Пространственное строение амилоидогенных Aβ пептидов и их комплексов с модельными мембранами в растоворах методами спектроскопии ЯМР тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.07, кандидат наук Усачев, Константин Сергеевич

• Усачев, Константин Сергеевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Усачев, Константин Сергеевич

Оглавление

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Двумерная спектроскопия ЯМР

1.2. Гомоядерные корреляционные эксперименты

1.2.1. Эксперимент COSY

1.2.2. Эксперимент TOCSY

1.3. Инверсные гетероядерные корреляционные эксперименты

1.3.1. HMQC эксперимент

1.3.2. HSQC эксперимент

1.3.3. HSQC-HECADE эксперимент

1.4. Ядерный эффект Оверхаузера. NOESY спектроскопия

1.5. Спектроскопия ЯМР ориентированных молекул в лиотропных жидкокристаллических средах

1.6. Расчёты структуры молекул методом молекулярной динамики

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Объекты исследования

2.2. Методы исследования

3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

3.1. Строение и свойства белков. Амилоидогенные Ар пептиды

3.2. Мицеллы на основе додецилсульфата натрия

3.3. Пептид АР16-22

3.3.1. Структура пептида APi6-22 в растворе

3.3.2. Структура пептида АР16-22 в комплексе с мицеллами ДСН

3.4.1. Структура пептида АР13-23 в растворе

3.4.2. Структура пептида Архз.гз в комплексе с мицеллами ДСН

3.5. Пептид АРю-зз

3.5.1. Структура пептида Aß10-35 в растворе

3.5.2. Структура пептида Арю.35 в комплексе с мицеллами ДСН

3.6. Бета-амилоид Aßi-40

3.6.1. Структура бета-амилоида Aß^o в растворе

3.6.2. Структура бета-амилоида Aßi^0 в комплексе с мицеллами ДСН

3.7. Бета-амилоид arc-AßMo (E22G)

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

БЛАГОДАРНОСТИ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ БА - болезнь Альцгеймера

ПБА - белок-предшественник бета-амилоида (в английском варианте amyloid precursor protein, АРР)

ДДВ - диполь-дипольное взаимодействие

ДСН - додецилсульфат натрия

ИП - импульсная последовательность

ККМ - критическая концентрация образования мицелл

КССВ - константа спин-спинового взаимодействия

ММ - молекулярная масса

м.д. — миллионная доля (единица измерения химического сдвига) ПАВ - поверхностно-активные вещества ССВ - спин-спиновое взаимодействие ССИ - спад свободной индукции

ХС - химический сдвиг (в английском варианте Chemical Shift Index, CSI) ЯМР - ядерный магнитный резонанс ЯЭО - ядерный эффект Оверхаузера

ID, 2D, 3D - одномерный, двумерный (об экспериментах), трехмерная (о структуре)

BIRD - Bilinear Rotation pulse (развязка билинейным вращением) COSY - Correlation Spectroscopy (корреляционная спектроскопия) CW - continuous wave (метод непрерывного облучения) НМВС - Heteronuclear Multiple Bond Correlation (гетероядерный корреляционный метод, основанный на мультиквантовых переходах)

HSQC - Heteronuclear Single Quantum Coherence Spectroscopy (гетероядерный корреляционный метод, основанный на одноквантовых переходах)

HSQC-HECADE - Heteronuclear Couplings from ASSCI-domain experiments with E.COSY-type crosspeaks)

IUPAC - International Union of Pure and Applied Chemistry (Международный союз теоретической и прикладной химии)

IUBMB - International Union of Biochemistry and Molecular Biology (Международный союз биохимии и молекулярной биологии)

NOESY - Nuclear Overhauser Effect Spectroscopy (спектроскопия ядерного эффекта Оверхаузера)

PDB - Protein Data Bank (текстовой формат описания трехмерных структур молекул хранящихся в Protein Data Bank)

TOCSY - TOtal Correlation SpectroscopY (полная корреляционная спектроскопия)

Л,

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Пространственное строение амилоидогенных Aβ пептидов и их комплексов с модельными мембранами в растоворах методами спектроскопии ЯМР»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Одним из наиболее эффективных методов изучения структуры биологических макромолекул в растворе является спектроскопия ЯМР высокого разрешения. Традиционно исследования пространственного строения органических соединений в растворах основаны на использовании современных подходов в ЯМР, таких как двумерная ЯМР ЫОЕ8У спектроскопия (спектроскопия ядерного эффекта Оверхаузера), которая позволяет определять межпротонные расстояния между магнитными ядрами, отстоящими друг от друга на расстоянии до 5 А; а так же гетероядерная корреляционная спектроскопия (!Н-13С ШСЮ, гН-15К шею, 1И-]3С НМВС и др.), позволяющая регистрировать такие ЯМР параметры как константы остаточного диполь-дипольного взаимодействия (ОДДВ) 'Бен, которые в свою очередь несут информацию об углах между вектором внешнего магнитного поля и направлением С-Н связей. Современные расчетные методы позволяют на основе полученных данных из экспериментов ЯМР определять конформации и геометрические параметры (координаты атомов в рёЬ формате) исследуемых соединений.

Болезнь Альцгеймера (также сенильная деменция альцгеймеровского типа) — неизлечимое нейродегенеративное заболевание, характеризующееся накоплением Р-амилоидных бляшек и нейрофибриллярных клубков в тканях головного мозга [1-18]. Бляшки состоят из фибрилл, образованных в результате агрегации малых пептидов длиной в 39-43 аминокислотных остатков, именуемых амилоидными Ар-пептидами [19-23]. Эти пептиды являются продуктом энзиматического расщепления более крупного белка-предшественника - АРР [24, 25] (Рисунок 1). Этот трансмембранный белок играет важную роль в росте нейрона, его выживании и восстановлении после повреждений. В свою очередь, Ар-пептиды, как полагают, участвуют в механизмах иммунной защиты [26-28].

Энзиматическое расщепление

белка АРР ------------------

Энзиматическое расщепление белка АРР (Amyloid Precursor Protein) при болезни Апьцгеймера

Олигомерные образования

Мутации PSEN1/PSEN2

Цитоплазма

Увеличивают активность у-секретазы

Рисунок 1. Схема развития болезни Альцгеймера и образования фибрильных

Нейротоксичное действие Ар пептидов проявляется в результате их взаимодействия с клеточной мембраной [29, 30]. Предполагается, что Ар пептиды непосредственно нарушают работу мембран нейронов вызывая образование пор, что приводит к изменениям ионного гомеостаза. Отсюда описание пространственного строения комплекса «Ар пептид-мембрана», также как и строение Ар пептидов в растворе, позволит подойти к пониманию механизмов протекающих на поверхности клеток, что может дать возможность поиска лекарственных препаратов, ингибирующих образование сенильных бляшек.

В качестве объектов исследования были выбраны следующе пептиды (аминокислотные последовательности в общепринятых буквенных кодах, соответствующих номенклатуре ШРАС/ШВМВ приведены на рисунке 2): бета-амилоид АРмо; бета-амилоид агс-АРмо(Е22СЗ), для которого известно, что точечная мутация в позиции Е22 ускоряет процессы олигомеризации Ар пептидов и образования фибрилл и приводит к развитию БА в более раннем возрасте (52-57 лет) [31-33]. А также активные фрагменты АРмо' Ар10-з5 (Рисунок 2), в состав которого входит центральный гидрофобный кластер Ар пептида, который

нитей

содержит сайты связывания холестерина, аполипопротеинов (ароЕ) и алкоголь дегидрогеназы (ABAD) (участок с V12 по D23 аминокислотные остатки), а также содержит область аминокислотной последовательности с высокой степенью сродства с энзимами и каталазами (I31-M35) [34]; Api3_23 (Рисунок 2), который, как предполагается, является самостоятельным сайтом связывания олигомеров, а также содержит предполагаемый центр агрегации [35]; АР16-22 (Рисунок 2), который, как предполагается, является центром агрегации Ар пептидов [36].

1 10 20 30 40

A|3I-4O DAEFRHDSGYEVHHQKLVFFAEDVGSNKGAIIGLMVGGW arc-APi-40 (E22G) DAEFRHDSGYEVHHQKLVFFAGDVGSNKGAIIGLMVGGW

а(3ю-з5 Vevhhqklvffaedvgsnkgaiiglm ;

api3-23 :hhqklvffaed!

аз16-22 klvffaé

Рисунок 2. Аминокислотные последовательности исследованных пептидов в общепринятых буквенных кодах соответствующих номенклатуре IUPAC/IUBMB.

