Исследование морфологии одиночных белковых молекул с помощью атомно-силовой микроскопии высокого разрешения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Баринов Николай Александрович

• Баринов Николай Александрович
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Баринов Николай Александрович

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Исследование конформационных особенностей белковых структур на подложке

1.2 Принципы работы АСМ

1.2.1 Режимы АСМ визуализации

1.3 Выводы к главе

Глава 2. Исследование aC областей фибриногена и их расположения во время формирования фибриновой сети с помощью АСМ высокого разрешения

2.1 Материалы и методы

2.1.1 Реактивы

2.1.2 Приготовления образцов

2.1.3 АСМ измерения

2.1.4 Обработка изображения

2.2 Результаты и обсуждение

2.2.1 Визуализация aC областей фибриногена

2.2.2 Исследование индуцированного тромбином образования фибринового волокна

2.2.3 Формирование протофибрилл фибрина, выявленное с помощью АСМ

2.2.4 Двусторонняя агрегация протофибрилл и разветвление фибриновых волокон

2.2.5 Визуализация редких фибриновых соединений

2.3 Выводы к главе

Глава 3. АСМ исследование денатурированных состояний отдельных молекул белков на графите

3.1 Материалы и методы

3.2 Результаты

3.2.1 Конформация белка на свежесколотом ВОПГ и GM-ВОПГ

3.2.2 Конформация химически фиксированных белков на свежесколотом ВОПГ

3.3 Обсуждение

3.4 Выводы к главе

Глава 4. Термическая денатурация отдельных молекул фибриногена, исследованная с помощью атомно-силовой микроскопии

4.1 Экспериментальная часть

4.2 Результаты и обсуждение

4.2.1 Морфология молекул фибриногена, инкубированных при комнатной температуре или нагретых до 45 °C

4.2.2 Термически индуцированная агрегация и денатурация фибриногена при 65°С и 90°С

4.2.3 Развертывание фибриногена, вызванное длительным контактом с поверхностью GM-ВОПГ

4.2.4 Развертывание термически денатурированного фибриногена на поверхности GM-ВОПГ

4.3 Выводы к главе

Глава 5. Исследование металлопротеинов и их комплексов с помощью атомно-силовой микроскопии высокого разрешения

5.1 Экспериментальная часть

5.1.1 Пробоподготовка к АСМ

5.1.2 АСМ

5.2 Результаты и обсуждения

5.2.1 Характеристика отдельных молекул МПО, ЦП и ЛФ

5.2.2 Характеристика комплексов МПО-ЦП

5.2.3 Характеристика смесей ЛФ-МПО и ЛФ-ЦП

5.3 Выводы к главе

Заключение

Благодарности

Список используемой литературы

Список публикаций по теме диссертации:

Введение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование морфологии одиночных белковых молекул с помощью атомно-силовой микроскопии высокого разрешения»

Актуальность работы

Белки представляют собой один из наиболее важных классов биополимеров и составляют основную часть сухой массы живой клетки. Белки выполняют множество функций в организме, включая строительную, транспортную, ферментативную, защитную и др. В структурном и функциональном отношении белки являются наиболее сложными молекулами в живой природе.

С химической точки зрения белки это полимеры, мономерные звенья которых являются аминокислотами. Белки характеризуются первичной, вторичной, третичной и четвертичной структурой. Если первичная структура - это собственно последовательность аминокислотных остатков, - то остальные уровни структурной иерархии достигаются за счет сворачивания белковой цепи с помощью совокупности слабых нековалентных связей между разными участками белковой цепи. В образовании вторичной структуры белка, в основном, участвуют водородные связи, в то время как в формировании третичной и четвертичной структуры - водородные связи, электростатическое и ван-дер-ваальсовы притяжения, а также гидрофобное взаимодействие. Совокупность большого числа относительно слабых взаимодействий приводит к формированию устойчивой трехмерной структуры (конформации) белковой молекулы.

Как правило, конечная свёрнутая структура белка соответствует минимуму его свободной энергии и определяется только последовательностью аминокислот в цепи. Конформация белка имеет огромное значение в биологии и биотехнологии, так как определяет его биологическую функциональность, т.е. способность участвовать в специфическом связывании с другими белками или биологическими структурами. При этом конформация белка может изменяться под действием ряда физико-химических факторов. В частности, белок может претерпевать конформационные изменения при контакте с поверхностью.

Контакт белка с поверхностью является неотъемлемой частью процессов, происходящих в биологических и биотехнологических системах. Например, белки плазмы крови адсорбируются на поверхность антигена при его попадании в организм и тем самым опосредуют иммунный ответ. Адсорбция белков на поверхность имплантов происходит при её контакте с биологическими жидкостями организма. Адсорбция белков также широко используется в различных биоаналитических приборах, например, биосенсорах. Изменение конформации белка при адсорбции на поверхность, как правило, проявляется в разворачивании белка, вплоть до полной денатурации. Разворачивание белка обычно сопряжено с потерей его биологической функции, поскольку функциональность белков основана на их трехмерной структуре.

Большим потенциалом для разработки функциональных биомедицинских и биотехнологических поверхностей обладают графитовые поверхности, такие как пиролитический графит, графен, фуллерены, углеродные нанотрубки. Некоторые из этих материалов уже используются на поверхности имплантов (например, пиролитический графит), биосенсорной поверхности (например, графен или высокоориентированный пиролитический графит), тогда как другие являются перспективными для такого использования.

Таким образом, вопросы конформационной стабильности или изменения конформации белков при контакте с графитовыми поверхностями имеют большую актуальность с фундаментальной, медицинской и биотехнологической точек зрения.

Атомно-силовая микроскопия (АСМ) является мощным инструментом для изучения конформации отдельных молекул белка с субмолекулярным пространственным разрешением. При этом необходимость адсорбции белков на подложку для проведения АСМ-исследования делает её незаменимым инструментом для исследования морфологии белка на поверхности, в частности, для изучения конформационных изменений или конформационной стабильности белка.

Цель диссертационной работы

Целью данной работы было развитие метода атомно-силовой микроскопии для структурно-конформационного анализа отдельных молекул белка и особенностей их взаимодействия с графитовыми поверхностями.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Разработан протокол АСМ-исследования отдельных молекул белка с высоким пространственным разрешением, основанный на использовании модифицированной ^Ы'-(декан-1,10-диил)бис(тетраглицидамином) поверхности ВОПГ (ОМ-ВОПГ) в качестве подложки.

2. Впервые визуализированы отдельные аС-цепи фибриногена как на одиночных молекулах белка, так и на фибриновых нитях.

3. Ряд белков плазмы крови претерпевает сильную денатурацию при контакте со свежесколотой поверхностью ВОПГ в течение нескольких секунд, что приводит к уменьшению высоты глобулярных областей белка и расплыванию молекул на поверхности.

4. Нагревание фибриногена приводит к образованию различных фибриллярных и глобулярных структур, отражающих как отдельные молекулы, так и их агрегаты. Продолжительный (~ 10 минут) контакт фибриногена с поверхностью ОМ-ВОПГ приводит к разворачиванию молекул белка в нитевидные структуры.

5. Охарактеризованы особенности взаимодействия металлопротеинов на уровне отдельных молекул; обнаружено, что миелопероксидаза и церулоплазмин способны образовывать «суперкомплексы», имеющие форму ожерелья.

Научная новизна

Разработанный протокол АСМ-исследования отдельных молекул белка с высоким пространственным разрешением позволил получить ряд новых научных и научно-прикладных результатов. В частности, впервые визуализированы неподдающиеся кристаллизации аС-цепи фибриногена и охарактеризована их морфология. Выявлены новые детали поведения отдельных молекул фибрина при образовании фибриновых сгустков. Кроме того, впервые визуализирована и охарактеризована конформация денатурированных поверхностью или температурой молекул ряда биотехнологически значимых белков, таких как ферритин, фибриноген, САЧ, 1§0. Также обнаружены новые типы структур, формирующиеся при взаимодействии миелопероксидазы и церулоплазмина, которые были названы «суперкомплексами» из-за их структуры типа ожерелья. Полученные результаты демонстрируют новый взгляд как на структурные особенности отдельных белковых молекул, так и на физико-химические процессы, происходящие с участием белков, такие как адсорбция, разворачивание (денатурация), взаимодействие белковых молекул между собой и их агрегация.

Теоретическая и практическая значимость работы

Трехмерная структура молекулы белка имеет фундаментальное значение для выполнения своих функций в организме, поскольку они, как правило, опосредуются специфическим взаимодействием, в котором форма взаимодействующих молекул играет важную роль. Конформационные изменения молекул ряда белков, прежде всего белков крови, при контакте с поверхностью играют важную роль для формирования иммунного ответа организма на антиген или поверхность биоматериала. Наконец, конформационная стабильность белка на твердой поверхности важна для разработки различных биосенсорных поверхностей с применением белков в качестве чувствительного элемента. В связи с этим, методология исследования конформационных особенностей белковых

молекул с помощью АСМ высокого разрешения имеет высокую теоретическую и прикладную значимость.

