cell membrane interaction mechanisms of antimicrobial peptides by electrical bilayer recording / D. Priyadarshini [h gp.] // Biophysical Chemistry. - 2022. - T. 281. - C. 106721.

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

Translocation of a Channel-Forming Antimicrobial Peptide, Magainin 2, across Lipid Bilayers by Forming a Pore / K. Matsuzaki [h gp.] // Biochemistry. - 1995. - T. 34. - № 19. - C. 6521-6526. Spontaneous Membrane-Translocating Peptides by Orthogonal High-Throughput Screening / J.R. Marks [h gp.] // Journal of the American Chemical Society. - 2011. - T. 133. - № 23. - C. 8995-9004. Matsuzaki K. Pore formation and translocation of melittin / K. Matsuzaki, S. Yoneyama, K. Miyajima // Biophysical journal. - 1997. - T. 73. - № 2.

- C. 831-838.

Translocation of Cationic Amphipathic Peptides across the Membranes of Pure Phospholipid Giant Vesicles / S.A. Wheaten [h gp.] // Journal of the American Chemical Society. - 2013. - T. 135. - № 44. - C. 16517-16525. Coronavirus E protein forms ion channels with functionally and structurally-involved membrane lipids / C. Verdia-Baguena [h gp.] // Virology. - 2012. - T. 432. - № 2. - C. 485-494.

Functions of Viroporins in the Viral Life Cycle and Their Regulation of Host Cell Responses / X. Xia [h gp.] // Frontiers in Immunology. - 2022.

- T. 13. - C. 890549.

Viroporins: Structure, function, and their role in the life cycle of SARS-CoV-2 / U. Breitinger [h gp.] // The International Journal of Biochemistry & Cell Biology. - 2022. - T. 145. - C. 106185.

Viroporins and inflammasomes: A key to understand virus-induced inflammation / N.S. Farag [h gp.] // The International Journal of Biochemistry & Cell Biology. - 2020. - T. 122. - C. 105738. Schoeman D. Is There a Link Between the Pathogenic Human Coronavirus Envelope Protein and Immunopathology? A Review of the Literature / D. Schoeman, B.C. Fielding // Frontiers in Microbiology. -2020. - T. 11. - C. 2086.

Schoeman D. Coronavirus envelope protein: current knowledge / D. Schoeman, B.C. Fielding // Virology Journal. - 2019. - T. 16. - № 1. -C. 69.

Structure and drug binding of the SARS-CoV-2 envelope protein transmembrane domain in lipid bilayers / V.S. Mandala [h gp.] // Nature Structural & Molecular Biology. - 2020. - T. 27. - № 12. - C. 1202-1208. Expression and purification of coronavirus envelope proteins using a modified ß-barrel construct / K. Parthasarathy [h gp.] // Protein Expression and Purification. - 2012. - T. 85. - № 1. - C. 133-141. Structure of a Conserved Golgi Complex-targeting Signal in Coronavirus Envelope Proteins / Y. Li [h gp.] // Journal of Biological Chemistry. -2014. - T. 289. - № 18. - C. 12535-12549.

Severe acute respiratory syndrome coronavirus nonstructural proteins 3, 4, and 6 induce double-membrane vesicles / M.M. Angelini [h gp.] // MBio.

- 2013. - T. 4. - № 4. - C. e00524-13.

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

Differences in Oligomerization of the SARS-CoV-2 Envelope Protein, Poliovirus VP4, and HIV Vpu / J.A. Townsend [h gp.] // Biochemistry. -2024. - T. 63. - № 3. - C. 241-250.

Dimeric Transmembrane Structure of the SARS-CoV-2 E Protein / R. Zhang [h gp.] // Communications Biology. - 2023. - T. 6. - № 1. -C. 1109.

Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus Envelope Protein Ion Channel Activity Promotes Virus Fitness and Pathogenesis / J.L. Nieto-Torres [h gp.] // PLoS Pathogens. - 2014. - T. 10. - № 5. - C. e1004077. Analysis of SARS-CoV E protein ion channel activity by tuning the protein and lipid charge / C. Verdiá-Báguena [h gp.] // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes. - 2013. - T. 1828. - № 9. -C. 2026-2031.

Kobayashi T. Transbilayer lipid asymmetry / T. Kobayashi, A.K. Menon // Current Biology. - 2018. - T. 28. - № 8. - C. R386-R391. Van Meer G. Cellular lipidomics / G. Van Meer // The EMBO Journal. -2005. - T. 24. - № 18. - C. 3159-3165.

Van Meer G. Membrane lipids: where they are and how they behave / G. Van Meer, D.R. Voelker, G.W. Feigenson // Nature Reviews Molecular Cell Biology. - 2008. - T. 9. - № 2. - C. 112-124.

Interaction of melittin with lipid membranes / S. Ohki [h gp.] // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes. - 1994. -T. 1194. - № 2. - C. 223-232.

Hristova K. Structure, Location, and Lipid Perturbations of Melittin at the

Membrane Interface / K. Hristova, C.E. Dempsey, S.H. White //

Biophysical Journal. - 2001. - T. 80. - № 2. - C. 801-811.

Vogel H. The structure of melittin in membranes / H. Vogel, F. Jähnig //

Biophysical Journal. - 1986. - T. 50. - № 4. - C. 573-582.

Eytan G.D. Melittin-induced fusion of acidic liposomes / G.D. Eytan, T.

Almary // FEBS Letters. - 1983. - T. 156. - № 1. - C. 29-32.

Batenburg A.M. Melittin-induced changes of the macroscopic structure of

phosphatidylethanolamines / A.M. Batenburg, J.H. Van Esch, B. De

Kruijff // Biochemistry. - 1988. - T. 27. - № 7. - C. 2324-2331.

Lee M.-T. Energetics of Pore Formation Induced by Membrane Active

Peptides / M.-T. Lee, F.-Y. Chen, H.W. Huang // Biochemistry. - 2004. -

T. 43. - № 12. - C. 3590-3599.

Higashino Y. Membrane Fusion between Liposomes Composed of Acidic Phospholipids and Neutral Phospholipids Induced by Melittin: A Differential Scanning Calorimetric Study / Y. Higashino, A. Matsui, K. Ohki // Journal of Biochemistry. - 2001. - T. 130. - № 3. - C. 393-397. A unique phospholipid organization in bovine erythrocyte membranes / J. Florin-Christensen [h gp.] // Proceedings of the National Academy of Sciences. - 2001. - T. 98. - № 14. - C. 7736-7741.

56

57

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69

70

Travkova O.G. The interaction of antimicrobial peptides with membranes / O.G. Travkova, H. Moehwald, G. Brezesinski // Advances in Colloid and Interface Science. - 2017. - T. 247. - C. 521-532.

Ratledge C. Microbial routes to lipids / C. Ratledge // Biochemical Society Transactions. - 1989. - T. 17. - № 6. - C. 1139-1141. Carey A.B. Model architectures for bacterial membranes / A.B. Carey, A. Ashenden, I. Köper // Biophysical Reviews. - 2022. - T. 14. - № 1. -C.111-143.

Functional role of cardiolipin in mitochondrial bioenergetics / G. Paradies [h gp.] // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics. - 2014. -T. 1837. - № 4. - C. 408-417.