В качестве модели заряженной поверхности биологической мембраны использовались мицеллы додецилсульфата натрия (ДСН, Ci2H250S03Na).

Целью настоящей работы являлось определение пространственной структуры Ар пептидов с нативным содержанием изотопов и их комплексов с модельными биологическими мембранами в растворе методами спектроскопии ядерного магнитного резонанса высокого разрешения, включая двумерные. Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. определение конформации и геометрических параметров (координаты атомов в pdb формате) пептидов в растворе с мицеллами ДСН методом двумерной спектроскопии ЯМР высокого разрешения;

2. выявление участков аминокислотной последовательности, отвечающих за комплексообразование с модельной мембраной;

3. построение модели комплекса «пептид-поверхность модельной мембраны» на основе полученных экспериментальных данных.

Методы исследования. При решении поставленных задач использовались методы двумерных гомо- и гетероядерных экспериментов ЯМР в различных растворителях и средах, а также теоретическое моделирование молекулярной структуры. Регистрацию 1D и 2D ^Н^Н, 'Н-|3С) спектров ЯМР проводили на ЯМР спектрометре AVANCE И-500 (Bruker) (500 МГц (1Н), 125,76 МГц (13С)) при температуре 293 К. Отнесения сигналов в спектрах ЯМР *Н проводилось с помощью стандартной методики на основе 2D 'H-1!! TOC S Y и ^Н NOESY

1 л 1 t о

спектроскопии; сигналы ядер С были отнесены посредством 2D Н- С HSQC

экспериментов. Полученные экспериментальные данные о межпротонных

расстояниях использовались в качестве входных данных для расчета

пространственной структуры пептидов методом молекулярной динамики в программе Xplor-NIH [37].

На защиту выносятся положения, сформулированные в выводах

Научная новизна:

1. На основе экспериментальных данных ЯМР спектроскопии высокого разрешения установлено наличие вторичной структуры в виде Зю-спирали для Ар пептидов: Api6.22, АР13-23, Ap10.3s и arc-АРмо (E22G) в растворе с мицеллами ДСН.

2. Определено положение Ар пептидов на поверхности мицеллы ДСН, предложена модель комплекса «пептид-поверхность биологической мембраны».

3. Установлено, что процесс комплексообразования пептида с мицеллой происходит посредством аминокислотных остатков L17, F19, F20 и G29-М35.

4. Впервые получена пространственная структура пептида агс-АРыо (Е22С) в растворе ДСН. Установлено, что точечная мутация в аминокислотной последовательности в позиции Е22 ведет к изменению во вторичной структуре Ар пептида в области с 13 по 23 аминокислотного остатка, и к тому, что данная область перестает участвовать в процессе комплексообразования пептида с мицеллой ДСН.

5. Полученные данные о пространственном строении Ар пептидов в связанном с модельной биологической мембраной состоянии позволяют строить обоснованные модели того, как молекула бета-амилоида может размещаться в клеточной мембране и взаимодействовать с другими молекулами, такими, как интегральные белки. Взаимодействие Ар пептидов с поверхностью модельной мембраны посредством образования Зю спиралей, может являться подтверждением механизма образования пор, нарушающих работу мембран нейронов.

Обоснованность и достоверность результатов подтверждается: согласием с другими исследованиями, проводимыми в этом направлении с помощью других подходов в спектроскопии ЯМР (например, подход, основанный на использовании парамагнитных агентов в экспериментах ЯМР); использованием современного ЯМР оборудования и программного обеспечения; методик, адекватных задачам исследования.

Научная и практическая ценность:

Установленные спектральные параметры ЯМР и измеренные межпротонные расстояния в изученных соединениях могут быть использованы в качестве справочного материала. Координаты атомов (в рс1Ь формате), входящих в состав изученных пептидов, определенные путем анализа экспериментальных значений межпротонных расстояний могут быть использованы при сравнении с координатами атомов аналогичных аминокислотных последовательностей (в частном случае фрагментов цепей полипептидов).

Полученные данные о пространственном строении Aß пептидов в связанном с модельной биологической мембраной состоянии позволяют строить обоснованные модели того, как молекула бета-амилоида может размещаться в клеточной мембране и взаимодействовать с другими молекулами, такими, как интегральные белки.

Личный вклад автора. Участие при постановке целей и задач исследования. Регистрация одно- и двумерных спектров ЯМР, написание статей по теме проведенных исследований. Автору принадлежат результаты интерпретации спектров ЯМР (информация о геометрии исследованных соединений) и результаты компьютерного моделирования молекулярных структур.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих российских и международных семинарах и конференциях: Итоговые конференции Казанского (Приволжского) федерального университета (г. Казань, 2010, 2012); V Всероссийская конференция "Новые достижения ЯМР в структурных исследованиях" (г. Казань, 2011); III Региональная научно-практическая конференция с международным участием «Синтез и перспективы использования новых биологически активных соединений» (г. Казань, 2011); II международный симпозиум КФУ - РИКЕН, посвященный междисциплинарным исследованиям (г. Казань, 2012); конкурс на соискание именных стипендий мэра г. Казани (г. Казань, 2012).

Диссертационная работа выполнена в лаборатории ЯМР Института Физики Казанского (Приволжского) Федерального Университета. Работа на отдельных этапах поддерживалась грантами РФФИ (09-03-00077а), Министерства образования и науки РТ (12-03-97040), Министерства образования и науки РФ (К(П)ФУ, 2.2792.2011), ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (02.740.11.0702).

Изученные в работе соединения синтезированы в лаборатории пептидного синтеза, отделения химии поверхностных явлений, технического университета

Лулео под руководством доктора физико-математических наук Филиппова A.B. (Luleä University of Technology, Luleä, SE-91187, Sweden).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 4 работы в реферируемых научных журналах, рекомендованных ВАК.

Объем и структура работы.

Диссертация изложена на 161 (включая 28 страниц приложения) страницах машинописного текста и содержит 64 рисунка, 20 таблиц; включает введение, три главы, основные результаты и выводы, список литературы из 131 наименования.

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулирована цель, приведены методы и объекты исследования, научная новизна и практическая значимость полученных результатов, представлены выносимые на защиту научные положения.

Первая глава представляет собой литературный обзор и состоит из шести частей. Вначале обсуждаются принципы двумерной спектроскопии ЯМР. Описано понятие переноса когерентности в корреляционных экспериментах. Далее рассмотрено теоретическое обоснование гомоядерных корреляционных экспериментов COSY и TOCSY, приведен алгоритм последовательного приписания сигналов в двумерных спектрах от ядер различных групп. Затем рассмотрены инверсные гетероядерные корреляционные эксперименты HMQC, HSQC, HSQC-HECADE. Обсуждаются возможности и ограничения гетероядерных корреляционных экспериментов для обнаружения связи между протонами и ядрами с низким природным содержанием и малым гиромагнитным отношением (13С). Следующая часть посвящена описанию ядерного эффекта Оверхаузера и NOESY спектроскопии. Описаны возможности и ограничения метода для регистрации межатомных расстояний между протонами различных групп молекулы. В последней части рассмотрена спектроскопия ЯМР ориентированных молекул в лиотропных жидкостях. Проведен анализ литературы, касающийся использования ориентированных сред для установления пространственной структуры молекул в растворе. В шестой части приведены

некоторые теоретические аспекты расчетов структуры молекул методом молекулярной динамики. Проведен анализ литературы, касающийся расчетов структуры биологических макромолекул указанным методом.

Во второй главе описаны объекты и методы исследования. Приведено описание процесса приготовления образцов для ЯМР исследований, а так же описаны параметры экспериментов ЯМР и расчетов пространственной структуры исследуемых молекул.

Третья глава посвящена результатам и обсуждению исследования пространственной структуры Ар пептидов и их комплексов с мицеллами ДСН в растворах методом ЯМР. Приведен литературный обзор, касающийся строения белков. Обсуждаются некоторые Ар пептиды, участвующие в механизме развития болезни Альцгеймера, а также мицеллы на основе додецилсульфата натрия, использующиеся в качестве модели заряженной поверхности биологической мембраны. Используя подход, основанный на анализе экспериментально полученных межпротонных расстояний с помощью метода молекулярной динамики в программе ХРЬ011-№Н, определены конформации и геометрические параметры (координаты атомов в рс1Ь формате) Ар пептидов Ар1б-22, АР13-23, Арю-35, Арыо, агс-Ар1-4о (Е22в) в растворе с мицеллами ДСН. На основе рассчитанных структур Ар пептидов растворе с мицеллами ДСН были определены участки аминокислотной последовательности, отвечающих за комплексообразование Ар пептидов с модельной мембраной, а также построены модели комплексов: пептид - модель поверхности биологической мембраны (мицеллы на основе ДСН).