В связи с большим потенциалом использования фибриногена в качестве компонента матриксов для биомедицинских целей (например, в качестве заживляющего материала), большую значимость приобретает изучение конформационного поведения фибриногена при различном физико-химическом воздействии.

Наконец, исследование взаимодействия металлопротеинов, таких как миелопероксидаза, церулоплазмин и лактоферрин, на уровне отдельных молекул важно для понимания опосредуемых данными белками воспалительных процессов и окислительного стресса у позвоночных.

Степень достоверности и апробация результатов

Достоверность полученных результатов обусловлена их высокой воспроизводимостью, выполнением необходимых контрольных экспериментов, а также соответствием результатам, известным из литературы. Результаты диссертационной работы были доложены на следующих мероприятиях:

1. Научная конференция молодых ученых по медицинской биологии ФГБУ ФНКЦ ФХМ ФМБА (2015, Москва, Россия);

2. Итоговая научно-практическая конференция ФГБУ ФНКЦ ФХМ ФМБА (2017, Москва, Россия);

3. The 43rd FEBS Congress (июль 2018, Прага, Чехия);

4. JOINT 12th EBSA congress and 10th ICBP - IUPAP congress (июль 2019, Мадрид, Испания)

5. Microscopy and Microanalysis (август 2020, virtual, США)

Публикации

По теме диссертации в рецензируемых научных изданиях, индексируемых в базах данных SCOPUS, Web of Science,, RSCI опубликовано 6 статей.

Личный вклад автора

Постановка целей и задач диссертации выполнена автором совместно с научным руководителем. Все представленные в диссертационной работе эксперименты по АСМ, большая часть аналитической работы, интерпретация и обобщение полученных результатов, формулировка выводов и положений, выносимых на защиту, сделаны автором лично. Подготовка материалов к публикации осуществлялась автором совместно с научным руководителем и соавторами опубликованных работ по теме диссертации.

Структура и объём диссертационной работы.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 180 наименований. Работа изложена на 114 страницах, содержит 23 рисунка и 2 таблицы.

Глава 1. Обзор литературы 1.1 Исследование конформационных особенностей белковых структур на

подложке.

Адсорбция белков широко распространена в природе и играет важную роль в науке и технологии. Изучение конформационного поведения белков, адсорбированных на твердых подложках, важно для фундаментальных и прикладных исследований [1]-[4]. Конформацию белка и конформационные перестройки на поверхности можно непосредственно визуализировать с помощью молекулярного и субмолекулярного разрешения методами зондовой микроскопии, т.е. АСМ и CTM [5]-[10]. Для получения изображений с помощью сканирующей зондовой микроскопии используются несколько кристаллических подложек с атомно-плоской поверхностью, таких как слюда и высокоориентированный пиролитический графит (ВОПГ). Благодаря своим характерным свойствам, таким как химическая инертность, электрическая нейтральность и проводимость, ВОПГ широко используется для иммобилизации различных молекул и молекулярных структур в различных областях исследований и технологий. Из-за своей высокой электрической проводимости и атомной гладкости поверхность ВОПГ является наиболее часто используемой для визуализации на границах раздела «твердое тело-жидкость» с помощью СТМ [11].

Современные углеродные наноматериалы, такие как углеродные нанотрубки и графен, привлекли к себе большое внимание благодаря своим уникальным механическим, электрическим и термическим свойствам, которые потенциально могут применяться в (био)сенсорах, катализаторах и молекулярной электронике [12]-[17]. Для достижения этих целей может потребоваться подходящее функционирование поверхности, модулирующее межфазные свойства; в частности, была использована нековалентная функционализация поверхности графита путем самосборки олиго- и полипептидов [18], [19]. Некоторые графитовые материалы, в том числе пиролитический углерод, используются в качестве биоматериалов [20]-[22]. Биосовместимость любого материала связана с

адсорбцией функционально важных белков на его поверхности, таких как белки крови (например, человеческий сывороточный альбумин, фибриноген, иммуноглобулины и т. д.) [21], [23]-[25]. Поэтому значение исследования адсорбции этих белков на поверхности графита трудно переоценить.

Известно, что многие физико-химические факторы, такие как добавление мочевины, различных солей, органических кислот, спиртов, детергентов, изменение рН, нагревание, механические нагрузки, взаимодействие с поверхностями и другие, вызывают разворачивание и денатурацию белка [1], [26]. Выражения «разворачивание белка» и «денатурация белка» очень широки; они могут относиться к различным состояниям белка, которые отличаются от его «нативных» состояний. Более того, денатурированные белки могут наполнять ансамбль множества конформаций, которые обычно структурно чётко не определены. Информация о развертывании белка обычно собирается из большого количества различных методов, включая различные спектрофотометрические измерения, динамическое рассеяние света, ядерный магнитный резонанс, рентгеновское рассеяние, хроматография, дифференциальная сканирующая калориметрия. Эти методы получают конкретные характеристики белкового ансамбля (например, коэффициент диффузии, молярную эллиптичность, гидродинамический радиус, интенсивность определенной полосы на спектрах и т. д.), которые отражают структуру белка и изменяются при денатурации белка. Однако они не предоставляют информацию о конформации одной молекулы белка в популяции, что является важным для фундаментального понимания процесса разворачивания белка и связанных с ним явлений. Так, регистрация конфигураций отдельных развернутых молекул позволяет оценить частоту возникновения конкретных структур, например глобулярных/фибриллярных, которые могут быть характерны для конкретного пути денатурации. Кроме того, конформация денатурированной белковой молекулы может определять ее альтернативный путь сворачивания [27], [28], включая амилоидную агрегацию [29], [30] и

взаимодействие с другими молекулами [31]—[33]. Последняя проблема важна, в частности, для применения в фармацевтике и биоматериалах.

Исследование механического разворачивания одиночной белковой молекулы стало очень популярным с 1990-х годов, когда были разработаны методы атомно-силовой спектроскопии [34], [35], оптический [36] и магнитный [37] пинцет. Эти методы позволяют растягивать белки до контролируемой длины и оценивать силы разрыва, кинетические параметры разворачивания белка и механическую стабильность [38]. В то же время значительно меньше внимания уделяется визуализации с высоким разрешением отдельных денатурированных молекул белка. Такая визуализация возможна с помощью методов микроскопии высокого разрешения, включая сканирующую зондовую микроскопию.

Уровень разрешения одиночных аминокислот денатурированного в муравьиной кислоте цитохрома С и бычьего сывороточного альбумина был достигнут с помощью сканирующей туннельной микроскопии в высоком вакууме: эти молекулы продемонстрировали либо развернутое, либо двумерное рефолдинговое состояние [10]. Различные АСМ-исследования демонстрируют морфологические изменения адсорбированных белков [39]-[42], которые могут отражать поверхностно индуцированную денатурацию, что является хорошо известным эффектом [1], [2].

Обычно молекулы «жестких» и «мягких» белков различаются в зависимости от адсорбционного поведения. «Мягкие» белки имеют менее стабильные третичные структуры, подвергаются большим деформациям и заметным поверхностно-индуцированным конформационным изменениям, тогда как «жесткие» белки структурно не релаксируют [2], [3]. Изменения третичной структуры также зависят от природы сорбента. На структуру адсорбированных белковых молекул сильное влияние оказывает гидрофобность поверхности: были отмечены значительные структурные перестройки для различных белков, адсорбированных на гидрофобных поверхностях [1]-[4]. Этот общий вывод основан на множестве результатов, полученных при применении различных

экспериментальных подходов, однако описанные в литературе результаты микроскопических наблюдений на уровне отдельных молекул часто противоречивы. Существует множество исследований конформационных изменений белков, адсорбированных на разных поверхностях (таких как кремнезем, металл, полимерные поверхности и т. д.); однако мало внимания уделяется убедительным микроскопическим исследованиям высокого разрешения конформационного поведения белков, адсорбированных на гидрофобном ВОПГ, в то время как результаты этих исследований часто противоречивы [39]—[43]. Недавние исследования показывают, что вероятной причиной невоспроизводимости таких исследований является чрезвычайно высокая чувствительность поверхности ВОПГ к примесям из водных сред и воздуха [44]-[46].

Анализ адсорбции сывороточного альбумина человека [47]-[49], фибриногена [50] и нескольких других белков [51], [52] на поверхности ВОПГ методом молекулярно-динамического моделирования показал, что происходит частичная или полная денатурация белковых доменов, обусловленная их переориентацией за счет взаимодействия со субстратом посредством ван-дер-ваальсовых и гидрофобных сил.

Понимание конформационных изменений отдельных молекул белка при адсорбции на поверхность является ключевым для развития основанного на АСМ структурного анализа белков с высоким пространственным разрешением, с одной стороны, и для разработки новых биосовместимых и биофункциональных поверхностей, с другой стороны. В этой связи особенно большой интерес представляет исследование взаимодействия белков плазмы крови с графитовыми поверхностями. Рассмотрим известные из литературы структурные особенности некоторых важных белков плазмы крови.