Reconstitution of Cell Membrane Structure in vitro and its Transformation into an Excitable System / C. Mueller [h gp.] // Nature. - 1962. - T. 194. -№ 4832. - C. 979-980.

Brémaud E. Deciphering the Assembly of Enveloped Viruses Using Model Lipid Membranes / E. Brémaud, C. Favard, D. Muriaux // Membranes. - 2022. - T. 12. - № 5. - C. 441.

Khan M. Engineering Lipid Bilayer Membranes for Protein Studies / M. Khan, N. Dosoky, J. Williams // International Journal of Molecular Sciences. - 2013. - T. 14. - № 11. - C. 21561-21597. Weaver J.C. Theory of electroporation: A review / J.C. Weaver, Yu.A. Chizmadzhev // Bioelectrochemistry and Bioenergetics. - 1996. - T. 41. -№ 2. - C. 135-160.

Electric breakdown of bilayer lipid membranes / I.G. Abidor [h gp.] // Journal of Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry. -1979. - T. 104. - C. 37-52.

Cunill-Semanat E. Spontaneous and Stress-Induced Pore Formation in Membranes: Theory, Experiments and Simulations / E. Cunill-Semanat, J. Salgado // The Journal of Membrane Biology. - 2019. - T. 252. - № 4-5. - C. 241-260.

Electroporation-based applications in biotechnology / T. Kotnik [h gp.] // Trends in Biotechnology. - 2015. - T. 33. - № 8. - C. 480-488. Derjaguin B.V. On the theory of the rupture of black films / B.V. Derjaguin, A.V. Prokhorov // Journal of Colloid and Interface Science. -1981. - T. 81. - № 1. - C. 108-115.

Pore formation in lipid membrane I: Continuous reversible trajectory from intact bilayer through hydrophobic defect to transversal pore / S.A. Akimov [h gp.] // Scientific Reports. - 2017. - T. 7. - № 1. - C. 12152. Teixeira V. Role of lipids in the interaction of antimicrobial peptides with membranes / V. Teixeira, M.J. Feio, M. Bastos // Progress in Lipid Research. - 2012. - T. 51. - № 2. - C. 149-177.

Mechanical properties that influence antimicrobial peptide activity in lipid membranes / N. Marin-Medina [h gp.] // Applied Microbiology and Biotechnology. - 2016. - T. 100. - № 24. - C. 10251-10263.

71. Bechinger B. Rationalizing the membrane interactions of cationic amphipathic antimicrobial peptides by their molecular shape / B. Bechinger // Current Opinion in Colloid & Interface Science. - 2009. -T. 14. - № 5. - C. 349-355.

72. Reversible electrical breakdown of lipid bilayers: formation and evolution of pores / R.W. Glaser [h gp.] // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) -Biomembranes. - 1988. - T. 940. - № 2. - C. 275-287.

73. Pore formation in lipid membrane II: Energy landscape under external stress / S.A. Akimov [h gp.] // Scientific Reports. - 2017. - T. 7. - № 1. -C. 12509.

74. Molecular mechanisms of antibiotic resistance revisited / E.M. Darby [h gp.] // Nature Reviews Microbiology. - 2023. - T. 21. - № 5. - C. 280295.

75. A Small RNA Transforms the Multidrug Resistance of Pseudomonas aeruginosa to Drug Susceptibility / C.O.K. Law [h gp.] // Molecular Therapy - Nucleic Acids. - 2019. - T. 16. - C. 218-228.

76. Davies J. Where have all the antibiotics gone? / J. Davies // Canadian Journal of Infectious Diseases and Medical Microbiology. - 2006. - T. 17.

- № 5. - C. 287-290.

77. Where have all the antibiotic patents gone? / M.L. Katz [h gp.] // Nature biotechnology. - 2006. - T. 24. - № 12. - C. 1529-1531.

78. Andersson D.I. Antibiotic resistance and its cost: is it possible to reverse resistance? / D.I. Andersson, D. Hughes // Nature Reviews Microbiology.

- 2010. - T. 8. - Antibiotic resistance and its cost. - № 4. - C. 260-271.

79. Nakatsuji T. Antimicrobial peptides: old molecules with new ideas / T. Nakatsuji, R.L. Gallo // Journal of investigative dermatology. - 2012. -T. 132. - № 3. - C. 887-895.

80. Antimicrobial peptides-outline off the history of studies and mode of action. / E. Bagnicka [h gp.] // Medycyna Weterynaryjna. - 2011. - T. 67.

- № 7. - C. 444-448.

81. Kiss G. Uber das Giftsekret der Gelbbauchunke, Bombina variegata L. / G. Kiss, H. Michl // Toxicon. - 1962. - T. 1. - № 1. - C. 33-34.

82. Groves M. Polymorphism in the red protein isolated from milk of individual cows / M. Groves, R. Peterson, C. Kiddy // Nature. - 1965. -T. 207. - № 5000. - C. 1007-1008.

83. Levy O. Antimicrobial proteins and peptides: anti-infective molecules of mammalian leukocytes / O. Levy // Journal of Leukocyte Biology. - 2004.

- T. 76. - № 5. - C. 909-925.

84. Stephens J.M. BACTERICIDAL ACTIVITY OF THE BLOOD OF ACTIVELY IMMUNIZED WAX MOTH LARVAE / J.M. Stephens // Canadian Journal of Microbiology. - 1962. - T. 8. - № 4. - C. 491-499.

85. Insect immunity. Purification and properties of three inducible bactericidal proteins from hemolymph of immunized pupae of Hyalophora cecropia /

D. Hultmark [h gp.] // European Journal of Biochemistry. - 1980. -T. 106. - № 1. - C. 7-16.

86. Zasloff M. Magainins, a class of antimicrobial peptides from Xenopus skin: isolation, characterization of two active forms, and partial cDNA sequence of a precursor. / M. Zasloff // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. -1987. - T. 84. - № 15. - C. 5449-5453.

87. Antibacterial Peptides from Plants: What They Are and How They Probably Work / C. Barbosa Pelegrini [h gp.] // Biochemistry Research International. - 2011. - T. 2011. - C. 1-9.

88. Mechanistic aspects in the biogenic synthesis of extracellular metal nanoparticles by peptides, bacteria, fungi, and plants / N. Duran [h gp.] // Applied Microbiology and Biotechnology. - 2011. - T. 90. - № 5. -C. 1609-1624.

89. Bulet C. Insect Antimicrobial Peptides: Structures, Properties and Gene Regulation / C. Bulet, R. Stocklin // Protein & Peptide Letters. - 2005. -T. 12. - № 1. - C. 3-11.

90. Ntwasa M. Coleopteran Antimicrobial Peptides: Prospects for Clinical Applications / M. Ntwasa, A. Goto, S. Kurata // International Journal of Microbiology. - 2012. - T. 2012. - C. 1-8.

91. St^czek S. Unraveling the Role of Antimicrobial Peptides in Insects / S. St^czek, M. Cytrynska, A. Zdybicka-Barabas // International Journal of Molecular Sciences. - 2023. - T. 24. - № 6. - C. 5753.

92. Characterization of Bioactive Peptides Obtained from Marine Invertebrates / J.K. Lee [h gp.] // Advances in Food and Nutrition Research. - 2012. - T. 65. - C. 47-72.