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Явление ядерного магнитного резонанса (ЯМР), открытое в 1945 г. Ф. Блохом и Э. Парселлом легло в основу создания нового вида спектроскопии, который в очень короткий срок превратился в один из самых информативный методов исследования молекулярной структуры и динамики молекул, межмолекулярных взаимодействий, механизмов химических реакций и количественного анализа веществ в различных агрегатных состояниях.

Физические основы спектроскопии ЯМР определяются магнитными свойствами атомных ядер. Взаимодействие магнитного ядра с внешним магнитным полем В0 приводит в соответствии с правилами квантовой механики к диаграмме ядерных энергетических уровней, так как магнитная энергия ядра может принимать лишь некоторые дискретные значения Е, - так называемые собственные значения. Этим собственным значениям энергии соответствуют собственные состояния. Они также называются стационарными состояниями. С помощью высокочастотного генератора можно вызвать переходы между собственными состояниями на диаграмме энергетических уровней. Поглощение энергии можно обнаружить, усилить и записать как спектральную линию, или так называемый резонансный сигнал.

Таким образом, можно получить спектр соединения, содержащего атомы с ненулевыми ядерными магнитными моментами. Анализируя спектры ЯМР высокого разрешения можно установить структуру молекул и их свойства.

Появление квантовой механики позволило более точно описать явление ЯМР и открыло пути для дальнейшего развития метода. В соответствии с квантовой теорией угловой момент и ядерный магнитный момент квантуются. Разрешенные значения, или собственные значения, максимальной проекции углового момента на ось 2 произвольно выбранной системы декартовых координат измеряются в единицах й и определяются соотношением:

Ря«Ьт, (1.1)

Здесь т, - магнитное квантовое число, которое характеризует стационарные состояния, или собственные состояния, ядра. Согласно условию квантования;

«/=/,1-1,1-2, ...,-/ (1.2) где I - спиновое квантовое число соответствующего ядра. Полное число возможных собственных значений или энергетических уровней составляет, таким образом, 21 + 1. Для протона спиновое квантовое число равно I - 1/2, и г-компонента его углового момента, которую часто называют спином (Собственные состояния, или стационарные состояния, ядер, поэтому также называют спиновыми состояниями) в соответствие с уравнением (1.1) дается соотношением:

Р2=±Гй (1.3)

Следовательно, протон может находиться только в двух спиновых состояниях, которые характеризуются магнитными квантовыми числами т, = 1/2 и т,=-1/2. Тогда величина проекции магнитного момента на ¿-направление определяется формулой

ц2 = У^пп, =±^й = ±р12 (1.4)

Таким образом, протон можно представить как магнитный диполь л-компонента, которого цг может иметь параллельную или антипараллельную ориентацию относительно положительного направления оси 2 системы координат.

В квантовой механике атомная система описывается волновыми функциями, которые являются решениями уравнения Шредингера. Введем собственные функции аир протона, соответствующие состояниям т, = 1/2 и т, = -1/2. Состояния аир для ядра со спином 1/2 имеют одинаковую энергию, т.е. они вырождены. Это вырождение снимается только в однородном магнитном поле В0 за счет взаимодействия ядерного магнитного момента ¡л с В0.

Зададим направление оси 2 вдоль направления В0, как на рисунке 1.1, тогда разность энергий двух спиновых состояний запишется в виде:

Л£ = 2 м7Вп (1.5)

поскольку энергия магнитного диполя в поле В0 равна ц2В{>шш -ц2В0в зависимости от его ориентации.

а

И/

!П[=+]/2

4

№

\

ш1=-1/2

пц=+1/2

4

/V-

\

\

\

тг-1/2

Рисунок 1.1. а - квантование магнитного момента; б - магнитный момент ядра

(1=1/2) в магнитном поле В0

Расщепление уровней состояний, возникающее при этом, пропорционально В0. Протон будет преимущественно занимать ^-состояние, поскольку энергия этого состояния ниже. Чтобы вызвать переход в состояние с более высокой энергией, необходим, в соответствии с Боровским условием частот \Е = Иу , квант энергии

Лу0=2 ц2В0=уГ1В0 (1.6)

или электромагнитное излучение с частотой

у0 = (у/2я)В0 или со0 = уВ0 (так как со = 2яу) (1.7)

Уравнение (1.7) описывает так называемое условие резонанса, при котором частота излучения точно соответствует энергетической щели. Спектральная линия ядерного магнитного резонанса соответствует переходу, который обозначен стрелкой на рисунке 1.2, а го (ларморова частота) в соответствии с уравнением (1.7) изменяется в зависимости от величины поля В0,

использованного в эксперименте, аналогичный результат можно получить, если изменять частоту при постоянном поле [38-40].

Во-0 Во>0

Рисунок 1.2. Расщепление энергетических уровней протона в магнитном поле

1.1. Двумерная спектроскопия ЯМР

В двумерном ЯМР эксперименте сигнал является функцией двух переменных: времени t] и Ь. Если произвести Фурье преобразования по двум этим величинам, то получится спектр, который является функцией двух частот. В общем виде эксперимент по 20 ЯМР можно представить следующим образом:

эволюция регистрация

Рисунок 1.3. Последовательность 20 эксперимента ЯМР

В первом периоде, который называется подготовительным, на образец действуют один или несколько импульсов. Суммарная намагниченность эволюционирует. Затем следует период, который называется временем смешивания или временем эволюции, он содержит несколько импульсов. После времени смешивания регистрируется сигнал, который является функцией времени /?. Эта последовательность событий называется импульсной последовательностью, свойства которой зависят от подготовительного периода и

времени смешивания. Важно заметить, что сигнал в течение времени не регистрируется.

20 сигнал ЯМР регистрируется следующим путем: вначале ?у выбирается равным нулю, далее идет ИП и записывается ССИ. Затем спиновая система приходит в равновесие. После этого /у выбирается равным Аь ИП повторяется и регистрируется ССИ, который уже отличается от первого. Затем системе вновь дают прийти в равновесие, /у выбирается равным 2Д|, повторяется ИП и вновь регистрируется ССИ. Весь процесс повторяется для /у=ЗДь 4ДЬ и т.д. В итоге, получается набор ССИ, который является функцией зависящей от ь, для каждого значения и [41-44].

Таким образом, 20 ЯМР спектр представляет собой подобие топографической карты, на которой интенсивность пиков представлена контурными линиями (рисунок 1.4.).

Рисунок 1.4. Вид двумерного ЯМР сигнала в спектре

Положение каждого пика определяется двумя координатами (частотами VI и

Рассмотрим диаграмму энергетических уровней системы АХ (рисунок 1.5). Эта система описывает четыре перехода, и соответственно в спектре ЯМР проявляются четыре линии. Каждый из переходов, например Аь соответствует определенной линии в спектре, например линии на частоте уд + (1/2) ./ах, что следует из основных свойств систем первого порядка [38].

Рисунок 1.5. Энергетические уровни АХ системы

Вернемся к ИП для 20 эксперимента (рисунок 1.3). Если второй импульс соответствует л/2, то та часть намагниченности, которая соответствует переходу А|, преобразуется в намагниченность всех других переходов, т.е. в А2, Х1 и Х2 [39]. Некоторая доля намагниченности сохранится и за переходом Аь Таким же образом перераспределятся компоненты для всех других переходов. Это означает, что линия, регистрируемая в течение времени /2, может содержать компоненты своей амплитудной модуляции с частотами, соответствующими положению всех остальных линий по координате Л. Это приведет к появлению кросс-пиков с этими линиями в 20 спектре.