Фибриноген является одним из ключевых белков при тромбозе. Он интенсивно изучался различными методами, включая ПЭМ [53]-[55], АСМ [40], [56]-[58] и рентгеновскую дифракцию [59], [60]. Фибриноген состоит из трех пар

неидентичных полипептидных цепей (Аа-, 610 остатков; вр-, 461 остаток; у-, 411 остатков у человеческого фибриногена) (рис. 1). К-концевые области цепей связаны дисульфидными связями с глобулярной Е-областью в центре молекулы. С-концевые области неидентичных цепей объединены в D-область, и фибриноген, таким образом, имеет две глобулярных D-области на концах. Структура между областями Е и D в основном представляет собой сверхспираль, состоящую из трёх а-спиралей, скрепленных дисульфидными связями. С-концы Аа-цепей, называемые аС-областями, простираются от D-узлов на 400 остатков у человеческого вида, в то время как С-концы вр и у-цепей складываются в соответствующие компактные глобулярные субдомены РС и уС. До настоящего времени полная трехмерная структура всей молекулы фибриногена не была получена, в основном, из-за двух неупорядоченных областей аС, которые не распознаются в кристаллах.

Рисунок 1. Схематическая структура фибриногена: (А) шесть полипептидных цепей, составляющих фибриноген; (Б) схематическое представление доменной структуры фибриногена [61].

Области аС содержат около 400 аминокислот (207-610), что составляет 27% всей молекулы. Небольшая упорядоченная структура была идентифицирована внутри аС-области рекомбинантного бычьего фибриногена с помощью ядерного

магнитного резонанса (ЯМР) [62], тогда как остальная часть области, по-видимому, является неупорядоченной и очень гибкой.

Исследования отдельных молекул фибриногена с помощью ПЭМ показали, что многие молекулы, по-видимому, имеют удлинения на концах [63] или дополнительный глобулярный узелок около центральной области [54], [55]. Эксперименты были довольно сложными, поскольку неупорядоченные части белка не могут быть видны непосредственно в отрицательно контрастированных образцах, и также изображения во вращающихся затенённых образцах имели довольно низкое разрешение и были трудно воспроизводимы. Тем не менее, на основании исследований ПЭМ aC-области рассматриваются как тонкие полипептидные цепи и, как ожидается, простираются вдоль поверхности белка от области D к области E.

Функция областей aC была проверена в нескольких исследованиях [55], [64]-[68]. Были собраны данные как для внутримолекулярных, так и для межмолекулярных взаимодействий aC-областей [67]. Межмолекулярные взаимодействия aC-aC предположительно являются основными этапами латерального роста фибриновых волокон [69].

Первая публикация об АСМ отдельной молекулы фибриногена вышла в 1991 году [70]. Размеры глобулярных доменов фибриногена были позже исследованы на различных поверхностях, включая SiO2 [71], поли-Ь-лизин [72], TiO2 [73], APTES [56], PMMA [74], OTS [56], [75], слюду [39], [40], [56]-[58], [76] и высокоориентированный пиролитический графит (ВОПГ) [39]-[41]. Было предпринято несколько попыток локализовать aC-области фибриногена с помощью АСМ [41], [57], [73], [76], [77], но никаких надежных изображений, а также статистически значимых данных о длине и положении этих доменов не было опубликовано.

Наиболее распространенным субстратом для АСМ-анализа структуры белка является слюда. Известно, что поверхность свежесколотой слюды покрыта

солевым слоем в присутствии воды (включая условия окружающей среды) [78]. Поэтому легко ожидать, что области aC могут быть скрыты в солевом слое на слюде. Мы также отмечаем, что в большинстве публикаций высота D-областей фибриногена на слюде выше, чем их высота на любой другой поверхности, кроме полилизина, несмотря на солевой слой [40], [56], [58], [74]. Более того, было обнаружено, что высота глобулярных областей фибриногена, измеренная на слюде, увеличивается во время непрерывного АСМ-сканирования в жидкой среде [40]. В соответствии с изоэлектрической точкой фибриногена, pI = 5,8, он отрицательно заряжен (-7,6 суммарного заряда) при физиологических условиях (pH = 7,4, I = 0,15 М) [77]. При нейтральном pH отрицательный заряд фибриногена не позволяет осуществлять прямые пути адсорбции на отрицательно заряженной поверхности слюды, и, следовательно, число возможных адсорбционных артефактов на этой поверхности увеличивается.

ВОПГ является еще одним часто используемым субстратом в АСМ, хотя немногие исследователи обращают внимание на высокую гидрофобность поверхности. Не очевидно, что водорастворимый белок должен сохранять правильную исходную конформацию при адсорбции из буферного раствора на гидрофобный субстрат. Тем не менее, адсорбция фибриногена на поверхности свежесколотого ВОПГ была исследована [39]-[41]: неудивительно, что высота и морфология молекул указывали на существенную денатурацию фибриногена во время адсорбции.

Для биомедицинских применений могут быть важны эффекты денатурации фибриногена. Тепловая денатурация фибриногена может быть использована для отделения фибриногена от плазмы и измерения концентрации фибриногена [79], [80]. Нагретый денатурированный фибриноген может быть полезен в качестве основы для различных матриц, которые способствовуют гемостазу [81], применяются для культивирования клеток [82] или противостоят адсорбции белка и адгезии тромбоцитов [83]-[85]. С другой стороны, следует

избегать денатурации во время вирусной инактивации или стерилизации чистых растворов фибриногена или плазмы.

Наконец, адсорбция и денатурация фибриногена на поверхности может определять его биосовместимость [24]. В связи с этим изучение особенностей денатурации фибриногена при длительном контакте с поверхностью GM-ВОПГ может также способствовать разработке биоматериалов, а также использованию графитовых материалов в биотехнологии [14].

Механическое разворачивание отдельных молекул фибриногена было изучено с помощью атомно-силовой спектроскопии и молекулярно-динамического моделирования. Было выявлено несколько возможных молекулярных причин механического разворачивания фибриногена, включая разворачивание областей сверхспиралей [86], у- и Р-узелков [87], [88]. Кроме того, денатурация (или деформация) фибриногена при адсорбции на разных поверхностях была изучена на уровне одной молекулы с помощью АСМ [39], [40], [56], [73], [89] и молекулярно-динамического моделирования [50]. Однако, насколько нам известно, денатурированные состояния фибриногена, вызванные нагревом или адсорбцией на модифицированных поверхностях ВОПГ (таких как GM-ВОПГ), никогда не исследовались.

Миелопероксидаза (МПО), церулоплазмин (ЦП) и лактоферрин (ЛФ) являются металлопротеинами, которые играют важную роль в регуляции воспаления и окислительного стресса у позвоночных. Было показано, что белки образуют бинарные и тройные комплексы и влияют на ферментативные активности друг друга [90]-[92].

МПО представляет собой глобулярный катионный (pI ~ 10,7) гемсодержащий гомодимерный фермент с молекулярной массой ~ 140 кДа. Это основной белок нейтрофильных лейкоцитов. МПО секретируется активированными нейтрофилами в фагосомы и внеклеточное пространство и защищает организм от вторжения патогенных микроорганизмов благодаря своей уникальной способности

генерировать хлорноватистую кислоту (НОС1) - высоко цитотоксический окислитель [93], [94]. Предполагается, что взаимодействие высококатионного МПО с анионными белками и с отрицательно заряженными поверхностями различных клеток в основном зависит от электростатических взаимодействий [95].

ЦП представляет собой глобулярный анионный (р1 ~ 4.4) медь-содержащий гликопротеин плазмы с молекулярной массой ~ 132 кДа. Он выполняет несколько функций, основной из которых является участие в метаболизме железа путем окисления Fe2+ до Fe3+ [96]. Более того, ЦП играет важную роль в качестве физиологического ингибитора пероксидазной активности МПО [90], [97], [98]. Механизм этого ингибирования предполагает сильное электростатическое связывание (с константой диссоциации ~ 0,15 мкМ) ЦП с МПО в соотношении 1:1 или 2:1 [90], [91]. ЦП связывается в непосредственной близости от активного сайта МПО и образует стерический барьер, препятствующий связыванию субстратов с МПО [90], [99]. Считается, что значительное увеличение содержания ЦП в плазме крови при воспалении [100] защищает организм от неблагоприятной чрезмерной активности МПО.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Баринов Николай Александрович, 2023 год

Список используемой литературы

[1] M. Rabe, D. Verdes, and S. Seeger, "Understanding protein adsorption phenomena at solid surfaces," Adv. Colloid Interface Sci., vol. 162, no. 1-2, pp. 87-106, 2011.

[2] W. Norde and J. Lyklema, "Interfacial behaviour of proteins, with special reference to immunoglobulins. A physicochemical study," Adv. Colloid Interface Sci., vol. 179-182, pp. 5-13, 2012.

[3] K. Nakanishi, T. Sakiyama, and K. Imamura, "On the adsorption of proteins on solid surfaces, a common but very complicated phenomenon," J. Biosci. Bioeng., vol. 91, no. 3, pp. 233-244, 2001.

[4] P. Roach, D. Farrar, and C. C. Perry, "Interpretation of protein adsorption: Surface-induced conformational changes," J. Am. Chem. Soc., vol. 127, no. 22, pp. 8168-8173, 2005.