93. Antimicrobial peptides from marine invertebrates: Challenges and perspectives in marine antimicrobial peptide discovery / S.V. Sperstad [h gp.] // Biotechnology Advances. - 2011. - T. 29. - № 5. - C. 519-530.

94. Hancock R.E.W. Host defence peptides from invertebrates - emerging antimicrobial strategies / R.E.W. Hancock, K.L. Brown, N. Mookherjee // Immunobiology. - 2006. - T. 211. - № 4. - C. 315-322.

95. Avila E.E. Functions of Antimicrobial Peptides in Vertebrates / E.E. Avila // Current Protein & Peptide Science. - 2017. - T. 18. - № 11. - C. 10981119.

96. Dutta C. Mammalian Antimicrobial Peptides: Promising Therapeutic Targets Against Infection and Chronic Inflammation / C. Dutta, S. Das // Current Topics in Medicinal Chemistry. - 2015. - T. 16. - № 1. - C. 99129.

97. Lehrer R.I. Antimicrobial peptides in mammalian and insect host defence / R.I. Lehrer, T. Ganz // Current Opinion in Immunology. - 1999. - T. 11. -№ 1. - C. 23-27.

98. Structure and Biological Functions of P-Hairpin Antimicrobial Peptides / C.V. Panteleev [h gp.] // Acta Naturae. - 2015. - T. 7. - № 1. - C. 37-47.

99. Amiche M. Dermaseptins as Models for the Elucidation of Membrane-Acting Helical Amphipathic Antimicrobial Peptides / M. Amiche, C. Galanth // Current Pharmaceutical Biotechnology. - 2011. - T. 12. - № 8. - C. 1184-1193.

100. A mini review on the antimicrobial peptides isolated from the genus Hylarana (Amphibia: Anura) with a proposed nomenclature for amphibian skin peptides / C. Thomas [h gp.] // Molecular Biology Reports. - 2012. -T. 39. - № 6. - C. 6943-6947.

101. Fernandez D.I. Membrane interactions of antimicrobial peptides from Australian frogs / D.I. Fernandez, J.D. Gehman, F. Separovic // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes. - 2009. -T. 1788. - № 8. - C. 1630-1638.

102. Nicolas C. The dermaseptin superfamily: A gene-based combinatorial library of antimicrobial peptides / C. Nicolas, C. El Amri // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes. - 2009. - T. 1788. - № 8. -C. 1537-1550.

103. Rollins-Smith L.A. The importance of antimicrobial peptides (AMPs) in amphibian skin defense / L.A. Rollins-Smith // Developmental & Comparative Immunology. - 2023. - T. 142. - C. 104657.

104. Peptides Isolated from Amphibian Skin Secretions with Emphasis on Antimicrobial Peptides / X. Chen [h gp.] // Toxins. - 2022. - T. 14. -№ 10. - C. 722.

105. Novel Method To Identify the Optimal Antimicrobial Peptide in a Combination Matrix, Using Anoplin as an Example / J.K. Munk [h gp.] // Antimicrobial Agents and Chemotherapy. - 2014. - T. 58. - № 2. -C. 1063-1070.

106. The structure-mechanism relationship and mode of actions of antimicrobial peptides: A review / S. Li [h gp.] // Trends in Food Science & Technology. - 2021. - T. 109. - C. 103-115.

107. Influence of the Length and Charge on the Activity of a-Helical Amphipathic Antimicrobial Peptides / M.-C. Gagnon [h gp.] // Biochemistry. - 2017. - T. 56. - № 11. - C. 1680-1695.

108. Bahar A. Antimicrobial Peptides / A. Bahar, D. Ren // Pharmaceuticals. -2013. - T. 6. - № 12. - C. 1543-1575.

109. Eisenberg D. THREE-DIMENSIONAL STRUCTURE OF MEMBRANE AND SURFACE PROTEINS / D. Eisenberg // Annual Review of Biochemistry. - 1984. - T. 53. - № 1. - C. 595-623.

110. Chen L. Cell-penetrating peptides in drug development: enabling intracellular targets / L. Chen, S.D. Harrison // Biochemical Society Transactions. - 2007. - T. 35. - № 4. - C. 821-825.

111. Subbalakshmi C. Biological activities of C-terminal 15-residue synthetic fragment of melittin: design of an analog with improved antibacterial activity / C. Subbalakshmi, R. Nagaraj, N. Sitaram // FEBS Letters. -1999. - T. 448. - № 1. - C. 62-66.

112. Dempsey C.E. The actions of melittin on membranes / C.E. Dempsey // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Reviews on Biomembranes. -1990. - T. 1031. - № 2. - C. 143-161.

113. How Melittin Inserts into Cell Membrane: Conformational Changes, Inter-Peptide Cooperation, and Disturbance on the Membrane / J. Hong [h gp.] // Molecules. - 2019. - T. 24. - № 9. - C. 1775.

114. Ulmschneider J.C. Melittin can permeabilize membranes via large transient pores / J.C. Ulmschneider, M.B. Ulmschneider // Nature Communications. - 2024. - T. 15. - № 1. - C. 7281.

115. Modulation of Magainin 2-Lipid Bilayer Interactions by Peptide Charge / K. Matsuzaki [h gp.] // Biochemistry. - 1997. - T. 36. - № 8. - C. 21042111.

116. Santo K.C. Difference between Magainin-2 and Melittin Assemblies in Phosphatidylcholine Bilayers: Results from Coarse-Grained Simulations / K.C. Santo, M.L. Berkowitz // The Journal of Physical Chemistry B. -2012. - T. 116. - № 9. - C. 3021-3030.

117. Antimicrobial peptides: discovery, design and novel therapeutic strategies. Antimicrobial peptides / ed. G. Wang. - 2nd edition. - Wallingford, Oxfordshire, UK Boston, Mass: CABI, 2017. - 268 C.

118. Unveiling the binding and orientation of the antimicrobial peptide Plantaricin 149 in zwitterionic and negatively charged membranes / C.S. Kumagai [h gp.] // European Biophysics Journal. - 2019. - T. 48. - № 7. -C. 621-633.

119. The effect of the length and flexibility of the side chain of basic amino acids on the binding of antimicrobial peptides to zwitterionic and anionic membrane model systems / A.L. Russell [h gp.] // Bioorganic & Medicinal Chemistry. - 2012. - T. 20. - № 5. - C. 1723-1739.

120. Juhaniewicz J. Interaction of Melittin with Negatively Charged Lipid Bilayers Supported on Gold Electrodes / J. Juhaniewicz, S. Sek // Electrochimica Acta. - 2016. - T. 197. - C. 336-343.

121. Sabapathy T. Revisiting the Interaction of Melittin with Phospholipid Bilayers: The Effects of Concentration and Ionic Strength / T. Sabapathy, E. Deplazes, R.L. Mancera // International Journal of Molecular Sciences.

- 2020. - T. 21. - № 3. - C. 746.

122. Benachir T. Study of vesicle leakage induced by melittin / T. Benachir, M. Lafleur // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes. - 1995.

- T. 1235. - № 2. - C. 452-460.

123. Effect of lipid headgroup composition on the interaction between melittin and lipid bilayers / A.A. Stromstedt [h gp.] // Journal of Colloid and Interface Science. - 2007. - T. 311. - № 1. - C. 59-69.