Под действием импульсов в эксперименте "перемешиваются" намагниченности всех переходов: аа—»ар, ар-^рр, рр—>ра, ра-»аа, рр—► аа, ар—► Ра. Первые четыре перехода называются одноквантовыми, так как Аш = 1, где ш -магнитное квантовое число. Т.е. эти переходы удовлетворяют правилам отбора и поэтому они наблюдаемы в спектре. Последние два перехода называются двух- и нуль-квантовыми соответственно. Величина переноса когерентности определяется временем задержки (у между импульсами (рисунок 1.1), константой 3 и длительностью второго импульса. Таким образом, если второй импульс будет 180°, то он перенесет всю фазовую информацию состояния ар на рр, но если второй импульс будет 90°, то перенесется, лишь часть информации. Двух-, нуль-или многоквантовая когерентность могут быть наблюдаемы, если подействовать третьим импульсом, который перенесет эти состояния на одноквантовые переходы. Таким образом, в зависимости от третьего импульса, мы можем

получать интересующую нас когерентность, т.е. если обозначить смещение фазочувствительного фильтра за Ду, тогда для двухквантовой когерентности будет 2Ду, для трех- ЗДу, для /^-квантовой рА\\ В таблице 1.1 приведены значения фазы импульсов в течение подготовительного периода для наблюдения соответствующих величин когерентности:

Таблица 1.1. Значения фазы импульсов для многоквантовой когерентности

Фаза импульса Наблюдаемый порядок когерентности, р

0° 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0° 180° 0 2 4 6 8

0° 180° 13 5 7 9

0° 90° 180° 270° 0 4 8

0° 90° 180° 270° 2 6

0° 60° 120° 180° 240° 300° 3 9

В данной работе, процессы, происходящие в импульсной последовательности, будем описывать не на языке переноса намагниченности, а введем величину называемую порядком когерентности р, которая принимает целочисленные значения (0, ± 1, ±2, ...) [43, 45]. Одноквантовой когерентности соответствует р = ±1, двухквантовой р = ±2, и т.д. Нульквантовой когерентности соответствует р = 0. Для описания явления переноса когерентности в ИП используют так называемые диаграммы переноса когерентности [43]. На рисунке 1.6 приведен пример такой диаграммы для эксперимента COSY [41, 44].

Сплошной линей указан порядок когерентности соответствующий каждой части последовательности.

90° 90°

I J

+ 1 0 -1

Рисунок 1.6. Перенос когерентности для двух импульсного эксперимента

(COSY)

Рассмотрение переноса когерентности всегда начинают с р = 0, т.к. это соответствует равновесной намагниченности системы до воздействия импульсов. Кроме того, наблюдаемой намагниченности всегда соответствует только одноквантовая когерентность (р =±\). В дальнейшем будем считать, что регистрируемому сигналу соответствует р = -1.

1.2. Гомоядерные корреляционные эксперименты 1.2.1. Эксперимент COSY

Рассмотрим более подробно эксперимент COSY. ИП и диаграмма переноса когерентности приведены на рисунке 1.7:

90° 90°

-ti -/;

_ш

+1 о -i

Z

5

Рисунок 1.7. ИП эксперимента COSY

Этот гомоядерный эксперимент в основном используется для анализа протонных спектров. Из спектра эксперимента COSY можно определить ХС цепочки спинов связанных скалярным взаимодействием. На рисунке 1.8. приведено схематическое изображение спектра COSY. В спектре присутствует два вида пиков: кросс-пики (светло-серого цвета) и диагональные пики (темно-серого цвета). Кросс-пики имеют разные частоты по o>¡ и ы2. Наличие пика с частотами ш,=ПА, указывает на взаимодействие спина с ХС Пд и спина с

ХС Пв. Таким образом, пики из спектра на рисунке 1.8 указывают на наличие ССВ между спинами: А-В, B-D и С-Е. Диагональные пики имеют одни и те же частоты по (ßi и со2-

Из спектра эксперимента COSY можно получить информацию о цепочке спинов связанных ССВ.

Рассмотрим двухспииовую систему. ИП эксперимента COSY приведена на рисунке 1.7.

Е D С В А

со->

Рисунок 1.8. Схематическое изображение спектра эксперимента COSY

Первый импульс поворачивает равновесную намагниченность спина 1, 1и, на 90°, -Ьу. Эволюция в течение времени /1 дает:

-/,„ >-со^П^)/ъ, +51П(0,/,)11х (1.8)

В результате ССВ члены из правой части примут вид:

- cosfQ,/,)/

1

cos{7tJnti )cos(qiri)/, + sín(7c/12/, ) cos(r2[/, )21U1

Iz

sin(Q,/,)/lx > cos(я/12/,)sin(ni/1 )Ilx + sin(я/12/, )sin(D/1 )2Д /,_

(1.9)

Наконец после второго 90° импульса каждый из четырех полученных членов примет вид:

-cos^/^cosCíy,)/ъ, f*/2X/~'--+/>-> >-C0S(7lJí2tl)Ilz sin(л/ц/t) cos(íl1/1 )2/u/2r >_sm(д/^ )C0S(n1/1 )2/1я/2

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Усачев, Константин Сергеевич, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Hardy, J. Medicine - The amyloid hypothesis of Alzheimer's disease: Progress and problems on the road to therapeutics /J. Hardy, D. J. Selkoe // Science. — 2002. - V. 297, № 5580. - P. 353-356.

2. Kirschner, D. A. X-Ray-Diffraction from Intraneuronal Paired Helical Filaments and Extraneuronal Amyloid Fibers in Alzheimer-Disease Indicates Cross-Beta Conformation / D.A. Kirschner, C. Abraham, D. J. Selkoe // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. -1986. - V. 83, № 2. - P. 503-507.

3. Selkoe, D. J. Presenilins, beta-amyloid precursor protein and the molecular basis of Alzheimer's disease // Clinical Neuroscience Research. - 2001. - V. 1, № 1-2.-P. 91-103.

4. Selkoe, D. J. Alzheimers-Disease - Missense on the Membrane // Nature. -1995. - V. 375, № 6534. - P. 734-735.

5. Lansbury, P. T. Evolution of amyloid: What normal protein folding may tell us about fibrillogenesis and disease // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1999. - V. 96, № 7. - P. 33423344.

6. Dahlgren, K. N. Oligomeric and fibrillar species of amyloid-beta peptides differentially affect neuronal viability / K. N. Dahlgren, A. M. Manelli, W. B. Stine, L. K. Baker, G. A. Krafft, M. J LaDu. // Journal of Biological Chemistry. -2002. - V. 277, № 35. - P. 32046-32053.

7. Lashuel, H. A. Neurodegenerative disease - Amyloid pores from pathogenic mutations / H. A. Lashuel, D. Hartley, В. M. Petre, T. Walz, P. T. Lansbury // Nature. -2002. -V. 418, № 6895. - P. 291-291.

8. Walsh, D. M. Naturally secreted oligomers of amyloid beta protein potently inhibit hippocampal long-term potentiation in vivo / D. M. Walsh, I. Klyubin, J. V. Fadeeva, W. K. Cullen, R. Anwyl, M. S. Wolfe, M. J. Rowan, D. J. Selkoe // Nature. - 2002. - V. 416, № 6880. - P. 535-539.

9. Petkova, A. T. Self-propagating, molecular-level polymorphism in Alzheimer's beta-amyloid fibrils / A. T. Petkova, R. D. Leapman, Z. H. Guo, W. M. Yau, M. P. Mattson, R. Tycko // Science. - 2005. - V. 307, № 5707. - P. 262-265.

10. Lai, R., Amyloid beta ion channel: 3D structure and relevance to amyloid channel paradigm / R. Lai, H. Lin, A. P. Quist // Biochimica Et Biophysica Acta-Biomembranes. -2007. -V. 1768, № 8. - P. 1966-1975.

11. Chimon, S. Evidence of fibril-like beta-sheet structures in a neurotoxic amyloid intermediate of Alzheimer's beta-amyloid / S. Chimon, M. A. Shaibat, C. R. Jones, D. C. Calero, B. Aizezi, Y. Ishii // Nature Structural & Molecular Biology.-2007.-V. 14, № 12.-P. 1157-1164.

12. Inoue, S. In situ A beta pores in AD brain are cylindrical assembly of A beta protofilaments // Amyloid-Journal of Protein Folding Disorders. - 2008. - V. 15, №4.-P. 223-233.

13. Zheng, J. Annular structures as intermediates in fibril formation of Alzheimer A beta(17-42) / J. Zheng, H. Jang, B. Ma, R. Nussinov // Journal of Physical Chemistry B. - 2008. - V. 112, № 22. - P. 6856-6865.

14. Small, D. H. Dysregulation of Calcium Homeostasis in Alzheimer's Disease // Neurochemical Research. - 2009. - V. 34, № 10. - P. 1824-1829.

15. Ono, K. Structure-neurotoxicity relationships of amyloid beta-protein oligomers / K. Ono, M. M. Condron, D. B. Teplow // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2009. - V. 106, №35.-P. 14745-14750.

16. Ahmed, M. Structural conversion of neurotoxic amyloid-beta(l-42) oligomers to fibrils / M. Ahmed, J. Davis, D. Aucoin, T. Sato, S. Ahuja, S. Aimoto, J. I. Elliott, W. E. Van Nostrand, S. O. Smith // Nature Structural & Molecular Biology.-2010.-V. 17, №5.-P. 561-567.