[5] T. Ando, T. Uchihashi, and T. Fukuma, "High-speed atomic force microscopy for nano-visualization of dynamic biomolecular processes," Prog. Surf. Sci., vol. 83, no. 7-9, pp. 337-437, 2008.

[6] M. E. McConney, S. Singamaneni, and V. V. Tsukruk, "Probing soft matter with the atomic force microscopies: Imaging and force spectroscopy," Polym. Rev., vol. 50, no. 3, pp. 235-286, 2010.

[7] C. Leung et al., "Atomic force microscopy with nanoscale cantilevers resolves different structural conformations of the DNA double helix," Nano Lett., vol. 12, no. 7, pp. 3846-3850, 2012.

[8] Y. F. Dufrene, D. Martínez-Martín, I. Medalsy, D. Alsteens, and D. J. Müller, "Multiparametric imaging of biological systems by force-distance curve-based AFM," Nat. Methods, vol. 10, no. 9, pp. 847-854, 2013.

[9] A. F. Raigoza, J. W. Dugger, and L. J. Webb, "Review: Recent advances and

current challenges in scanning probe microscopy of biomolecular surfaces and interfaces," ACS Appl. Mater. Interfaces, vol. 5, no. 19, pp. 9249-9261, 2013.

[10] Z. Deng et al., "A close look at proteins: Submolecular resolution of two- and three-dimensionally folded cytochrome c at surfaces," Nano Lett., vol. 12, no. 5, pp. 2452-2458, 2012.

[11] J. P. Rabe, "Scanning Tunneling Microscopy at Solid-Liquid Interfaces," Mod. Charact. Methods Surfactants, pp. 63-82, 1999.

[12] J. Yao, Y. Sun, M. Yang, and Y. Duan, "Chemistry, physics and biology of graphene-based nanomaterials: New horizons for sensing, imaging and medicine," J. Mater. Chem., vol. 22, no. 29, pp. 14313-14329, 2012.

[13] Y. Hu, F. Li, D. Han, and L. Niu, "Biocompatible Graphene for Bioanalytical Applications," Mol. Sci., vol. 2, pp. 11-34, 2015.

[14] K. Kostarelos and K. S. Novoselov, "Exploring the interface of graphene and biology," Science (80-.)., vol. 344, no. 6181, pp. 261-263, 2014.

[15] S. K. Jang, J. R. Jang, W. S. Choe, and S. Lee, "Harnessing denatured protein for controllable bipolar doping of a monolayer graphene," ACS Appl. Mater. Interfaces, vol. 7, no. 2, pp. 1250-1256, 2015.

[16] I. I. Vlasova et al., "Adsorbed plasma proteins modulate the effects of singlewalled carbon nanotubes on neutrophils in blood," Nanomedicine Nanotechnology, Biol. Med., vol. 12, no. 6, pp. 1615-1625, 2016.

[17] C. Li and R. Mezzenga, "The interplay between carbon nanomaterials and amyloid fibrils in bio-nanotechnology," Nanoscale, vol. 5, no. 14, pp. 6207-6218, 2013.

[18] Y. Cui, S. N. Kim, S. E. Jones, L. L. Wissler, R. R. Naik, and M. C. McAlpine, "Chemical functionalization of graphene enabled by phage displayed peptides," Nano Lett., vol. 10, no. 11, pp. 4559-4565, 2010.

[19] D. Khatayevich, C. R. So, Y. Hayamizu, C. Gresswell, and M. Sarikaya, "Controlling the surface chemistry of graphite by engineered self-assembled peptides," Langmuir, vol. 28, no. 23, pp. 8589-8593, 2012.

[20] V. Peskov, Z. Klézl, K. Balik, and M. Adam, "Biomechanical and biological properties of the implant material carbon-carbon composite covered with pyrolytic carbon," J. Mater. Sci. Mater. Med., vol. 11, no. 12, pp. 793-798, 2000.

[21] K. D. Jandt, "Evolutions, revolutions and trends in biomaterials science -A perspective," Adv. Eng. Mater., vol. 9, no. 12, pp. 1035-1050, 2007.

[22] A. Vesel, K. Elersic, M. Modic, I. Junkar, and M. Mozetic, "Formation of nanocones on highly oriented pyrolytic graphite by oxygen plasma," Materials (Basel)., vol. 7, no. 3, pp. 2014-2029, 2014.

[23] S. T. Yang, Y. Liu, Y. W. Wang, and A. Cao, "Biosafety and bioapplication of nanomaterials by designing protein-nanoparticle interactions," Small, vol. 9, no. 9-10, pp. 1635-1653, 2013.

[24] L. C. Xu, J. W. Bauer, and C. A. Siedlecki, "Proteins, platelets, and blood coagulation at biomaterial interfaces," Colloids Surfaces B Biointerfaces, vol. 124, pp. 49-68, 2014.

[25] A. M. Pinto, I. C. Gonçalves, and F. D. Magalhâes, "Graphene-based materials biocompatibility: A review," Colloids Surfaces B Biointerfaces, vol. 111, pp. 188202, 2013.

[26] C. Tanford, "Protein Denaturation," Advances in Protein Chemistry, vol. 23, no. C. pp. 121-282, 1968.

[27] D. Shortle, "The expanded denatured state: An ensemble of conformations trapped in a locally encoded topological space," Advances in Protein Chemistry, vol. 62. pp. 1-23, 2002.

[28] C. R. Smith, N. Mateljevic, and B. E. Bowler, "Effects of topology and excluded

volume on protein denatured state conformational properties," Biochemistry, vol. 41, no. 31, pp. 10173-10181, 2002.

[29] M. Calamai, F. Chiti, and C. M. Dobson, "Amyloid fibril formation can proceed from different conformations of a partially unfolded protein," Biophys. J., vol. 89, no. 6, pp. 4201-4210, 2005.

[30] P. E. Wright and H. J. Dyson, "Intrinsically unstructured proteins: Re-assessing the protein structure-function paradigm," J. Mol. Biol., vol. 293, no. 2, pp. 321331, 1999.

[31] M. Schmid, S. Prols, D. M. Kainz, F. Hammann, and U. Grupa, "Effect of thermally induced denaturation on molecular interaction-response relationships of whey protein isolate based films and coatings," Prog. Org. Coatings, vol. 104, pp. 161-172, 2017.

[32] W. He et al., "Denatured globular protein and bile salt-coated nanoparticles for poorly water-soluble drugs: Penetration across the intestinal epithelial barrier into the circulation system and enhanced oral bioavailability," Int. J. Pharm., vol. 495, no. 1, pp. 9-18, 2015.

[33] R. Caillard and M. Subirade, "Protein based tablets as reversible gelling systems for delayed release applications," Int. J. Pharm., vol. 437, no. 1-2, pp. 130-136, 2012.

[34] K. Mitsui, M. Hara, and A. Ikai, "Mechanical unfolding of a2-macroglobulin molecules with atomic force microscope," FEBSLett., vol. 385, no. 1-2, pp. 2933, 1996.

[35] V. Barsegov, D. K. Klimov, and D. Thirumalai, "Mapping the energy landscape of biomolecules using single molecule force correlation spectroscopy: Theory and applications," Biophys. J., vol. 90, no. 11, pp. 3827-3841, 2006.

[36] J. R. Moffitt, Y. R. Chemla, S. B. Smith, and C. Bustamante, "Recent advances in

optical tweezers," Annual Review of Biochemistry, vol. 77. pp. 205-228, 2008.

[37] S. Le, R. Liu, C. T. Lim, and J. Yan, "Uncovering mechanosensing mechanisms at the single protein level using magnetic tweezers," Methods, vol. 94, pp. 13-18, 2016.

[38] M. L. Hughes and L. Dougan, "The physics of pulling polyproteins: A review of single molecule force spectroscopy using the AFM to study protein unfolding," Reports Prog. Phys., vol. 79, no. 7, 2016.

[39] K. L. Marchin and C. L. Berrie, "Conformational changes in the plasma protein fibrinogen upon adsorption to graphite and mica investigated by atomic force microscopy," Langmuir, vol. 19, no. 23, pp. 9883-9888, 2003.

[40] A. Agnihotri and C. A. Siedlecki, "Time-Dependent Conformational Changes in Fibrinogen Measured by Atomic Force Microscopy," Langmuir, vol. 20, no. 20, pp. 8846-8852, 2004.

[41] R. Ohta, N. Saito, T. Ishizaki, and O. Takai, "Visualization of human plasma fibrinogen adsorbed on highly oriented pyrolytic graphite by scanning probe microscopy," Surf. Sci., vol. 600, no. 8, pp. 1674-1678, 2006.

[42] R. T. T. Gettens, Z. Bai, and J. L. Gilbert, "Quantification of the kinetics and thermodynamics of protein adsorption using atomic force microscopy," J. Biomed. Mater. Res. - Part A, vol. 72, no. 3, pp. 246-257, 2005.

[43] X. Peng et al., "Adsorption of human serum albumin onto highly orientated pyrolytic graphite surface studied by atomic force microscopy," Scanning, vol. 37, no. 2, pp. 158-164, 2015.