124. Tryptophan orientations in membrane-bound gramicidin and melittin—a comparative linear dichroism study on transmembrane and surface-bound peptides / F.R. Svensson [h gp.] // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) -Biomembranes. - 2011. - T. 1808. - № 1. - C. 219-228.

125. Juhaniewicz J. Interaction of Melittin with Negatively Charged Lipid Bilayers Supported on Gold Electrodes / J. Juhaniewicz, S. Sek // Electrochimica Acta. - 2016. - T. 197. - C. 336-343.

126. Amphiphilic Macromolecules on Cell Membranes: From Protective Layers to Controlled Permeabilization / E. Marie [h gp.] // The Journal of Membrane Biology. - 2014. - T. 247. - № 9-10. - C. 861-881.

127. Papo N. Exploring Peptide Membrane Interaction Using Surface Plasmon Resonance: Differentiation between Pore Formation versus Membrane Disruption by Lytic Peptides / N. Papo, Y. Shai // Biochemistry. - 2003. -T. 42. - № 2. - C. 458-466.

128. Ladokhin A.S. Folding of amphipathic a-helices on membranes: energetics of helix formation by melittin / A.S. Ladokhin, S.H. White // Journal of molecular biology. - 1999. - T. 285. - № 4. - C. 1363-1369.

129. Hermetter A. The aggregation state of mellitin in lipid bilayers. An energy transfer study / A. Hermetter, J.R. Lakowicz // The Journal of Biological Chemistry. - 1986. - T. 261. - № 18. - C. 8243-8248.

130. Altenbach C. The aggregation state of spin-labeled melittin in solution and bound to phospholipid membranes: Evidence that membrane-bound melittin is monomeric / C. Altenbach, W.L. Hubbell // Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics. - 1988. - T. 3. - № 4. - C. 230-242.

131. Structural characterisation of the natural membrane-bound state of melittin: a fluorescence study of a dansylated analogue / E. Pérez-Paya [h gp.] // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes. - 1997. -T. 1329. - № 2. - C. 223-236.

132. John E. Aggregation state of melittin in lipid vesicle membranes / E. John, F. Jähnig // Biophysical Journal. - 1991. - T. 60. - № 2. - C. 319-328.

133. Runnels L.W. Theory and application of fluorescence homotransfer to melittin oligomerization / L.W. Runnels, S.F. Scarlata // Biophysical Journal. - 1995. - T. 69. - № 4. - C. 1569-1583.

134. Lipid-specific interactions determine the organization and dynamics of membrane-active peptide melittin / Z. Deng [h gp.] // Soft Matter. - 2020.

- T. 16. - № 14. - C. 3498-3504.

135. Pal S. Lipid Headgroup Charge Controls Melittin Oligomerization in Membranes: Implications in Membrane Lysis / S. Pal, H. Chakraborty, A. Chattopadhyay // The Journal of Physical Chemistry B. - 2021. - T. 125.

- № 30. - C. 8450-8459.

136. Miura Y. NMR studies on the monomer-tetramer transition of melittin in an aqueous solution at high and low temperatures / Y. Miura // European Biophysics Journal. - 2012. - T. 41. - № 7. - C. 629-636.

137. Variations in circular dichroism and proton-NMR relaxation properties of melittin upon interaction with phospholipids / R. Strom [h gp.] // FEBS Letters. - 1978. - T. 96. - № 1. - C. 45-50.

138

139

140

141

142

143

144

145

146

147

148

149

150

151

Physicochemical studies of the protein-lipid interactions in melittin-containing micelles / J. Lauterwein [h gp.] // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes. - 1979. - T. 556. - № 2. - C. 244-264. Dimer structure of magainin 2 bound to phospholipid vesicles / K. Wakamatsu [h gp.] // Biopolymers. - 2002. - T. 64. - № 6. - C. 314-327. Orientational and Aggregational States of Magainin 2 in Phospholipid Bilayers / K. Matsuzaki [h gp.] // Biochemistry. - 1994. - T. 33. - № 11. -C. 3342-3349.

Structures of the Dimeric and Monomeric Variants of Magainin Antimicrobial Peptides (MSI-78 and MSI-594) in Micelles and Bilayers, Determined by NMR Spectroscopy / F. Porcelli [h gp.] // Biochemistry. -2006. - T. 45. - № 18. - C. 5793-5799.

Gesell J. Two-dimensional 1H NMR experiments show that the 23-residue magainin antibiotic peptide is an alpha-helix in dodecylphosphocholine micelles, sodium dodecylsulfate micelles, and trifluoroethanol/water solution / J. Gesell, M. Zasloff, S.J. Opella // Journal of biomolecular NMR. - 1997. - T. 9. - № 2. - C. 127-135.

Mechanism of Synergism between Antimicrobial Peptides Magainin 2 and PGLa / K. Matsuzaki [h gp.] // Biochemistry. - 1998. - T. 37. - № 43. -C. 15144-15153.

Dempsey C.E. Enhanced Membrane Permeabilization and Antibacterial Activity of a Disulfide-Dimerized Magainin Analogue / C.E. Dempsey, S. Ueno, M.B. Avison // Biochemistry. - 2003. - T. 42. - № 2. - C. 402-409. Effects of peptide dimerization on pore formation: Antiparallel disulfide-dimerized magainin 2 analogue / T. Hara [h gp.] // Biopolymers. - 2001. -T. 58. - № 4. - C. 437-446.

Revealing the Mechanisms of Synergistic Action of Two Magainin Antimicrobial Peptides / B. Bechinger [h gp.] // Frontiers in Medical Technology. - 2020. - T. 2. - C. 615494.

Highly synergistic antimicrobial activity of magainin 2 and PGLa peptides is rooted in the formation of supramolecular complexes with lipids / C. Aisenbrey [h gp.] // Scientific Reports. - 2020. - T. 10. - № 1. -C. 11652.

Molecular mechanism of synergy between the antimicrobial peptides PGLa and magainin 2 / J. Zerweck [h gp.] // Scientific Reports. - 2017. -T. 7. - № 1. - C. 13153.

Bahar A. Antimicrobial Peptides / A. Bahar, D. Ren // Pharmaceuticals. -2013. - T. 6. - № 12. - C. 1543-1575.

Rational Design of a-Helical Antimicrobial Peptides with Enhanced Activities and Specificity/Therapeutic Index / Y. Chen [h gp.] // Journal of Biological Chemistry. - 2005. - T. 280. - № 13. - C. 12316-12329. Miyazaki Y. Cooperative antimicrobial action of melittin on lipid membranes: A coarse-grained molecular dynamics study / Y. Miyazaki,

152

153

154

155

156

157

158

159

160

161

162

163

164

165

W. Shinoda // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes. -2022. - Т. 1864. - № 9. - C. 183955.

Orientation and Dynamics of an Antimicrobial Peptide in the Lipid Bilayer by Solid-State NMR Spectroscopy / S. Yamaguchi [и др.] // Biophysical Journal. - 2001. - Т. 81. - № 4. - C. 2203-2214. Fuselier T. Spontaneous Membrane Translocating Peptides: The Role of Leucine-Arginine Consensus Motifs / T. Fuselier, W.C. Wimley // Biophysical Journal. - 2017. - Т. 113. - № 4. - C. 835-846. Monolayer spontaneous curvature of raft-forming membrane lipids / B. Kollmitzer [и др.] // Soft Matter. - 2013. - Т. 9. - № 45. - C. 10877. Hossein A. Spontaneous Curvature, Differential Stress, and Bending Modulus of Asymmetric Lipid Membranes / A. Hossein, M. Deserno // Biophysical Journal. - 2020. - Т. 118. - № 3. - C. 624-642. Helfrich W. Elastic Properties of Lipid Bilayers: Theory and Possible Experiments / W. Helfrich // Zeitschrift für Naturforschung C. - 1973. -Т. 28. - № 11-12. - C. 693-703.