17. Jang, H. Structural Convergence Among Diverse, Toxic beta-Sheet Ion Channels / H. Jang, F. T. Arce, S. Ramachandran, R. Capone, R. Lai, R.

Nussinov // Journal of Physical Chemistry B. - 2010. - V. 114, № 29. - P. 9445-9451.

18. Sandberg, A. Stabilization of neurotoxic Alzheimer amyloid-beta oligomers by protein engineering / A. Sandberg, L. M. Luheshi, S. Sollvander, T. P. de Barros, B. Macao, T. P. J. Knowles, H. Biverstal, C. Lendel, F. Ekholm-Petterson, A. Dubnovitsky, L. Lannfelt, C. M. Dobson, T. Hard // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2010. -V. 107, №35.-P. 15595-15600.

19. Lomakin, A. On the nucleation and growth of amyloid beta-protein fibrils: Detection of nuclei and quantitation of rate constants / A. Lomakin, D. S. Chung, G. B. Benedek, D. A. Kirschner, D. B. Teplow // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1996. - V. 93, №3.-P. 1125-1129.

20. Kelly, J. W. The alternative conformations of amyloidogenic proteins and their multi-step assembly pathways // Current Opinion in Structural Biology. -1998.-V. 8, № l.-P. 101-106.

21. Ban, T. Direct observation of A beta amyloid fibril growth and inhibition / T. Ban, M. Hoshino, S. Takahashi, D. Hamada, K. Hasegawa, H. Naiki, Y. Goto // Journal of Molecular Biology. - 2004. - V. 344, № 3. - P. 757-767.

22. Sabate, R. Temperature dependence of the nucleation constant rate in beta amyloid fibrillogenesis / R. Sabate , M. Gallardo, J. Estelrich // International Journal of Biological Macromolecules. - 2005. - V. 35, № 1-2. - P. 9-13.

23. Tjernberg, L. Charge attraction and beta propensity are necessary for amyloid fibril formation from tetrapeptides / L. Tjernberg, W. Hosia, N. Bark, J. Thyberg, J. Johansson // Journal of Biological Chemistry. - 2002. - V. 277, № 45.-P. 43243-43246.

24. Baumeister, R. Amyloid aggregates, presenilins, and Alzheimer's disease / R. Baumeister, S. Eimer // Angewandte Chemie-International Edition. - 1998. -V. 37, №21.-P. 2978-2982.

25. Selkoe, D. J. Cell biology of protein misfolding: The examples of Alzheimer's and Parkinson's diseases // Nature Cell Biology. - 2004. - V. 6, № 11. - P. 1054-1061.

26. Schmechel, A. Alzheimer beta-amyloid homodimers facilitate A beta fibrillization and the generation of conformational antibodies / A. Schmechel, H. Zentgraf, S. Scheuermann, G. Fritz, R. D. Pipkorn, J. Reed, K. Beyreuther, T. A. Bayer, G. Multhaup //Journal of Biological Chemistry. -2003. -V. 278, №37.-P. 35317-35324.

27. Scheibel, T. Conducting nanowires built by controlled self-assembly of amyloid fibers and selective metal deposition / T. Scheibel, R. Parthasarathy, G. Sawicki, X. M. Lin, H. Jaeger, S. L. Lindquist // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2003. - V. 100, №8.-P. 4527-4532.

28. Reches, M. Casting metal nanowires within discrete self-assembled peptide nanotubes / M. Reches, E. Gazit // Science. - 2003. - V. 300, № 5619. - P. 625-627.

29. Aisenbrey, C. How is protein aggregation in amyloidogenic diseases modulated by biological membranes? / C. Aisenbrey, T. Borowik, R. Bystrom, M. Bokvist, F. Lindstrom, H. Misiak, M. A. Sani, G. Grobner // European Biophysics Journal with Biophysics Letters. - 2008. - V. 37, № 3. - P. 247255.

30. Gehman, J. D. Metal effects on the membrane interactions of amyloid-beta peptides / J. D. Gehman , C. C. O'Brien, F. Shabanpoor, J. D. Wade, F. Separovic // European Biophysics Journal with Biophysics Letters. - 2008. -V. 37, №3,-P. 333-344.

31. Norlin, N. Aggregation and fibril morphology of the Arctic mutation of Alzheimer's A beta peptide by CD, TEM, STEM and in situ AFM / N. Norlin, M. Hellberg, A. Filippov, A. A. Sousa, G. Grobner, R. D. Leapman, N.

Almqvist, O. N. Antzutkin // Journal of Structural Biology. - 2012. - V. 180, № 1. — P. 174-189.

32. Nilsberth, C. The 'Arctic' APP mutation (E693G) causes Alzheimer's disease by enhanced A beta protofibril formation / C. Nilsberth, A. Westlind-Danielsson, C. B. Eckman, M. M. Condron, K. Axelman, C. Forsell, C. Stenh, J. Luthman, D. B. Teplow, S. G. Younkin, J. Naslund, L. Lannfelt // Nature Neuroscience. - 2001. -V. 4, № 9. - P. 887-893.

33. Basun, H. Clinical and neuropathological features of the Arctic APP gene mutation causing early-onset Alzheimer disease / H. Basun, N. Bogdanovic, M. Ingelsson, O. Almkvist, J. Naslund, K. Axelman, T. D. Bird, D. Nochlin, G. D. Schellenberg, L. O. Wahlund, L. Lannfelt // Archives of Neurology. - 2008. -V. 65, №4.-P. 499-505.

34. Zhang, S. The Alzheimer's peptide A beta adopts a collapsed coil structure in water / S. Zhang, K. Iwata, M. J. Lachenmann, J. W. Peng, S. Li, E. R. Stimson, Y. Lu, A. M. Felix, J. E. Maggio, J. P. Lee // Journal of Structural Biology. - 2000. - V. 130, № 2-3. - P. 130-141.

35. Jarvet, J., Danielsson J., Damberg P., Oleszczuk M., Graeslund A. Positioning of the Alzheimer A beta(l-40) peptide in SDS micelles using NMR and paramagnetic probes / J. Jarvet, J. Danielsson, P. Damberg, M. Oleszczuk, A. Graeslund // Journal of Biomolecular NMR. - 2007. - V. 39, № 1. - P. 63-72.

36. Balbach, J. J. Amyloid fibril formation by A beta( 16-22), a seven-residue fragment of the Alzheimer's beta-amyloid peptide, and structural characterization by solid state NMR / J. J. Balbach, Y. Ishii, O. N. Antzutkin, R. D. Leapman, N. W. Rizzo, F. Dyda, J. Reed, R. Tycko // Biochemistry. -2000. - V. 39, № 45. - P. 13748-13759.

37. Schwieters, C. D. The Xplor-NIH NMR molecular structure determination package / C. D. Schwieters, J. J. Kuszewski, N. Tjandra, G. M. Clore // Journal of Magnetic Resonance. - 2003. - V. 160, № 1. - P. 65-73.

38. Gunther, H. NMR Spectroscopy: An Introduction / H. Gunther. - Chichester, UK: John Wiley & Sons, 1987. - 436 p.

39. Derome, A. E. Modern Nmr Techniques for Chemistry Research / A. E. Derome - Cambridge: Pergamon, 1988. - 295 p.

40. Rahman, Atta-ur. One and Two Dimensional NMR Spectroscopy / Atta-ur Rahman - Amsterdam: Elsevier, 1989. - 578 p.

41. Aue, W. P. 2-Dimensional Spectroscopy - Application to Nuclear Magnetic-Resonance / W. P. Aue, E. Bartholdi, R. R. Ernst // Journal of Chemical Physics. - 1976. - V. 64, № 5. - P. 2229-2246.

42. Bax, A. Two-Dimensional NMR in Liquids. / A. Bax - Dordrecht: Reidel, 1984.-212 p.

43. Ernst, R. R. Principles of Nuclear Magnetic Resonance in One and Two Dimensions / R. R. Ernst, G. Bodenhausen, A. Wokaun. - Oxford: Oxford University Press, 1990. - 610 p.

44. Nagayama, K. Experimental-Techniques of Two-Dimensional Correlated Spectroscopy / K. Nagayama, A. Kumar, K. Wuthrich, R. R. Ernst // Journal of Magnetic Resonance. - 1980. - V. 40, № 2. - P. 321-334.

45. Keeler, J. Understanding NMR Spectroscopy. / J. Keeler. - UK: University of Cambridge, 2002. - 526 p.

46. Bax, A., An Improved Method for Heteronuclear Chemical-Shift Correlation by Two-Dimensional Nmr / A. Bax, G. A. Morris // Journal of Magnetic Resonance. - 1981. -V. 42, № 3. - P. 501-505.