[44] A. Kozbial et al., "Understanding the intrinsic water wettability of graphite," Carbon N. Y., vol. 74, pp. 218-225, 2014.

[45] D. Martinez-Martin et al., "Atmospheric contaminants on graphitic surfaces," Carbon N. Y., vol. 61, pp. 33-39, 2013.

[46] Z. Li et al., "Effect of airborne contaminants on the wettability of supported graphene and graphite," Nat. Mater., vol. 12, no. 10, pp. 925-931, 2013.

[47] G. Raffaini and F. Ganazzoli, "Simulation study of the interaction of some albumin subdomains with a flat graphite surface," Langmuir, vol. 19, no. 8, pp. 3403-3412, 2003.

[48] G. Raffaini and F. Ganazzoli, "Adsorption of charged albumin subdomains on a graphite surface," J. Biomed. Mater. Res. - Part A, vol. 76, no. 3, pp. 638-645, 2006.

[49] C. Mücksch and H. M. Urbassek, "Molecular dynamics simulation of free and forced BSA adsorption on a hydrophobic graphite surface," Langmuir, vol. 27, no. 21, pp. 12938-12943, 2011.

[50] S. Köhler, F. Schmid, and G. Settanni, "Molecular Dynamics Simulations of the Initial Adsorption Stages of Fibrinogen on Mica and Graphite Surfaces," Langmuir, vol. 31, no. 48, pp. 13180-13190, 2015.

[51] C. Mücksch, C. Rösch, C. Müller-Renno, C. Ziegler, and H. M. Urbassek, "Consequences of Hydrocarbon Contamination for Wettability and Protein Adsorption on Graphite Surfaces," J. Phys. Chem. C, vol. 119, no. 22, pp. 1249612501, 2015.

[52] G. Raffaini and F. Ganazzoli, "Molecular Dynamics Simulation of the Adsorption of a Fibronectin Module on a Graphite Surface," Langmuir, vol. 20, no. 8, pp. 3371-3378, 2004.

[53] C. E. HALL and H. S. SLAYTER, "The fibrinogen molecule: its size, shape, and mode of polymerization.," J. Biophys. Biochem. Cytol., vol. 5, no. 1, pp. 11-16, 1959.

[54] J. W. Weisel, C. V. Stauffacher, E. Bullitt, and C. Cohen, "A model for fibrinogen: Domains and sequence," Science (80-. )., vol. 230, no. 4732, pp.

1388-1391, 1985.

[55] Y. I. Veklich, O. V. Gorkun, L. V. Medved, W. Nieuwenhuizen, and J. W. Weisel, "Carboxyl-terminal portions of the a chains of fibrinogen and fibrin. Localization by electron microscopy and the effects of isolated aC fragments on polymerization," J. Biol. Chem., vol. 268, no. 18, pp. 13577-13585, 1993.

[56] P. Sidney Sit and R. E. Marchant, "Surface-dependent conformations of human fibrinogen observed by atomic force microscopy under aqueous conditions," Thromb. Haemost., vol. 82, no. 3, pp. 1053-1060, 1999.

[57] I. S. Yermolenko, V. K. Lishko, T. P. Ugarova, and S. N. Magonov, "Highresolution visualization of fibrinogen molecules and fibrin fibers with atomic force microscopy," Biomacromolecules, vol. 12, no. 2, pp. 370-379, 2011.

[58] E. G. Zavyalova, A. D. Protopopova, A. M. Kopylov, and I. V. Yaminsky, "Investigation of early stages of fibrin association," Langmuir, vol. 27, no. 8, pp. 4922-4927, 2011.

[59] G. Spraggon, S. J. Everse, and R. F. Doollttle, "Crystal structures of fragment D from human fibrinogen and its crosslinked counterpart from fibrin," Nature, vol. 389, no. 6650, pp. 455-462, 1997.

[60] J. M. Kollman, L. Pandi, M. R. Sawaya, M. Riley, and R. F. Doolittle, "Crystal structure of human fibrinogen," Biochemistry, vol. 48, no. 18, pp. 3877-3886, 2009.

[61] A. D. Protopopova, N. A. Barinov, E. G. Zavyalova, A. M. Kopylov, V. I. Sergienko, and D. V. Klinov, "Visualization of fibrinogen aC regions and their arrangement during fibrin network formation by high-resolution AFM," J. Thromb. Haemost., vol. 13, no. 4, pp. 570-579, 2015.

[62] R. A. Burton, G. Tsurupa, L. Medved, and N. Tjandra, "Identification of an ordered compact structure within the recombinant bovine fibrinogen aC-domain

fragment by NMR," Biochemistry, vol. 45, no. 7, pp. 2257-2266, 2006.

[63] M. W. Mosesson, J. Hainfeld, J. Wall, and R. H. Haschemeyer, "Identification and mass analysis of human fibrinogen molecules and their domains by scanning transmission electron microscopy," J. Mol. Biol., vol. 153, no. 3, pp. 695-718, 1981.

[64] O. V. Gorkun, Y. I. Veklich, J. W. Weisel, L. V. Medved, and A. H. Henschen, "Role of the aC Domains of Fibrin in Clot Formation," Biochemistry, vol. 33, no. 22, pp. 6986-6997, 1994.

[65] J. P. Collet et al., "The aC domains of fibrinogen affect the structure of the fibrin clot, its physical properties, and its susceptibility to fibrinolysis," Blood, vol. 106, no. 12, pp. 3824-3830, 2005.

[66] O. V. Gorkun, R. I. Litvinov, Y. I. Veklich, and J. W. Weisel, "Interactions mediated by the N-terminus of fibrinogen's Bp chain," Biochemistry, vol. 45, no. 49, pp. 14843-14852, 2006.

[67] R. I. Litvinov, S. Yakovlev, G. Tsurupa, O. V. Gorkun, L. Medved, and J. W. Weisel, "Direct evidence for specific interactions of the fibrinogen aC-domains with the central E region and with each other," Biochemistry, vol. 46, no. 31, pp. 9133-9142, 2007.

[68] L. Ping, L. Huang, B. Cardinali, A. Profumo, O. V. Gorkun, and S. T. Lord, "Substitution of the human ac region with the analogous chicken domain generates a fibrinogen with severely impaired lateral aggregation: Fibrin monomers assemble into protofibrils but protofibrils do not assemble into fibers," Biochemistry, vol. 50, no. 42, pp. 9066-9075, 2011.

[69] J. W. Weisel and R. I. Litvinov, "Mechanisms of fibrin polymerization and clinical implications," Blood, vol. 121, no. 10, pp. 1712-1719, 2013.

[70] R. Wigren, H. Elwing, R. Erlandsson, S. Welin, and I. Lundstrom, "Structure of

adsorbed fibrinogen obtained by scanning force microscopy," FEBSLett., vol. 280, no. 2, pp. 225-228, 1991.

[71] M. Yaseen, X. Zhao, A. Freund, A. M. Seifalian, and J. R. Lu, "Surface structural conformations of fibrinogen polypeptides for improved biocompatibility," Biomaterials, vol. 31, no. 14, pp. 3781-3792, 2010.

[72] D. J. Taatjes, A. S. Quinn, R. J. Jenny, P. Hale, E. G. Bovill, and J. Mcdonagh, "Tertiary structure of the hepatic cell protein fibrinogen in fluid revealed by atomic force microscopy," Cell Biol. Int., vol. 21, no. 11, pp. 715-726, 1997.

[73] P. Cacciafesta, A. D. L. Humphris, K. D. Jandt, and M. J. Miles, "Human plasma fibrinogen adsorption on ultraflat titanium oxide surfaces studied with atomic force microscopy," Langmuir, vol. 16, no. 21, pp. 8167-8175, 2000.

[74] K. D. Jandt, M. Finke, and P. Cacciafesta, "Aspects of the physical chemistry of polymers, biomaterials and mineralised tissues investigated with atomic force microscopy (AFM)," Colloids Surfaces B Biointerfaces, vol. 19, no. 4, pp. 301314, 2000.

[75] R. E. Marchant, M. D. Barb, J. R. Shainoff, S. J. Eppell, D. L. Wilson, and C. A. Siedlecki, "Three dimensional structure of human fibrinogen under aqueous conditions visualized by atomic force microscopy," Thromb. Haemost., vol. 77, no. 6, pp. 1048-1051, 1997.

[76] R. H. Abou-Saleh et al., "Nanoscale probing reveals that reduced stiffness of clots from fibrinogen lacking 42 N-terminal Bp-chain residues is due to the formation of abnormal oligomers," Biophys. J., vol. 96, no. 6, pp. 2415-2427, 2009.

[77] M. Wasilewska, Z. Adamczyk, and B. Jachimska, "Structure of fibrinogen in electrolyte solutions derived from dynamic light scattering (DLS) and viscosity measurements," Langmuir, vol. 25, no. 6, pp. 3698-3704, 2009.

[78] V. V. Prokhorov, "AFM observations of single polyolefin molecules on mica and

graphite," Struct. Prop. Polyolefin Mater., pp. 53-96, 2012.