Акимов С.А. Упругие деформации липидных бислоев в основных мембранных процессах: диссертация д-ра физ.-мат. наук: 1.5.2/ Акимов Сергей Александрович. - 2023. - 75 с.

Rupture of Lipid Vesicles by a Broad-Spectrum Antiviral Peptide: Influence of Vesicle Size / J.A. Jackman [и др.] // The Journal of Physical Chemistry B. - 2013. - Т. 117. - № 50. - C. 16117-16128. Chen F.-Y. Evidence for Membrane Thinning Effect as the Mechanism for Peptide-Induced Pore Formation / F.-Y. Chen, M.-T. Lee, H.W. Huang // Biophysical Journal. - 2003. - Т. 84. - № 6. - C. 3751-3758. Kinetic Pathway of Antimicrobial Peptide Magainin 2-Induced Pore Formation in Lipid Membranes / Y. Tamba [и др.] // The Journal of Physical Chemistry B. - 2010. - Т. 114. - № 37. - C. 12018-12026. Pore formation in lipid membrane I: Continuous reversible trajectory from intact bilayer through hydrophobic defect to transversal pore / S.A. Akimov [и др.] // Scientific Reports. - 2017. - Т. 7. - № 1. - С. 12152. Goliaei A. Local Pressure Changes in Lipid Bilayers Due to Adsorption of Melittin and Magainin-h2 Antimicrobial Peptides: Results from Computer Simulations / A. Goliaei, K.C. Santo, M.L. Berkowitz // The Journal of Physical Chemistry B. - 2014. - Т. 118. - Local Pressure Changes in Lipid Bilayers Due to Adsorption of Melittin and Magainin-h2 Antimicrobial Peptides. - № 44. - C. 12673-12679. Ladokhin A.S. 'Detergent-like' permeabilization of anionic lipid vesicles by melittin / A.S. Ladokhin, S.H. White // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes. - 2001. - Т. 1514. - № 2. - C. 253-260. Ludtke S. Membrane thinning caused by magainin 2 / S. Ludtke, K. He, H. Huang // Biochemistry. - 1995. - Т. 34. - № 51. - C. 16764-16769. Alamethicin self-assembling in lipid membranes: concentration dependence from pulsed EPR of spin labels / V.N. Syryamina [и др.] //

166

167

168

169

170

171

172

173

174

175

176

177

178

179

Physical Chemistry Chemical Physics. - 2018. - T. 20. - № 5. - C. 35923601.

Santo K.C. Melittin Creates Transient Pores in a Lipid Bilayer: Results from Computer Simulations / K.C. Santo, S.J. Irudayam, M.L. Berkowitz // The Journal of Physical Chemistry B. - 2013. - T. 117. - № 17. -C. 5031-5042.

Membrane Pores Induced by Magainin / S.J. Ludtke [h gp.] // Biochemistry. - 1996. - T. 35. - № 43. - C. 13723-13728. Bechinger B. The structure, dynamics and orientation of antimicrobial peptides in membranes by multidimensional solid-state NMR spectroscopy / B. Bechinger // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) -Biomembranes. - 1999. - T. 1462. - № 1-2. - C. 157-183. Leontiadou H. Antimicrobial Peptides in Action / H. Leontiadou, A.E. Mark, S.J. Marrink // Journal of the American Chemical Society. - 2006. -T. 128. - № 37. - C. 12156-12161.

2H-NMR and MD Simulations Reveal Membrane-Bound Conformation of Magainin 2 and Its Synergy with PGLa / E. Strandberg [h gp.] // Biophysical Journal. - 2016. - T. 111. - № 10. - C. 2149-2161. Homo- and heteromeric interaction strengths of the synergistic antimicrobial peptides PGLa and magainin 2 in membranes / J. Zerweck [h gp.] // European Biophysics Journal. - 2016. - T. 45. - № 6. - C. 535547.

Synergistic Insertion of Antimicrobial Magainin-Family Peptides in Membranes Depends on the Lipid Spontaneous Curvature / E. Strandberg [h gp.] // Biophysical Journal. - 2013. - T. 104. - № 6. - C. L9-L11. Many-Body Effect of Antimicrobial Peptides: On the Correlation Between Lipid's Spontaneous Curvature and Pore Formation / M.-T. Lee [h gp.] // Biophysical Journal. - 2005. - T. 89. - № 6. - C. 4006-4016. Process of inducing pores in membranes by melittin / M.-T. Lee [h gp.] // Proceedings of the National Academy of Sciences. - 2013. - T. 110. -№ 35. - C. 14243-14248.

Huang H.W. Action of Antimicrobial Peptides: Two-State Model / H.W. Huang // Biochemistry. - 2000. - T. 39. - № 29. - C. 8347-8352. Lee M.-T. Energetics of Pore Formation Induced by Membrane Active Peptides / M.-T. Lee, F.-Y. Chen, H.W. Huang // Biochemistry. - 2004. -T. 43. - № 12. - C. 3590-3599.

Mechanism of alamethicin insertion into lipid bilayers / K. He [h gp.] // Biophysical Journal. - 1996. - T. 71. - № 5. - C. 2669-2679. Membrane-mediated interaction of amphipathic peptides can be described by a one-dimensional approach / O.V. Kondrashov [h gp.] // Physical Review E. - 2019. - T. 99. - № 2. - C. 022401.

Membrane Elastic Deformations Modulate Gramicidin A Transbilayer Dimerization and Lateral Clustering / O.V. Kondrashov [h gp.] // Biophysical Journal. - 2018. - T. 115. - № 3. - C. 478-493.

180. Mechanisms of bacterial membrane permeabilization by crotalicidin (Ctn) and its fragment Ctn(15-34), antimicrobial peptides from rattlesnake venom / C. Pérez-Peinado [h gp.] // Journal of Biological Chemistry. -2018. - T. 293. - № 5. - C. 1536-1549.

181. Elementary processes of antimicrobial peptide PGLa-induced pore formation in lipid bilayers / F. Parvez [h gp.] // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes. - 2018. - T. 1860. - № 11. - C. 2262-2271.

182. Interaction of antimicrobial dermaseptin and its fluorescently labeled analogs with phospholipid membranes / Y. Pouny [h gp.] // Biochemistry. - 1992. - T. 31. - № 49. - C. 12416-12423.

183. Membrane disintegration by the antimicrobial peptide (P)GKY20: lipid segregation and domain formation / R. Oliva [h gp.] // Physical Chemistry Chemical Physics. - 2019. - T. 21. - № 7. - C. 3989-3998.

184. Membrane perturbation by the antimicrobial peptide PMAP-23: A fluorescence and molecular dynamics study / B. Orioni [h gp.] // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes. - 2009. -T. 1788. - № 7. - C. 1523-1533.