47. Kessler, H. Assignment of Carbonyl Carbons and Sequence-Analysis in Peptides by Heteronuclear Shift Correlation Via Small Coupling-Constants with Broad-Band Decoupling in T1 (Coloc) / H. Kessler, C. Griesinger, J. Zarbock, H. R. Loosli // Journal of Magnetic Resonance. - 1984. - V. 57, № 2. -P. 331-336.

48. Bax, A. Sensitivity-Enhanced Two-Dimensional Heteronuclear Shift Correlation Nmr-Spectroscopy / A. Bax, S. Subramanian // Journal of Magnetic Resonance. - 1986. - V. 67, № 3. - P. 565-569.

49. Bax, A. H-l and C-13 Assignments from Sensitivity-Enhanced Detection of Heteronuclear Multiple-Bond Connectivity by 2d Multiple Quantum Nmr / A. Bax, M. F. Summers // Journal of the American Chemical Society. - 1986. -V. 108, №8.-P. 2093-2094.

50. Mackin, G. Phase-sensitive two-dimensional HMQC and HMQC-TOCSY spectra obtained using double pulsed-field-gradient spin echoes / G. Macking,, A. J. Shaka // Journal of Magnetic Resonance Series A. - 1996. - V. 118, № 2. -P. 247-255.

51. Parella, T. Gradient-enhanced ID HMQC- and HSQC-relayed experiments with maximum sensitivity / T. Parella, J. Belloc // Magnetic Resonance in Chemistry. - 2001. - V. 39, № 6. - P. 311-315.

52. Mandal, P. K. A comprehensive discussion of HSQC and HMQC pulse sequences / P. K. Mandal, A. Majumdar // Concepts in Magnetic Resonance Part A. - 2004. - V. 20A, № 1. - P. 1-23.

53. Van, Q. N. A pulsed-field-gradient NMR technique without the usual sensitivity loss. Spatial population sculpting / Q. N. Van, A. J. Shaka // Journal of Magnetic Resonance Series A. - 1996. - V. 119, № 2. - P. 295-301.

54. Berger, S. NMR techniques employing selective radiofrequency pulses in combination with pulsed field gradients / S. Berger // Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy. - 1997. - V. 30. - P. 137-156.

55. Parella, T. Improved sensitivity in gradient-based ID and 2D multiplicity-edited HSQC experiments / T. Parella, F. SanchezFerrando, A. Virgili // Journal of Magnetic Resonance. - 1997. - V. 126, № 2. - P. 274-277.

56. Parella, T. Pulsed field gradients: a new tool for routine NMR / T. Parella // Magnetic Resonance in Chemistry. - 1998. - V. 36, № 7. - P. 467-495.

57. Mandelshtam, V. A. Two-dimensional HSQC NMR spectra obtained using a self-compensating double pulsed field gradient and processed using the filter diagonalization method / V. A. Mandelshtam, H. T. Hu, A. J. Shaka // Magnetic Resonance in Chemistry. - 1998. - V. 36. - P. S17-S28.

58. Kozminski, W. Sensitivity improvement and new acquisition scheme of heteronuclear active-coupling-pattern-tilting spectroscopy / W. Kozminski, D. Nanz // Journal of Magnetic Resonance. - 2000. - V. 142, № 2. - P. 294-299.

59. Marquez, B. L. Survey of NMR experiments for the determination of (n)J(C,H) heteronuclear coupling constants in small molecules / B. L. Marquez, W. H. Gerwick, R. T. Williamson // Magnetic Resonance in Chemistry. -2001. - V. 39, № 9. - P. 499-530.

60. Williamson, R. T. Application of the BIRD sandwich for the rapid and accurate determination of H-l-H-1 NMR coupling constants in higher order spin systems / R. T. Williamson , J. R. Carney, W. H. Gerwick // Journal of Natural Products. - 2000. - V. 63, № 6. - P. 876-878.

61. Rule, G. S. Fundamentals of Protein NMR Spectroscopy / G. S. Rule, T. K. Hitchens. - Dordrecht: Springer, 2006. - 530 p.

62. Bothnerby, A. A. Structure Determination of a Tetrasaccharide - Transient Nuclear Overhauser Effects in the Rotating Frame / A. A. Bothnerby, R. L. Stephens, J. M. Lee, C. D. Warren, R. W. Jeanloz // Journal of the American Chemical Society. - 1984. -V. 106, № 3. -P. 811-813.

63. Bax, A. Practical Aspects of Two-Dimensional Transverse Noe Spectroscopy / A. Bax, D. G. Davis // Journal of Magnetic Resonance. - 1985. -V. 63, № 1. -P. 207-213.

64. Turner, D. L. Basic Two-Dimensional NMR // Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy. - 1985. - V. 17. - P. 281-358.

65. Richarz, R. Noe Difference Spectroscopy - Novel Method for Observing Individual Multiplets in Proton Nmr-Spectra of Biological Macromolecules /

R. Richarz, K. Wuthrich I I Journal of Magnetic Resonance. - 1978. - V. 30, № l.-P. 147-150.

66. Kumar, A. A Two-Dimensional Nuclear Overhauser Enhancement (2d Noe) Experiment for the Elucidation of Complete Proton-Proton Cross-Relaxation Networks in Biological Macromolecules / A. Kumar, R. R. Ernst, K. Wuthrich // Biochemical and Biophysical Research Communications. - 1980. — V. 95, № l.-P. 1-6.

67. Bax, A. High-resolution heteronuclear NMR of human ubiquitin in an aqueous liquid crystalline medium / A. Bax, N. Tjandra // Journal of Biomolecular NMR. - 1997. - V. 10, № 3. - P. 289-292.

68. Tjandra, N. Direct measurement of distances and angles in biomolecules by NMR in a dilute liquid crystalline medium / N. Tjandra, A. Bax // Science. -1997. - V. 278, № 5340. - P. 1111-1114.

69. Prosser, R. S. Use of a novel aqueous liquid crystalline medium for highresolution NMR of macromolecules in solution / R. S. Prosser, J. A. Losonczi, I. V. Shiyanovskaya // Journal of the American Chemical Society. - 1998. -V. 120, №42. -P. 11010-11011.

70. Ruckert, M. Alignment of biological macromolecules in novel nonionic liquid crystalline media for NMR experiments / M. Ruckert, G. Otting // Journal of the American Chemical Society. - 2000. - V. 122, № 32. - P. 7793-7797.

71. Barrientos, L. G. Characterization of surfactant liquid crystal phases suitable for molecular alignment and measurement of dipolar couplings / L. G. Barrientos, C. Dolan, A. M. Gronenborn // Journal of Biomolecular Nmr. -2000. - V. 16, № 4. - P. 329-337.

72. Freudenberger, J. C. Stretched poly(dimethylsiloxane) gels as NMR alignment media for apolar and weakly polar organic solvents: An ideal tool for measuring RDCs at low molecular concentrations / J. C. Freudenberger, P. Spiteller, R. Bauer, H. Kessler, B. Luy // Journal of the American Chemical Society. - 2004. - V. 126, № 45. - P. 14690-14691.

73. Tycko, R. Alignment of biopolymers in strained gels: A new way to create detectable dipole-dipole couplings in high-resolution biomolecular NMR / R. Tycko, F. J. Blanco, Y. Ishii // Journal of the American Chemical Society. -2000. -V. 122, № 38. - P. 9340-9341.

74. Ishii, Y. Controlling residual dipolar couplings in high-resolution NMR of proteins by strain induced alignment in a gel / Y. Ishii, M. A. Markus, R. Tycko //Journal of Biomolecular NMR. -2001. -V. 21, №2. - P. 141-151.

75. Клочков, В. В. пространственное строение тетрапептида nAc-Ser-Phe-Val-Gly-OMe определенное путем анализа констант остаточного диполь -дипольного взаимодействия / В. В. Клочков, В. Д. Скирда, А. В. Клочков, С. Бергер // Ученые записки Казанского Государственного университета. - 2007. - Т. 149, Серия Естественные науки, книга 1.-е. 30-35.

76. Prestegard, J. Н. Determination of protein backbone structures from residual dipolar couplings / J. H. Prestegard , K. L. Mayer, H. Valafar, G. C. Benison // Methods Enzymol. -2005. -V. 394. - P. 175-209.

77. de Alba, E. NMR dipolar couplings for the structure determination of biopolymers in solution / E. de Alba, N. Tjandra // Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy. - 2002. - V. 40, № 2. - P. 175-197.