[79] H. R. Millar, J. G. Simpson, and A. L. Stalker, "An evaluation of the heat precipitation method for plasma fibrinogen estimation.," J. Clin. Pathol., vol. 24, no. 9, pp. 827-830, 1971.

[80] P. J. Cagnoni, R. Lenzi, N. Wisch, S. Seremetis, and J. H. Rand, "Spurious fibrinogen levels secondary to pyroglobulinemia in Waldenstrom's macroglobulinemia," Am. J. Hematol., vol. 48, no. 2, pp. 126-127, 1995.

[81] G. Marx et al., "Heat denaturation of fibrinogen to develop a biomedical matrix," J. Biomed. Mater. Res. - Part B Appl. Biomater., vol. 84, no. 1, pp. 49-57, 2008.

[82] N. Shimony et al., "Fibrin microbeads (FMB) as a 3D platform for kidney gene and cell therapy," Kidney Int., vol. 69, no. 3, pp. 625-633, 2006.

[83] J. C. Voegel, P. Dejardin, C. Strasser, N. de Baillou, and A. Schmitt, "Thermal desorption spectrometry of fibrinogen," Colloids and Surfaces, vol. 25, no. 2-4, pp. 139-144, 1987.

[84] G. A. Skarja, J. L. Brash, P. Bishop, and K. A. Woodhouse, "Protein and platelet interactions with thermally denatured fibrinogen and cross-linked fibrin coated surfaces," Biomaterials, vol. 19, no. 23, pp. 2129-2138, 1998.

[85] R. Safiullin et al., "Fibrinogen matrix deposited on the surface of biomaterials acts as a natural anti-adhesive coating," Biomaterials, vol. 67, pp. 151-159, 2015.

[86] B. B. C. Lim, E. H. Lee, M. Sotomayor, and K. Schulten, "Molecular Basis of Fibrin Clot Elasticity," Structure, vol. 16, no. 3, pp. 449-459, 2008.

[87] A. Zhmurov, A. E. X. Brown, R. I. Litvinov, R. I. Dima, J. W. Weisel, and V. Barsegov, "Mechanism of fibrin(ogen) forced unfolding," Structure, vol. 19, no. 11, pp. 1615-1624, 2011.

[88] A. Zhmurov, O. Kononova, R. I. Litvinov, R. I. Dima, V. Barsegov, and J. W. Weisel, "Mechanical transition from a-helical coiled coils to ß-sheets in

fibrin(ogen)," J. Am. Chem. Soc., vol. 134, no. 50, pp. 20396-20402, 2012.

[89] C. Siedlecki and A. Agnihotri, "Spreading of fibrinogen at model surfaces studied by AFM," Microsc. Microanal., vol. 8, no. SUPPL. 2, pp. 260-261, 2002.

[90] A. Sokolov et al., "Ceruloplasmin and myeloperoxidase in complex affect the enzymatic properties of each other," Free Radic. Res., vol. 42, no. 11-12, pp. 989-998, 2008.

[91] A. V. Sokolov, V. N. Prozorovskii, and V. B. Vasilyev, "Study of interaction of ceruloplasmin, lactoferrin, and myeloperoxidase by photon correlation spectroscopy," Biochem., vol. 74, no. 11, pp. 1225-1227, 2009.

[92] A. V. Sokolov, E. T. Zakahrova, V. A. Kostevich, V. R. Samygina, and V. B. Vasilyev, "Lactoferrin, myeloperoxidase, and ceruloplasmin: Complementary gearwheels cranking physiological and pathological processes," BioMetals, vol. 27, no. 5, pp. 815-828, 2014.

[93] S. J. Klebanoff, "Myeloperoxidase: friend and foe," J. Leukoc. Biol., vol. 77, no. 5, pp. 598-625, 2005.

[94] I. I. Vlasova, A. V. Sokolov, and J. Arnhold, "The free amino acid tyrosine enhances the chlorinating activity of human myeloperoxidase," J. Inorg. Biochem., vol. 106, no. 1, pp. 76-83, 2012.

[95] L. Kubala et al., "The potentiation of myeloperoxidase activity by the glycosaminoglycan- dependent binding of myeloperoxidase to proteins of the extracellular matrix," Biochim. Biophys. Acta - Gen. Subj., vol. 1830, no. 10, pp. 4524-4536, 2013.

[96] P. Bielli and L. Calabrese, "Structure to function relationships in ceruloplasmin: A 'moonlighting' protein," Cell. Mol. Life Sci., vol. 59, no. 9, pp. 1413-1427, 2002.

[97] M. Segelmark, B. Persson, T. Hellmark, and J. Wieslander, "Binding and inhibition of myeloperoxidase (MPO): A major function of ceruloplasmin?," Clin.

Exp. Immunol., vol. 108, no. 1, pp. 167-174, 1997.

[98] Y. S. Park, K. Suzuki, S. Mumby, N. Taniguchi, and J. M. C. Gutteridge, "Antioxidant binding of caeruloplasmin to myeloperoxidase: Myeloperoxidase is inhibited, but oxidase, peroxidase and immunoreactive properties of caeruloplasmin remain intact," Free Radic. Res., vol. 33, no. 3, pp. 261-265, 2000.

[99] V. R. Samygina et al., "Ceruloplasmin: Macromolecular Assemblies with Iron-Containing Acute Phase Proteins," PLoS One, vol. 8, no. 7, 2013.

[100] J. D. Gitlin, "Transcriptional regulation of ceruloplasmin gene expression during inflammation," J. Biol. Chem., vol. 263, no. 13, pp. 6281-6287, 1988.

[101] A. V. Sokolov et al., "Interaction of ceruloplasmin, lactoferrin, and myeloperoxidase," Biochem., vol. 72, no. 4, pp. 409-415, 2007.

[102] A. Sabatucci et al., "Structural Characterization of the Ceruloplasmin: Lactoferrin Complex in Solution," J. Mol. Biol., vol. 371, no. 4, pp. 1038-1046, 2007.

[103] K. N. White et al., "The transfer of iron between ceruloplasmin and transferrins," Biochim. Biophys. Acta - Gen. Subj., vol. 1820, no. 3, pp. 411-416, 2012.

[104] A. V. Sokolov, I. V. Voynova, V. A. Kostevich, A. Y. Vlasenko, E. T. Zakharova, and V. B. Vasilyev, "Comparison of interaction between ceruloplasmin and lactoferrin/transferrin: to bind or not to bind," Biochem., vol. 82, no. 9, pp. 10731078, 2017.

[105] A. Stylianou, D. Yova, and K. Politopoulos, "Atomic force microscopy quantitative and qualitative nanoscale characterization of collagen thin films," in Emerging Technologies in Non-Destructive Testing V - Proceedings of the 5th Conference on Emerging Technologies in NDT, 2012, pp. 415-420.

[106] D. P. Allison, N. P. Mortensen, C. J. Sullivan, and M. J. Doktycz, "Atomic force microscopy of biological samples," Wiley Interdisciplinary Reviews:

Nanomedicine andNanobiotechnology, vol. 2, no. 6. pp. 618-634, 2010.

[107] N. Gadegaard, "Atomic force microscopy in biology: Technology and techniques," Biotechnic and Histochemistry, vol. 81, no. 2-3. pp. 87-97, 2006.

[108] A. Stylianou and T. Stylianopoulos, "Atomic Force Microscopy Probing of Cancer Cells and Tumor Microenvironment Components," Bionanoscience, vol. 6, no. 1, pp. 33-46, 2016.

[109] A. Stylianou, D. Yova, and E. Alexandratou, "Nanotopography of collagen thin films in correlation with fibroblast response," J. Nanophotonics, vol. 7, no. 1, p. 073590, 2013.

[110] G. Binnig, C. F. Quate, and C. Gerber, "Atomic force microscope," Phys. Rev. Lett., vol. 56, no. 9, pp. 930-933, 1986.

[111] V. J. Morris, A. R. Kirby, and A. P. Gunning, Atomic Force Microscopy for Biologists. 1999.

[112] A. Stylianou, D. Yova, E. Alexandratou, and A. Petri, "Atomic force imaging microscopy investigation of the interaction of ultraviolet radiation with collagen thin films," in Nanoscale Imaging, Sensing, and Actuation for Biomedical Applications X, 2013, vol. 8594, p. 85940E.

[113] A. Bergmann et al., "A low-cost AFM setup with an interferometer for undergraduates and secondary-school students," Eur. J. Phys., vol. 34, no. 4, pp. 901-914, 2013.

[114] S. Getfert and P. Reimann, "Hidden multiple bond effects in dynamic force spectroscopy," Biophys. J., vol. 102, no. 5, pp. 1184-1193, 2012.

[115] A. Stylianou, S. V. Kontomaris, C. Grant, and E. Alexandratou, "Atomic force microscopy on biological materials related to pathological conditions," Scanning, vol. 2019, 2019.

[116] M. Minary-Jolandan and M. F. Yu, "Nanomechanical heterogeneity in the gap and

overlap regions of type I collagen fibrils with implications for bone heterogeneity," Biomacromolecules, vol. 10, no. 9, pp. 2565-2570, 2009.