185. Bechinger B. Detergent-like actions of linear amphipathic cationic antimicrobial peptides / B. Bechinger, K. Lohner // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes. - 2006. - T. 1758. - № 9. -C. 1529-1539.

186. Karmakar S. Interaction of antimicrobial peptides with model membranes: a perspective towards new antibiotics / S. Karmakar, S. Das, K.K. Banerjee // The European Physical Journal Special Topics. - 2024.

187. Mechanism of Initial Stage of Pore Formation Induced by Antimicrobial Peptide Magainin 2 / M. Hasan [h gp.] // Langmuir. - 2018. - T. 34. -№ 10. - C. 3349-3362.

188. Stretch-Activated Pore of the Antimicrobial Peptide, Magainin 2 / M.A.S. Karal [h gp.] // Langmuir. - 2015. - T. 31. - № 11. - C. 3391-3401.

189. Elementary processes for the entry of cell-penetrating peptides into lipid bilayer vesicles and bacterial cells / Md.Z. Islam [h gp.] // Applied Microbiology and Biotechnology. - 2018. - T. 102. - № 9. - C. 38793892.

190. Continuous detection of entry of cell-penetrating peptide transportan 10 into single vesicles / Md.M.R. Moghal [h gp.] // Chemistry and Physics of Lipids. - 2018. - T. 212. - C. 120-129.

191. Tosteson M.T. The sting. Melittin forms channels in lipid bilayers / M.T. Tosteson, D.C. Tosteson // Biophysical Journal. - 1981. - T. 36. - № 1. -C. 109-116.

192. Duclohier H. Antimicrobial peptide magainin I from Xenopus skin forms anion-permeable channels in planar lipid bilayers / H. Duclohier, G. Molle, G. Spach // Biophysical Journal. - 1989. - T. 56. - № 5. - C. 10171021.

193. Kinetics and mechanism of hemolysis induced by melittin and by a synthetic melittin analogue / W.F. DeGrado [h gp.] // Biophysical Journal. - 1982. - T. 37. - № 1. - C. 329-338.

194. Krauson A.J. Determining the mechanism of membrane permeabilizing peptides: Identification of potent, equilibrium pore-formers / A.J. Krauson, J. He, W.C. Wimley // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) -Biomembranes. - 2012. - T. 1818. - № 7. - C. 1625-1632.

195. Yang Z. Melittin-Induced Permeabilization, Re-sealing, and Re-permeabilization of E. coli Membranes / Z. Yang, H. Choi, J.C. Weisshaar // Biophysical Journal. - 2018. - T. 114. - № 2. - C. 368-379.

196. Imaging the action of antimicrobial peptides on living bacterial cells / M.L. Gee [h gp.] // Scientific Reports. - 2013. - T. 3. - № 1. - C. 1557.

197. Chui J.K.W. Ionic conductance of synthetic channels: analysis, lessons, and recommendations / J.K.W. Chui, T.M. Fyles // Chem. Soc. Rev. -2012. - T. 41. - Ionic conductance of synthetic channels. - № 1. - C. 148175.

198. Membrane Activity and Viroporin Assembly for the SARS-CoV-2 E Protein Are Regulated by Cholesterol / M.V. Volovik [h gp.] // Biomolecules. - 2024. - T. 14. - № 9. - C. 1061.

199. Magainin 2, a natural antibiotic from frog skin, forms ion channels in lipid bilayer membranes / R.A. Cruciani [h gp.] // European Journal of Pharmacology: Molecular Pharmacology. - 1992. - T. 226. - № 4. -C. 287-296.

200. Matsuzaki K. Why and how are peptide-lipid interactions utilized for self-defense? Magainins and tachyplesins as archetypes / K. Matsuzaki // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes. - 1999. -T. 1462. - № 1-2. - C. 1-10.

201. An Antimicrobial Peptide, Magainin 2, Induced Rapid Flip-Flop of Phospholipids Coupled with Pore Formation and Peptide Translocation / K. Matsuzaki [h gp.] // Biochemistry. - 1996. - T. 35. - № 35. -C. 11361-11368.

202. Ulmschneider J.C. Charged Antimicrobial Peptides Can Translocate across Membranes without Forming Channel-like Pores / J.C. Ulmschneider // Biophysical Journal. - 2017. - T. 113. - № 1. - C. 73-81.

203. How Melittin Inserts into Cell Membrane: Conformational Changes, InterPeptide Cooperation, and Disturbance on the Membrane / J. Hong [h gp.] // Molecules. - 2019. - T. 24. - № 9. - C. 1775.

204. Rex S. Pore formation induced by the peptide melittin in different lipid vesicle membranes / S. Rex // Biophysical Chemistry. - 1996. - T. 58. -№ 1-2. - C. 75-85.

205. Ladokhin A.S. Sizing membrane pores in lipid vesicles by leakage of co-encapsulated markers: pore formation by melittin / A.S. Ladokhin, M.E. Selsted, S.H. White // Biophysical Journal. - 1997. - T. 72. - № 4. -C. 1762-1766.

206. Lipid topology and electrostatic interactions underpin lytic activity of linear cationic antimicrobial peptides in membranes / D.J. Paterson [и др.] // Proceedings of the National Academy of Sciences. - 2017. - Т. 114. -№ 40.

207. Nieva J.L. Viroporins: structure and biological functions / J.L. Nieva, V. Madan, L. Carrasco // Nature Reviews Microbiology. - 2012. - Т. 10. -Viroporins. - № 8. - C. 563-574.

208. GISAID's Role in Pandemic Response / S. Khare [и др.] // China CDC Weekly. - 2021. - Т. 3. - № 49. - C. 1049-1051.

209. SARS-CoV-2 biology and host interactions / S. Steiner [и др.] // Nature Reviews Microbiology. - 2024. - Т. 22. - № 4. - C. 206-225.

210. Батищев О.В. Физико-химические механизмы белок-липидных взаимодействий в процессе вирусного инфицирования клетки / О.В. Батищев. - 2021. - 271 с.

211. Gonzalez M.E. Viroporins / M.E. Gonzalez, L. Carrasco // FEBS Letters.

- 2003. - Т. 552. - № 1. - C. 28-34.

212. Carrasco L. Membrane leakiness after viral infection and a new approach to the development of antiviral agents / L. Carrasco // Nature. - 1978. -Т. 272. - № 5655. - C. 694-699.

213. Modification of Membrane Permeability by Animal Viruses / L. Carrasco [и др.] // Regulation of Gene Expression in Animal Viruses / eds. L. Carrasco, N. Sonenberg, E. Wimmer. - Boston, MA: Springer US, 1993. -C. 283-303.

214. Vpu: A Multifunctional Protein that Enhances the Pathogenesis of Human Immunodeficiency Virus Type 1 / D. Hout [и др.] // Current HIV Research. - 2004. - Т. 2. - № 3. - C. 255-270.

215. Griffin S.D.C. Plugging the holes in hepatitis C virus antiviral therapy / S.D.C. Griffin // Proceedings of the National Academy of Sciences. -2009. - Т. 106. - № 31. - C. 12567-12568.

216. Structural and dynamic mechanisms for the function and inhibition of the M2 proton channel from influenza A virus / J. Wang [и др.] // Current Opinion in Structural Biology. - 2011. - Т. 21. - № 1. - C. 68-80.