78. Emsley, J. W. NMR spectroscopy using liquid crystal solvents / J. W. Emsley, J. C. Lindon - Oxford: Pergamon Press., 1975. -367 p.

79. Emsley, J. W. Nuclear magnetic resonance of liquid crystals / J. W. Emsley — Dordrecht: Reidel Publishing Company, 1985. - 592 p.

80. Delaglio, F. NMRpipe - a Multidimensional Spectral Processing System Based on Unix Pipes / F. Delaglio, S. Grzesiek, G. W. Vuister, G. Zhu, J. Pfeifer, A. Bax // Journal of Biomolecular NMR. - 1995. - V. 6, № 3. - P. 277-293.

81. Kamen, D. E. Multiple alignment of membrane proteins for measuring residual dipolar couplings using lanthanide ions bound to a small metal chelator / D. E. Kamen, S. M. Cahill, M. E. Girvin // Journal of the American Chemical Society. - 2007. - V. 129, № 7. - P. 1846-1847.

82. Zhou, M. Order determinations in liquid crystals by dynamic director NMR spectroscopy / M. Zhou, V. Frydman, L. Frydman // Journal of the American Chemical Society. - 1998. - V. 120, № 9. - P. 2178-2179.

83. Kramer, F. Residual dipolar coupling constants: An elementary derivation of key equations / F. Kramer, M. V. Deshmukh, H. Kessler, S. J. Glaser // Concepts in Magnetic Resonance Part A. - 2004. - V. 21 A, № 1. - P. 10-21.

84. Klochkov, A. V. Determination of the spatial structure of glutathione by residual dipolar coupling analysis / A. V. Klochkov, B. I. Khairutdinov, M. S. Tagirov, V. V. Klochkov // Magnetic Resonance in Chemistry. - 2005. - V. 43, № 11. — P. 948-951.

85. Thiele, C. M. Probing the diastereotopicity of methylene protons in strychnine using residual dipolar couplings / C. M. Thiele, S. Berger // Organic Letters. -2003. - V. 5, № 5. - P. 705-708.

86. Kramer, M. A conformational study of N-acetyl glucosamine derivatives utilizing residual dipolar couplings / M. Kramer, E. Kleinpeter // Journal of Magnetic Resonance. -2011. -V. 212, № 1. - P. 174-185.

87. Wang, L. C. Exact solutions for internuclear vectors and backbone dihedral angles from NH residual dipolar couplings in two media, and their application in a systematic search algorithm for determining protein backbone structure / L. C. Wang, Donald B. R. // Journal of Biomolecular Nmr. - 2004. - V. 29, № 3. - P. 223-242.

88. Aroulanda, C. Weakly oriented liquid-crystal NMR solvents as a general tool to determine relative configurations / C. Aroulanda, V. Boucard, F. Guibe, J. Courtieu, D. Merlet // Chemistry-a European Journal. - 2003. - V. 9, № 18. -P. 4536-4539.

89. Lemak, A. S. A Comparison between Collisional Dynamics and Brownian Dynamics / A. S. Lemak, Balabaev N. K.// Molecular Simulation. - 1995. - V. 15, №4.-P. 223-231.

90. Lemak, A. S. Molecular dynamics simulation of a polymer chain in solution by collisional dynamics method / A. S. Lemak, N. K. Balabaev // Journal of Computational Chemistry. - 1996. -V. 17, № 15. - P. 1685-1695.

91. Brooks, B. R. Charmm - a Program for Macromolecular Energy, Minimization, and Dynamics Calculations / B. R. Brooks, R. E. Bruccoleri, B. D. Olafson, D. J. States, S. Swaminathan, M. Karplus // Journal of Computational Chemistry. - 1983. -V. 4, № 2. - P. 187-217.

92. Purisima, E. O. An Approach to the Multiple-Minima Problem in Protein Folding by Relaxing Dimensionality - Tests on Enkephalin / E. O. Purisima, H. A. Scheraga // Journal of Molecular Biology. - 1987. - V. 196, № 3. - P. 697709.

93. Schaumann, T. The Program Fantom for Energy Refinement of Polypeptides and Proteins Using a Newton-Raphson Minimizer in Torsion Angle Space / T. Schaumann, W. Braun, K. Wuthrich // Biopolymers. - 1990. - V. 29, № 4-5. -P. 679-694.

94. Bocharova, O. V. Expression and purification of a recombinant transmembrane domain amyloid precursor protein associated with Alzheimer's disease / O. V. Bocharova, K. D. Nadezhdin, E. V. Bocharov, A. S. Arsen'ev // Russian Journal of Bioorganic Chemistry. - 2010. - V. 36, № 1. -P. 97-103.

95. Coles, M. Solution structure of amyloid beta-peptide(l-40) in a water-micelle environment. Is the membrane-spanning domain where we think it is? / M. Coles, W. Bicknell, A. A. Watson, D. P. Fairlie, D. J. Craik // Biochemistry. -1998.-V. 37, №31.-P. 11064-11077.

96. Brown, L. R. Use of Fully Deuterated Micelles for Conformational Studies of Membrane-Proteins by High-Resolution H-l Nuclear Magnetic-Resonance / L. R. Brown // Biochimica Et Biophysica Acta. - 1979. - V. 557, № 1. - P. 135148.

97. Zhou, Q. Molecular interactions of surfactants in mixed monolayers at the air/aqueous solution interface and in mixed micelles in aqueous media: The

regular solution approach / Q. Zhou, M. J. Rosen 11 Langmuir. - 2003. - V. 19, №11. -P. 4555-4562.

98. Henry, G. D. Methods to Study Membrane-Protein Structure in Solution / G. D. Henry, B. D. Sykes // Nuclear Magnetic Resonance, Pt C. - 1994. - V. 239. -P. 515-535.

99. Lee, K. H. Nuclear-Magnetic-Resonance Investigation of the Conformation of Delta-Hemolysin Bound to Dodecylphosphocholine Micelles / K. H. Lee, J. E. Fitton, K. Wuthrich // Biochimica Et Biophysica Acta. - 1987. - V. 911, № 2. -P. 144-153.

100. Brown, L. R. High-Resolution Nuclear Magnetic-Resonance Studies of the Conformation and Orientation of Melittin Bound to a Lipid-Water Interface / L. R. Brown, W. Braun, A. Kumar, K. Wuthrich // Biophysical Journal. -1982.-V. 37, № 1.-P. 319-328.

101. Braun, W. Conformation of Glucagon in a Lipid Water Interphase by H-l Nuclear Magnetic-Resonance / W. Braun, G. Wider, K. H. Lee, K. Wuthrich // Journal of Molecular Biology. - 1983. - V. 169, № 4. - P. 921-948.

102. Rozek, A. Structure of the bovine antimicrobial peptide indolicidin bound to dodecylphosphocholine and sodium dodecyl sulfate micelles / A. Rozek, C. L. Friedrich, R. E. W. Hancock // Biochemistry. - 2000. - V. 39, № 51. - P. 15765-15774.

103. Motta, A. Solution Conformation of Salmon-Calcitonin in Sodium Dodecyl-Sulfate Micelles as Determined by 2-Dimensional Nmr and Distance Geometry Calculations / A. Motta, A. Pastore, N. A. Goud, M. A. C. Morelli // Biochemistry. - 1991. -V. 30, № 43. - P. 10444-10450.

104. Glover, K. J. Structural evaluation of phospholipid bicelles for solution-state studies of membrane-associated biomolecules / K. J. Glover, J. A. Whiles, G. H. Wu, N. J. Yu, R. Deems, J. O. Struppe, R. E. Stark, E. A. Komives, R. R. Void // Biophysical Journal. - 2001. - V. 81, № 4. - P. 2163-2171.

105. Wang, G. S. Solution structure of the N-terminal amphitropic domain of Escherichia coli glucose-specific enzyme 1IA in membrane-mimetic micelles / G. S. Wang, P. A. Keifer, A. Peterkofcky // Protein Science. - 2003. - V. 12, №5.-P. 1087-1096.

106. Void, R. R. Magnetically oriented phospholipid bilayered micelles for structural studies of polypeptides. Does the ideal bicelle exist? / R. R. Void, Prosser R. S. // Journal of Magnetic Resonance Series B. - 1996. - V. 113, № 3.-P. 267-271.

107. Raschle, T. Nonmicellar systems for solution NMR spectroscopy of membrane proteins / T. Raschle, S. Hiller, M. Etzkorn, G. Wagner // Current Opinion in Structural Biology. - 2010. - V. 20, № 4. - P. 471-479.