[117] F. M. Ohnesorge, "Towards atomic resolution non-contact dynamic force microscopy in a liquid," Surf. Interface Anal., vol. 27, no. 5, pp. 379-385, 1999.

[118] W. C. Oliver and G. M. Pharr, "Measurement of hardness and elastic modulus by instrumented indentation: Advances in understanding and refinements to methodology," J. Mater. Res., vol. 19, no. 1, pp. 3-20, 2004.

[119] M. Stolz et al., "Early detection of aging cartilage and osteoarthritis in mice and patient samples using atomic force microscopy," Nat. Nanotechnol., vol. 4, no. 3, pp. 186-192, 2009.

[120] M. Stolz, R. Raiteri, A. U. Daniels, M. R. VanLandingham, W. Baschong, and U. Aebi, "Dynamic Elastic Modulus of Porcine Articular Cartilage Determined at Two Different Levels of Tissue Organization by Indentation-Type Atomic Force Microscopy," Biophys. J., vol. 86, no. 5, pp. 3269-3283, 2004.

[121] C. Braunsmann, J. Seifert, J. Rheinlaender, and T. E. Schâffer, "High-speed force mapping on living cells with a small cantilever atomic force microscope," Rev. Sci. Instrum., vol. 85, no. 7, 2014.

[122] S. V. Kontomaris, D. Yova, A. Stylianou, and G. Balogiannis, "The effects of UV irradiation on collagen D-band revealed by atomic force microscopy," Scanning, vol. 37, no. 2, pp. 101-111, 2015.

[123] S. V. Kontomaris, A. Stylianou, D. Yova, and K. Politopoulos, "Mechanical properties of collagen fibrils on thin films by Atomic Force Microscopy nanoindentation," in IEEE 12th International Conference on BioInformatics and BioEngineering, BIBE 2012, 2012, pp. 608-613.

[124] S.-V. Kontomaris, D. Yova, A. Stylianou, and K. Politopoulos, "The Significance of the Percentage Differences of Young's Modulus in the AFM Nanoindentation

Procedure," Micro Nanosyst., vol. 7, no. 2, pp. 86-97, 2015.

[125] A. Stylianou, S. Kontomaris, and D. Yova, "Assessing Collagen Nanoscale Thin Films Heterogeneity by AFM Multimode Imaging and Nanoindetation for NanoBioMedical Applications," Micro Nanosyst., vol. 6, no. 2, pp. 95-102, 2014.

[126] D. Kirmizis and S. Logothetidis, "Atomic force microscopy probing in the measurement of cell mechanics," International Journal of Nanomedicine, vol. 5, no. 1. pp. 137-145, 2010.

[127] A. Stylianou and D. Yova, "Surface nanoscale imaging of collagen thin films by Atomic Force Microscopy," Mater. Sci. Eng. C, vol. 33, no. 5, pp. 2947-2957, 2013.

[128] S. Habelitz, M. Balooch, S. J. Marshall, G. Balooch, and G. W. Marshall, "In situ atomic force microscopy of partially demineralized human dentin collagen fibrils," J. Struct. Biol., vol. 138, no. 3, pp. 227-236, 2002.

[129] E. I. Altman, M. Z. Baykara, and U. D. Schwarz, "Noncontact Atomic Force Microscopy: An Emerging Tool for Fundamental Catalysis Research," Acc. Chem. Res., vol. 48, no. 9, pp. 2640-2648, 2015.

[130] D. V. Klinov et al., "High resolution mapping DNAs by R-loop atomic force microscopy," Nucleic Acids Res., vol. 26, no. 20, pp. 4603-4610, 1998.

[131] D. Klinov, B. Dwir, E. Kapon, N. Borovok, T. Molotsky, and A. Kotlyar, "Highresolution atomic force microscopy of duplex and triplex DNA molecules," Nanotechnology, vol. 18, no. 22, 2007.

[132] R. C. Williams, "Morphology of bovine fibrinogen monomers and fibrin oligomers," J. Mol. Biol., vol. 150, no. 3, pp. 399-408, 1981.

[133] R. C. Williams, "Band patterns seen by electron microscopy in ordered arrays of bovine and human fibrinogen and fibrin after negative staining," Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., vol. 80, no. 6 I, pp. 1570-1573, 1983.

[134] H. S. Slayter, "Electron Microscopic Studies of Fibrinogen Structure: Historical Perspectives and Recent Experiments," Ann. N. Y. Acad. Sci., vol. 408, no. 1, pp. 131-145, 1983.

[135] I. Pechik, J. Madrazo, M. W. Mosesson, I. Hernandez, G. L. Gilliland, and L. Medved, "Crystal structure of the complex between thrombin and the central 'E' region of fibrin," Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., vol. 101, no. 9, pp. 2718-2723, 2004.

[136] S. A. Olexa and A. Z. Budzynski, "Effects of Fibrinopeptide Cleavage on the Plasmic Degradation Pathways of Human Cross-Linked Fibrin," Biochemistry, vol. 19, no. 4, pp. 647-651, 1980.

[137] V. C. Yee et al., "Crystal structure of a 30 kDA C-terminal fragment from the y chain of human fibrinogen," Structure, vol. 5, no. 1, pp. 125-138, 1997.

[138] W. E. Fowler, R. R. Hantgan, J. Hermans, and H. P. Erickson, "Structure of the fibrin protofibril," Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., vol. 78, no. 8 I, pp. 4872-4876, 1981.

[139] I. Pechik, S. Yakovlev, M. W. Mosesson, G. L. Gilliland, and L. Medved, "Structural basis for sequential cleavage of fibrinopeptides upon fibrin assembly," Biochemistry, vol. 45, no. 11, pp. 3588-3597, 2006.

[140] E. B. Hunziker, P. W. Straub, and A. Haeberli, "A new concept of fibrin formation based upon the linear growth of interlacing and branching polymers and molecular alignment into interlocked single-stranded segments," J. Biol. Chem., vol. 265, no. 13, pp. 7455-7463, 1990.

[141] M. Guthold et al., "Visualization and mechanical manipulations of individual fibrin fibers suggest that fiber cross section has fractal dimension 1.3," Biophys. J., vol. 87, no. 6, pp. 4226-4236, 2004.

[142] M. Guthold et al., "A comparison of the mechanical and structural properties of

fibrin fibers with other protein fibers," Cell Biochem. Biophys., vol. 49, no. 3, pp. 165-181, 2007.

[143] M. Rocco et al., "A comprehensive mechanism of fibrin network formation involving early branching and delayed single- to double-strand transition from coupled time-resolved X-ray/Light-scattering detection," J. Am. Chem. Soc., vol. 136, no. 14, pp. 5376-5384, 2014.

[144] D. Klinov and S. Magonov, "True molecular resolution in tapping-mode atomic force microscopy with high-resolution probes," Appl. Phys. Lett., vol. 84, no. 14, pp. 2697-2699, 2004.

[145] V. V. Prokhorov, D. V. Klinov, A. A. Chinarev, A. B. Tuzikov, I. V. Gorokhova, and N. V. Bovin, "High-resolution atomic force microscopy study of hexaglycylamide epitaxial structures on graphite," Langmuir, vol. 27, no. 10, pp. 5879-5890, 2011.

[146] J. Tatur, W. R. Hagen, and P. M. Matias, "Crystal structure of the ferritin from the hyperthermophilic archaeal anaerobe Pyrococcus furiosus," J. Biol. Inorg. Chem., vol. 12, no. 5, pp. 615-630, 2007.

[147] D. C. Carter and J. X. Ho, "Structure of serum albumin," Advances in Protein Chemistry, vol. 45, no. C. pp. 153-176, 1994.

[148] A. P. Quist, L. P. Bjorck, C. T. Reimann, S. O. Oscarsson, and B. U. R. Sundqvist, "A scanning force microscopy study of human serum albumin and porcine pancreas trypsin adsorption on mica surfaces," Surf. Sci., vol. 325, no. 1-2, pp. L406-L412, 1995.

[149] B. Jachimska, K. Tokarczyk, M. Lapczynska, A. Puciul-Malinowska, and S. Zapotoczny, "Structure of bovine serum albumin adsorbed on silica investigated by quartz crystal microbalance," Colloids Surfaces A Physicochem. Eng. Asp., vol. 489, pp. 163-172, 2016.

[150] N. H. Thomson, "The substructure of immunoglobulin G resolved to 25 kDa using amplitude modulation AFM in air," Ultramicroscopy, vol. 105, no. 1-4, pp. 103110, 2005.

[151] F. Ganazzoli and G. Raffaini, "Computer simulation of polypeptide adsorption on model biomaterials," Phys. Chem. Chem. Phys., vol. 7, no. 21, pp. 3651-3663, 2005.

[152] G. Raffaini and F. Ganazzoli, "Protein adsorption on a hydrophobic surface: A molecular dynamics study of lysozyme on graphite," Langmuir, vol. 26, no. 8, pp. 5679-5689, 2010.