217. Fischer W.B. Viral channel forming proteins — Modeling the target / W.B. Fischer, H.-J. Hsu // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) -Biomembranes. - 2011. - Т. 1808. - № 2. - C. 561-571.

218. Suhy D.A. Remodeling the Endoplasmic Reticulum by Poliovirus Infection and by Individual Viral Proteins: an Autophagy-Like Origin for Virus-Induced Vesicles / D.A. Suhy, T.H. Giddings, K. Kirkegaard // Journal of Virology. - 2000. - Т. 74. - № 19. - C. 8953-8965.

219. Barco A. A human virus protein, poliovirus protein 2BC, induces membrane proliferation and blocks the exocytic pathway in the yeast Saccharomyces cerevisiae. / A. Barco, L. Carrasco // The EMBO Journal.

- 1995. - Т. 14. - № 14. - C. 3349-3364.

220

221

222

223

224

225

226

227

228

229

230

231

232

233

The Coxsackievirus 2B Protein Increases Efflux of Ions from the Endoplasmic Reticulum and Golgi, thereby Inhibiting Protein Trafficking through the Golgi / A.S. De Jong [h gp.] // Journal of Biological Chemistry. - 2006. - T. 281. - № 20. - C. 14144-14150. Kirkegaard K. Subversion of the Cellular Autophagy Pathway by Viruses / K. Kirkegaard // Autophagy in Infection and Immunity : Current Topics in Microbiology and Immunology / peg. B. Levine, T. Yoshimori, V. Deretic. - Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2009. - T. 335. - C. 323-333.

SARS-CoV-2 E protein: Pathogenesis and potential therapeutic development / S. Zhou [h gp.] // Biomedicine & Pharmacotherapy. -2023. - T. 159. - C. 114242.

Sarkar M. Structural insight into the role of novel SARS-CoV-2 E protein: A potential target for vaccine development and other therapeutic strategies / M. Sarkar, S. Saha // PloS one. - 2020. - T. 15. - № 8. - C. e0237300. SARS-CoV-2 envelope protein topology in eukaryotic membranes / G. Duart [h gp.] // Open Biology. - 2020. - T. 10. - № 9. - C. 200209. Membrane rearrangements mediated by coronavirus nonstructural proteins 3 and 4 / M.C. Hagemeijer [h gp.] // Virology. - 2014. - T. 458. - C. 125135.

Coronavirus envelope (E) protein remains at the site of assembly / C. Venkatagopalan [h gp.] // Virology. - 2015. - T. 478. - C. 75-85. Comparing the binding properties of peptides mimicking the Envelope protein of SARS-COV and SARS-CoV -2 to the PDZ domain of the tight junction-associated PALS1 protein / A. Toto [h gp.] // Protein Science. -2020. - T. 29. - № 10. - C. 2038-2042.

Kennedy M.B. Origin of Pdz (Dhr, Glgf) domains / M.B. Kennedy // Trends in biochemical sciences. - 1995. - T. 20. - № 9. - C. 350-350. The E3 Ubiquitin Ligase RNF5 Facilitates SARS-CoV-2 Membrane Protein-Mediated Virion Release / Z. Yuan [h gp.]. - 2022. - T. 13. -№ 1. - C. e0316821.

Elucidation of SARS-CoV-2 budding mechanisms through molecular dynamics simulations of M and E protein complexes / L.T. Collins [h gp.] // The journal of physical chemistry letters. - 2021. - T. 12. - № 51. -C. 12249-12255.

Structure and dynamics of the SARS-CoV -2 envelope protein monomer / A. Kuzmin [h gp.] // Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics. -2022. - T. 90. - № 5. - C. 1102-1114.

Schoeman D. Coronavirus envelope protein: current knowledge / D. Schoeman, B.C. Fielding // Virology Journal. - 2019. - T. 16. -Coronavirus envelope protein. - № 1. - C. 69.

The Transmembrane Oligomers of Coronavirus Protein E / J. Torres [h gp.] // Biophysical Journal. - 2005. - T. 88. - № 2. - C. 1283-1290.

234

235

236

237

238

239

240

241

242

243

244

245

246

247

248

The E protein is a multifunctional membrane protein of SARS-CoV / Q. Wu [h gp.] // Genomics, proteomics & bioinformatics. - 2003. - T. 1. -№ 2. - C. 131-144.

Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus Envelope Protein Ion Channel Activity Promotes Virus Fitness and Pathogenesis / J.L. Nieto-Torres [h gp.] // PLoS Pathogens. - 2014. - T. 10. - № 5. - C. e1004077. Ruch T.R. The Coronavirus E Protein: Assembly and Beyond / T.R. Ruch, C.E. Machamer // Viruses. - 2012. - T. 4. - № 3. - C. 363-382. Duart G. The SARS-CoV-2 envelope (E) protein has evolved towards membrane topology robustness / G. Duart, M.J. García-Murria, I. Mingarro // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes. -2021. - T. 1863. - № 7. - C. 183608.

Computational Study of the Ion and Water Permeation and Transport Mechanisms of the SARS-CoV-2 Pentameric E Protein Channel / Y. Cao [h gp.] // Frontiers in Molecular Biosciences. - 2020. - T. 7. - C. 565797. Role of Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus Viroporins E, 3a, and 8a in Replication and Pathogenesis / C. Castaño-Rodriguez [h gp.] // mBio. - 2018. - T. 9. - № 3. - C. e02325-17.

Conductance and amantadine binding of a pore formed by a lysine-flanked transmembrane domain of SARS coronavirus envelope protein / J. Torres [h gp.] // Protein Science. - 2007. - T. 16. - № 9. - C. 2065-2071. Coronavirus E protein forms ion channels with functionally and structurally-involved membrane lipids / C. Verdiá-Báguena [h gp.] // Virology. - 2012. - T. 432. - № 2. - C. 485-494.

Schnell J.R. Structure and mechanism of the M2 proton channel of influenza A virus / J.R. Schnell, J.J. Chou // Nature. - 2008. - T. 451. -№ 7178. - C. 591-595.

SARS coronavirus E protein forms cation-selective ion channels / L. Wilson [h gp.] // Virology. - 2004. - T. 330. - № 1. - C. 322-331. Differences in Oligomerization of the SARS-CoV-2 Envelope Protein, Poliovirus VP4, and HIV Vpu / J.A. Townsend [h gp.] // Biochemistry. -2024. - T. 63. - № 3. - C. 241-250.

The Cytoplasmic Domain of the SARS-CoV-2 Envelope Protein Assembles into a ß-Sheet Bundle in Lipid Bilayers / A.J. Dregni [h gp.] // Journal of Molecular Biology. - 2023. - T. 435. - № 5. - C. 167966. Monje-Galvan V. Molecular interactions of the M and E integral membrane proteins of SARS-CoV-2 / V. Monje-Galvan, G.A. Voth // Faraday Discussions. - 2021. - T. 232. - C. 49-67. SARS-CoV-2 egress from Vero cells: a morphological approach / L.A. Caldas [h gp.] // Histochemistry and Cell Biology. - 2024. - T. 161. -№ 1. - C. 59-67.

SARS-CoV-2 Envelope Protein Forms Clustered Pentamers in Lipid Bilayers / N.H. Somberg [h gp.] // Biochemistry. - 2022. - T. 61. - № 21. - C. 2280-2294.