108. Gao, X. F. Studies of the binding and structure of adrenocorticotropin peptides in membrane mimics by NMR spectroscopy and pulsed-field gradient diffusion / X. F. Gao, T. C. Wong // Biophysical Journal. - 1998. - V. 74, № 4. -P. 1871-1888.

109. Park, T. J. Solution and Solid-State NMR Structural Studies of Antimicrobial Peptides LPcin-I and LPcin-II / T. J. Park, J. S. Kim, H. C. Ahn, Y. Kim // Biophysical Journal.-2011.-V. 101, №5.-P. 1193-1201.

110. Klochkov, V. V. Spatial structure of peptides determined by residual dipolar couplings analysis / V. V. Klochkov, R. F. Baikeev, V. D. Skirda, A. V. Klochkov, F. R. Muhamadiev, I. Baskyr, S. Berger // Magnetic Resonance in Chemistry. - 2009. - V. 47, № 1. - P. 57-62.

111. Klochkov, V. V. Spatial structures oftripeptides glycylglycyl-L-histidine and glycylglycyl-L-tyrosine based on residual dipolar couplings and quantum-chemical computations / V. V. Klochkov, A. V. Klochkov, M. N. Shamsutdinov, S. V. Efimov, A. A. Krutikov, E. M. Gilyazetdinov, Y. I. Zyavkina, V. G. Shtyrlin // Mendeleev Communications. - 2011. - V. 21, № 2. -P. 72-74.

112. Klochkov, V. V. A novel liquid crystalline system for partial alignment of polar organic molecules / V. V. Klochkov, A. V. Klochkov, C. M. Thiele, S. Berger // Journal of Magnetic Resonance. - 2006. - V. 179, № 1. - P. 58-63.

113. Piotto, M. Gradient-Tailored Excitation for Single-Quantum Nmr-Spectroscopy of Aqueous-Solutions / M. Piotto, V. Saudek, V. Sklenar // Journal of Biomolecular NMR. - 1992. - V. 2, № 6. - P. 661-665.

114. Liu, M. L. Improved WATERGATE pulse sequences for solvent suppression in NMR spectroscopy / M. L. Liu, X. A. Mao, C. H. Ye, H. Huang, J. K. Nicholson, J. C. Lindon // Journal of Magnetic Resonance. - 1998. - V. 132, № l.-P. 125-129.

115. Bax, A. Mlev-17-Based Two-Dimensional Homonuclear Magnetization Transfer Spectroscopy / A. Bax, D. G. Davis // Journal of Magnetic Resonance. - 1985. - V. 65, № 2. - P. 355-360.

116. Rodziewicz-Motowidlo, S. The Arctic mutation alters helix length and type in the 11-28 beta-amyloid peptide monomer-CD, NMR and MD studies in an SDS micelle / S. Rodziewicz-Motowidlo, P. Czaplewska, E. Sikorska, M. Spodzieja, A. S. Kolodziejczyk // Journal of Structural Biology. - 2008. - V. 164, №2.-P. 199-209.

117. Lee, J. P. H-l-Nmr of a-Beta Amyloid Peptide Congeners in Water Solution -Conformational-Changes Correlate with Plaque Competence / J. P. Lee, E. R. Stimson, J. R. Ghilardi, P. W. Mantyh, Y. A. Lu, A. M. Felix, W. Llanos, A. Behbin, M. Cummings, M. Vancriekinge, W. Timms, J. E. Maggio // Biochemistry. - 1995. -V. 34, № 15. - P. 5191-5200.

118. Wishart, D. S. The Chemical-Shift Index - a Fast and Simple Method for the Assignment of Protein Secondary Structure through Nmr-Spectroscopy / D. S. Wishart, B. D. Sykes, F. M. Richards // Biochemistry. - 1992. - V. 31, № 6. -P. 1647-1651.

119. Wishart, D. S. Chemical-Shifts as a Tool for Structure Determination / D. S. Wishart, B. D. Sykes // Nuclear Magnetic Resonance, Pt C. - 1994. - V. 239. -P. 363-392.

120. Wishart, D. S. The C-13 Chemical-Shift Index - a Simple Method for the Identification of Protein Secondary Structure Using C-13 Chemical-Shift Data / D. S. Wishart, B. D. Sykes // Journal of Biomolecular Nmr. - 1994. - V. 4, № 2.-P. 171-180.

121. Sticht, H. Structure of Amyloid A4-(l-40)-Peptide of Alzheimers-Disease / H. Sticht, P. Bayer, D. Willbold, S. Dames, C. Hilbich, K. Beyreuther, R. W. Frank, P. Rosch // European Journal of Biochemistry. - 1995. - V. 233, № 1. -P. 293-298.

122. Blokhin, D. S. Spatial Structure of the Decapeptide Val-Ile-Lys-Lys-Ser-Thr-Ala-Leu-Leu-Gly in Water and in a Complex with Sodium Dodecyl Sulfate Micelles / D. S. Blokhin, S. V. Efimov, A. V. Klochkov, A. R. Yulmetov, A. V. Filippov, O. N. Antzutkin, A. V. Aganov, V. V. Klochkov // Applied Magnetic Resonance. - 2011. - V. 41, № 2-4. - P. 267-282.

123. Vivekanandan, S. A partially folded structure of amyloid-beta(l-40) in an aqueous environment / S. Vivekanandan, J. R. Brender, S. Y. Lee, A. Ramamoorthy // Biochemical and Biophysical Research Communications. -2011. -V. 411, №2. -P. 312-316.

124. Murrell, J. A Mutation in the Amyloid Precursor Protein Associated with Hereditary Alzheimers-Disease / J. Murrell, M. Farlow, B. Ghetti, M. D. Benson // Science. - 1991. - V. 254, № 5028. - P. 97-99.

125. Mullan, M. A Pathogenic Mutation for Probable Alzheimers-Disease in the App Gene at the N-Terminus of Beta-Amyloid /M. A. Mullan, F. Crawford, K. Axelman, H. Houlden, L. Lilius, B. Winblad, L. Lannfelt // Nature Genetics. -1992. -V. 1, № 5. - P. 345-347.

126. Sherrington, R. Cloning of a Gene Bearing Missense Mutations in Early-Onset Familial Alzheimers-Disease / R. Sherrington, E. I. Rogaev, Y. Liang, E.

A. Rogaeva, G. Levesque, M. Ikeda, H. Chi, C. Lin, G. Li, K. Holman, T. Tsuda, L. Mar, J. F. Foncin, A. C. Bruni, M. P. Montesi, S. Sorbi, I. Rainero, L. Pinessi, L. Nee, I. Chumakov, D. Pollen, A. Brookes, P. Sanseau, R. J. Polinsky, W. Wasco, H. A. R. Dasilva, J. L. Haines, M. A. Pericakvance, R. E. Tanzi, A. D. Roses, P. E. Fraser, J. M. Rommens, P. H. Stgeorgehyslop // Nature. - 1995. - V. 375, № 6534. - P. 754-760.

127. Moro, M. L. APP mutations in the A beta coding region are associated with abundant cerebral deposition of A beta 38 /M. L. Moro, G. Giaccone, R. Lombardi, A. Indaco, A. Uggetti, M. Morbin, S. Saccucci, G. Di Fede, M. Catania, D. M. Walsh, A. Demarchi, A. Rozemuller, N. Bogdanovic, O. Bugiani, B. Ghetti, F. Tagliavini // Acta Neuropathologies - 2012. - V. 124, №6.-P. 809-821.

128. Schellenberg, G. D. The genetics and neuropathology of Alzheimer's disease / G. D. Schellenberg, T. J. Montine // Acta Neuropathology. - 2012. - V. 124, №3,-P. 305-323.

129. Paivio, A. Unique physicochemical profile of alpha-amyloid peptide variant A beta 1-40E22G protofibrils: Conceivable neuropathogen in arctic mutant carriers / A. Paivio, J. Jarvet, A. Graslund, L. Lannfelt, A. Westlind-Danielsson // Journal of Molecular Biology. - 2004. - V. 339, № 1. - P. 145159.

130. Cheng, I. H. Aggressive brain amyloidosis in transgenic mice expressing human amyloid peptides with the Arctic mutation / I. H. Cheng, J. Palop, N. Bien-Ly, F. R. Yan, L. Mucke // Neurobiology of Aging. - 2004. - V. 25. - P. S256-S257.

131. Englund, H. Sensitive ELISA detection of amyloid-beta protofibrils in biological samples / H. Englund, D. Sehlin, A. S. Johansson, L. N. G. Nilsson, P. Gellerfors, S. Paulie, L. Lannfelt, F. E. Pettersson // Journal of Neurochemistry. -2007. - V. 103, № 1. - P. 334-345.