[153] T. Wei, M. A. Carignano, and I. Szleifer, "Lysozyme adsorption on polyethylene surfaces: Why are long simulations needed?," Langmuir, vol. 27, no. 19, pp. 12074-12081, 2011.

[154] S. L. Daniels, J. N. Ngunjiri, and J. C. Garno, "Investigation of the magnetic properties of ferritin by AFM imaging with magnetic sample modulation," Anal. Bioanal. Chem., vol. 394, no. 1, pp. 215-223, 2009.

[155] A. D. Protopopova et al., "Morphometric characterization of fibrinogen's ac regions and their role in fibrin self-assembly and molecular organization," Nanoscale, vol. 9, no. 36, pp. 13707-13716, 2017.

[156] M. Bergkvist, J. Carlsson, and S. Oscarsson, "Surface-dependent conformations of human plasma fibronectin adsorbed to silica, mica, and hydrophobic surfaces, studied with use of Atomic Force Microscopy," J. Biomed. Mater. Res. - Part A, vol. 64, no. 2, pp. 349-356, 2003.

[157] L. C. Serpell, M. Benson, J. J. Liepnieks, and P. E. Fraser, "Structural analyses of fibrinogen amyloid fibrils," Amyloid, vol. 14, no. 3, pp. 199-203, 2007.

[158] N. Hassan, L. R. S. Barbosa, R. Itri, and J. M. Ruso, "Fibrinogen stability under surfactant interaction," J. Colloid Interface Sci., vol. 362, no. 1, pp. 118-126,

2011.

[159] P. L. Privalov and L. V. Medved', "Domains in the fibrinogen molecule," J. Mol. Biol., vol. 159, no. 4, pp. 665-683, 1982.

[160] A. Zhmurov et al., "Structural Basis of Interfacial Flexibility in Fibrin Oligomers," Structure, vol. 24, no. 11, pp. 1907-1917, 2016.

[161] N. A. Barinov, V. V. Prokhorov, E. V. Dubrovin, and D. V. Klinov, "AFM visualization at a single-molecule level of denaturated states of proteins on graphite," Colloids Surfaces B Biointerfaces, vol. 146, pp. 777-784, 2016.

[162] M. E. Fuentes-Perez, M. S. Dillingham, and F. Moreno-Herrero, "AFM volumetric methods for the characterization of proteins and nucleic acids," Methods, vol. 60, no. 2, pp. 113-121, 2013.

[163] M. B. Viani et al., "Probing protein-protein interactions in real time," Nat. Struct. Biol., vol. 7, no. 8, pp. 644-647, 2000.

[164] O. N. Koroleva, E. V. Dubrovin, I. V. Yaminsky, and V. L. Drutsa, "Effect of DNA bending on transcriptional interference in the systems of closely spaced convergent promoters," Biochim. Biophys. Acta - Gen. Subj., vol. 1860, no. 10, pp. 2086-2096, 2016.

[165] E. V. Dubrovin, M. Schâchtele, D. V. Klinov, and T. E. Schâffer, "Time-Lapse Single-Biomolecule Atomic Force Microscopy Investigation on Modified Graphite in Solution," Langmuir, vol. 33, no. 38, pp. 10027-10034, 2017.

[166] M. Pfreundschuh, D. Martinez-Martin, E. Mulvihill, S. Wegmann, and D. J. Muller, "Multiparametric high-resolution imaging of native proteins by force-distance curve-based AFM," Nat. Protoc., vol. 9, no. 5, pp. 1113-1130, 2014.

[167] S. Ido, H. Kimiya, K. Kobayashi, H. Kominami, K. Matsushige, and H. Yamada, "Immunoactive two-dimensional self-assembly of monoclonal antibodies in aqueous solution revealed by atomic force microscopy," Nat. Mater., vol. 13, no.

3, pp. 264-270, 2014.

[168] A. V. Sokolov, V. A. Kostevich, D. N. Romanico, E. T. Zakharova, and V. B. Vasilyev, "Two-stage method for purification of ceruloplasmin based on its interaction with neomycin," Biochem., vol. 77, no. 6, pp. 631-638, 2012.

[169] E. A. Golenkina, G. M. Viryasova, S. I. Galkina, T. V. Gaponova, G. F. Sud'ina, and A. V. Sokolov, "Fine regulation of neutrophil oxidative status and apoptosis by ceruloplasmin and its derivatives," Cells, vol. 7, no. 1, p. 8, 2018.

[170] N. V Bovin and D. V Klinov, "Method for Modifying Hydrophobic Surfaces, WO2007011262A3," 2007.

[171] D. V Klinov and N. V Bovin, "Method of Modification of the Hydrophobic Surfaces, 2305592," 2007.

[172] N. A. Barinov, A. D. Protopopova, E. V. Dubrovin, and D. V. Klinov, "Thermal denaturation of fibrinogen visualized by single-molecule atomic force microscopy," Colloids Surfaces B Biointerfaces, vol. 167, pp. 370-376, 2018.

[173] S. Santos and N. H. Thomson, "High resolution imaging of immunoglobulin g antibodies and other biomolecules using amplitude modulation atomic force microscopy in air," Methods in Molecular Biology, vol. 736. pp. 61-79, 2011.

[174] R. Fenna, J. Zeng, and C. Davey, "Structure of the Green Heme in Myeloperoxidase," Arch. Biochem. Biophys., vol. 316, no. 1, pp. 653-656, 1995.

[175] I. Bento, C. Peixoto, V. N. Zaitsev, and P. F. Lindley, "Ceruloplasmin revisited: Structural and functional roles of various metal cation-binding sites," Acta Crystallogr. Sect. D Biol. Crystallogr., vol. 63, no. 2, pp. 240-248, 2007.

[176] V. R. Samygina, A. V. Sokolov, M. O. Pulina, H. D. Bartunik, and V. B. Vasil'ev, "X-ray diffraction study of highly purified human ceruloplasmin," Crystallogr. Reports, vol. 53, no. 4, pp. 655-662, 2008.

[177] I. B. Kingston, B. L. Kingston, and F. W. Putnam, "Chemical evidence that

proteolytic cleavage causes the heterogeneity present in human ceruloplasmin preparations.," Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., vol. 74, no. 12, pp. 5377-5381, 1977.

[178] A. V. Sokolov et al., "Thrombin inhibits the anti-myeloperoxidase and ferroxidase functions of ceruloplasmin: relevance in rheumatoid arthritis," Free Radic. Biol. Med., vol. 86, pp. 279-294, 2015.

[179] H. M. Baker, C. J. Baker, C. A. Smith, and E. N. Baker, "Metal substitution in transferrins: Specific binding of cerium(IV) revealed by the crystal structure of cerium-substituted human lactoferrin," J. Biol. Inorg. Chem., vol. 5, no. 6, pp. 692-698, 2000.

[180] S. Santos, V. Barcons, H. K. Christenson, J. Font, and N. H. Thomson, "The intrinsic resolution limit in the atomic force microscope: Implications for heights of nano-scale features," PLoS One, vol. 6, no. 8, 2011.

Список публикаций по теме диссертации:

1. Protopopova A.D.,Barinov N.A.,Zavyalova E.G,Kopylov A.M.,Sergienko V.I.,Klinov D.V., «Visualization of fibrinogen aC regions and their arrangement during fibrin network formation by high-resolution AFM», Journal of Thrombosis and Haemostasis, vol. 13, no. 4, pp. 570 - 5791, April 2015.

2. Barinov N.A.,Prokhorov V.V.,Dubrovin E.V.,Klinov D.V., «AFM visualization at a single-molecule level of denaturated states of proteins on graphite», Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, vol.146, pp. 777 - 7841, October 2016.

3. Barinov N.A.,Protopopova A.D.,,Dubrovin E.V., ,Klinov D.V., «Thermal denaturation of fibrinogen visualized by single-molecule atomic force microscopy», Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, vol 167, pp. 370 - 3761, July 2018.

4. Barinov N.A.,Vlasova I.I.,Sokolov A.V., Kostevich V.A., ,Dubrovin E.V.,,Klinov D.V., «High-resolution atomic force microscopy visualization of metalloproteins and their complexes», Biochimica et Biophysica Acta - General Subjects, vol 1862, no 12, pp. 2862 - 2868, December 2018

5. D. Klinov, N. Barinov, E. Dubrovin, "The loss of the tertiary structure of fibrinogen induced by the external factors", FEBS Open Bio, Volume 8 Supplement 1 July 2018

6. E. V. Dubrovin, N. A. Barinov, I. I. Vlasova, A. V. Sokolov, D. V. Klinov, "Atomic force microscopy visualization of metalloprotein complexes", FEBS Open Bio, Volume 8 Supplement 1 July 2018

7. E. Dubrovin, N. Barinov, T. Schâffer, D. Klinov, "Time-lapse single-molecule atomic force microscopy investigation of fibrinogen unfolding on graphitic surfaces", European Biophysics Journal, July 2019, 48, Suppl 1.

8. N. Barinov, E. Dubrovin, I. Vlasova, D. Klinov, "High resolution atomic force microscopy investigation of myeloperoxidase interaction with blood proteins", European Biophysics Journal, July 2019, 48, Suppl 1.