249

250

251

252

253

254

255

256

257

258

259

260

261

262

Nanoscale dynamics of cholesterol in the cell membrane / K. Pinkwart [h gp.] // Journal of Biological Chemistry. - 2019. - T. 294. - № 34. -C. 12599-12609.

Ermakov Y.A. Boundary potential of lipid bilayers: methods, interpretations and biological applications / Y.A. Ermakov // Journal of Physics: Conference Series. - 2017. - T. 794. - C. 012007. Effects of Sterols on the Interaction of SDS, Benzalkonium Chloride, and A Novel Compound, Kor105, with Membranes / I. Jiménez-Munguia [h gp.] // Biomolecules. - 2019. - T. 9. - № 10. - C. 627. Ultrathin Electrochemical Chemo- and Biosensors: Springer Series on Chemical Sensors and Biosensors. T. 2 / coll. O.S. Wolfbeis; ed. V.M. Mirsky. - Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2004. pH-Dependent Formation and Disintegration of the Influenza A Virus Protein Scaffold To Provide Tension for Membrane Fusion / O.V. Batishchev [h gp.] // Journal of Virology. - 2016. - T. 90. - № 1. -C. 575-585.

Interaction of Polylysines with the Surface of Lipid Membranes / N. Marukovich [h gp.] // Advances in Planar Lipid Bilayers and Liposomes.

- Elsevier, 2013. - T. 17. - C. 139-166.

Effect of membrane potential on pore formation by the antimicrobial peptide magainin 2 in lipid bilayers / Md.M.O. Rashid [h gp.] // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes. - 2020. -T. 1862. - № 10. - C. 183381.

Moghal Md.M.R. Action of antimicrobial peptides and cell-penetrating peptides on membrane potential revealed by the single GUV method / Md.M.R. Moghal, F. Hossain, M. Yamazaki // Biophysical Reviews. -2020. - T. 12. - № 2. - C. 339-348.

Carey A.B. Model architectures for bacterial membranes / A.B. Carey, A. Ashenden, I. Köper // Biophysical Reviews. - 2022. - T. 14. - № 1. -C.111-143.

Influenza A Virus M1 Protein Non-Specifically Deforms Charged Lipid Membranes and Specifically Interacts with the Raft Boundary / A.S. Loshkareva [h gp.] // Membranes. - 2023. - T. 13. - № 1. - C. 76. Hille B. Ion Channels of Excitable Membranes. T. 18 / B. Hille. - 2001. Sokolov V.S. Measurement of differences in the surface potentials of bilayer membranes according to the second harmonic of a capacitance current / V.S. Sokolov, V.G. Kuz'min // Biofizika. - 1980. - T. 25. - № 1.

- C. 170-172.

Hunter R.J. Zeta potential in colloid science: principles and applications. T. 2 / R.J. Hunter. - Academic press, 2013.

Adsorption of monovalent cations to bilayer membranes containing negative phospholipids / M. Eisenberg [h gp.] // Biochemistry. - 1979. -T. 18. - № 23. - C. 5213-5223.

263. Adsorption of divalent cations to bilayer membranes containing phosphatidylserine. / S. McLaughlin [h gp.] // The Journal of general physiology. - 1981. - T. 77. - № 4. - C. 445-473.

264. Beschiaschvili G. Melittin binding to mixed phosphatidylglycerol/phosphatidylcholine membranes / G. Beschiaschvili, J. Seelig // Biochemistry. - 1990. - T. 29. - № 1. - C. 52-58.

265. Optimization of the antimicrobial activity of magainin peptides by modification of charge / M. Dathe [h gp.] // FEBS Letters. - 2001. -T. 501. - № 2-3. - C. 146-150.

266. Wenk M.R. Magainin 2 Amide Interaction with Lipid Membranes: Calorimetric Detection of Peptide Binding and Pore Formation / M.R. Wenk, J. Seelig // Biochemistry. - 1998. - T. 37. - № 11. - C. 3909-3916.

267. Wenk M.R. Magainin 2 Amide Interaction with Lipid Membranes: Calorimetric Detection of Peptide Binding and Pore Formation / M.R. Wenk, J. Seelig // Biochemistry. - 1998. - T. 37. - № 11. - C. 3909-3916.

268. Melo M.N. Antimicrobial peptides: linking partition, activity and high membrane-bound concentrations / M.N. Melo, R. Ferre, M.A.R.B. Castanho // Nature Reviews Microbiology. - 2009. - T. 7. - № 3. -C. 245-250.

269. Wimley W.C. The Mechanism of Membrane Permeabilization by Peptides: Still an Enigma / W.C. Wimley, K. Hristova // Australian Journal of Chemistry. - 2020. - T. 73. - № 3. - C. 96.

270. Saigo N. Electrophysiological Analysis of Antimicrobial Peptides in Diverse Species / N. Saigo, K. Izumi, R. Kawano // ACS Omega. - 2019. - T. 4. - № 8. - C. 13124-13130.

271. Kondrashov O.V. Effect of solid support and membrane tension on adsorption and lateral interaction of amphipathic peptides / O.V. Kondrashov, S.A. Akimov // The Journal of Chemical Physics. - 2022. -T. 157. - № 7. - C. 074902.

272. Effect of adsorption of bovine serum albumin on liposomal membrane characteristics / Y. Yokouchi [h gp.] // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. - 2001. - T. 20. - № 2. - C. 95-103.

273. Lipid-dependent pore formation by antimicrobial peptides arenicin-2 and melittin demonstrated by their proton transfer activity / S.V. Sychev [h gp.] // Journal of Peptide Science. - 2015. - T. 21. - № 2. - C. 71-76.

274. Kondrashov O.V. Alteration of Average Thickness of Lipid Bilayer by Membrane-Deforming Inclusions / O.V. Kondrashov, S.A. Akimov // Biomolecules. - 2023. - T. 13. - № 12. - C. 1731.

275. The PDZ-Binding Motif of Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus Envelope Protein Is a Determinant of Viral Pathogenesis / J.M. Jimenez-Guardeno [h gp.] // PLoS Pathogens. - 2014. - T. 10. -№ 8. - C. e1004320.

276. Woolley G.A. Channel-Forming Activity of Alamethicin: Effects of Covalent Tethering / G.A. Woolley // Chemistry & Biodiversity. - 2007. -T. 4. - № 6. - C. 1323-1337.

Благодарности

Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю, Батищеву Олегу Вячеславовичу, за постановку научной работы, обсуждение результатов, наставничество, поддержку и внимательное отношение на всех этапах работы.

Также автор выражает особую благодарность Акимову Сергею Александровичу за разработку теоретических моделей, которые легли в основу экспериментальной работы диссертации.

Автор благодарит Дениеву Зарет Гезимахмаевну за проведение экспериментальной работы с помощью флуоресцентной микроскопии, результаты которой помогли сделать выводы в диссертационной работе. Также выражает благодарность за участие в работе Соколову Валерию Сергеевичу, Хименес-Мунгуия Ирене, Кондрашову Олегу Васильевичу, Гифер Полине Кирилловне.

Автор благодарит родителей, членов семьи и друзей за поддержку на всех этапах работы над диссертацией.

Отдельно автор выражает глубокую благодарность епископу Переславскому и Угличскому Феоктисту (Андрею Львовичу Игумнову) за поддержку, которая была мотивационным фундаментом на протяжении всего времени работы над диссертацией.