Разработка методов быстрой классификации белков по данным малоуглового рассеяния и анализ строения белковых комплексов в растворе тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.07, кандидат физико-математических наук Соколова, Анна Владимировна

• Соколова, Анна Владимировна
• кандидат физико-математических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Соколова, Анна Владимировна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Обзор литературы.

1.1 Традиционные методы анализа кривых рентгеновского малоуглового рассеяния.

1.1.1 Определение структурных инвариантов.

1.1.2 Расчет структурных характеристик сильно вытянутых частиц

1.2 Информационное содержание данных малоуглового рассеяния.

1.3 Методы восстановления формы частиц при отсутствии дополнительной информации.

1.4 Расчет кривых малоуглового рассеяния частицами с известной кристаллографической структурой.

1.5 Анализ структуры белков и комплексов. Метод молекулярной тектоники.

1.6 Кривые малоуглового рассеяния смесями: исследование формы и количества компонент.

1.7 Новые задачи рентгеновского малоуглового рассеяния.

ГЛАВА 2. Получение, обработка и интерпретация данных рентгеновского малоуглового рассеяния.

2.1 Сбор данных синхротронного рассеяния: установка ХЗЗ кольца DORIS III (DESY).

2.2 Первичная обработка данных.

2.3 Анализ и интерпретация данных. Программа PRIMUS.

Система ATSAS 2.0.

ГЛАВА 3. База данных для быстрой классификации белков по данным рентгеновского малоуглового рассеяния.

3.1 Атомные модели и критерии сравнения кривых.

3.2 Малоугловая часть малоугловых данных и аналоги по внешней форме.

3.3 Среднеугловая часть кривой и аналоги по доменной архитектуре

3.4 Алгоритм и пользовательский интерфейс разработанной базы данных

DaRa.

3.5 Примеры использования базы данных.

ГЛАВА 4. Определение структуры вертексного комплекса бактериофага PRD1 в растворе.

4.1 Бактериофаг PRD1 как структурный аналог аденовируса.

4.2 Экспериментальные данные.

4.3 Учет дополнительной информации.

4.4 Построение моделей.

ГЛАВА 5. Исследование процесса олигомеризации промежуточного филамента виментина в различных внешних условиях.

5.1 Промежуточные филаменты: компонента цитоскелета.

5.2 Экспериментальные данные и алгоритм их обработки.

5.3 Построение моделей олигомеров виментина.

5.4 Олигомеризация виментина в различных внешних условиях.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методов быстрой классификации белков по данным малоуглового рассеяния и анализ строения белковых комплексов в растворе»

Актуальность темы. История современной физики показывает, что рентгеновское излучение является эффективным средством для физической, химической, биологической и структурной характеризации вещества. Например, рентгеновская флюоресценция широко используется для качественного и количественного анализа вещества, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия может использоваться для изучения электронной структуры вещества. Рентгеновская кристаллография позволяет определять трехмерные структуры на атомном разрешении, а различные методики малоуглового рентгеновского рассеяния дают структурную информацию для аморфных материалов с разной степенью разрешения. Малоугловое рентгеновское рассеяние (МУР), представляющее собой центральную часть дифракционной картины, также позволяет исследовать вещества самой разнообразной структуры, в которых характерные размеры неоднородностей электронной плотности лежат в диапазоне 1-й О3 нм. Чем больше размер рассеивающего объекта, тем в меньшем угловом интервале сосредоточено рассеянное излучение, и рассеяние на малые углы (меньше нескольких градусов) несет информацию о "крупномасштабном" (по отношению к длине волны излучения X) рассеивающем ансамбле. В структурном анализе вещества с помощью рентгеновского и нейтронного рассеяния X ~ 0.1 -г 1 нм, что по порядку величины совпадает с межатомными расстояниями. Таким образом, МУР дает информацию о надатомной структуре вещества.

Метод малоуглового рассеяния применяется в изучении объектов разнообразных классов: металлов и металлических сплавов, синтетических полимеров в растворе и сухом виде, эмульсий, пористых материалов, наночастиц и биологических макромолекул в растворе. Первые эксперименты с использованием МУР проводились уже в 1930х годах, когда появились первые фундаментальные работы, посвященные теоретическим основам метода, в которых было продемонстрировано, что с помощью МУР можно получать информацию не только о структуре неупорядоченных или частично упорядоченных систем, но также и о размерах и форме частиц. В 1960х годы метод начал использоваться также в изучении биомакромолекул в растворах. Существенный прорыв в развитии и использовании метода МУР произошел в 1970е годы благодаря появлению источников синхротронного излучения (СИ). Использование синхротронного рентгеновского излучения значительно расширило применение малоуглового рассеяния в структурных исследованиях. Его преимущество по сравнению с излучением рентгеновских трубок определяется значительно более высокой интенсивностью непрерывного рентгеновского спектра и отсутствием характеристических линий, которые затрудняют вариацию длин волн при исследовании рентгеновских спектров поглощения и аномального рассеяния с использованием рентгеновских трубок. Излучение в рентгеновских трубках образуется при резком торможении электронов, летящих со скоростью порядка 104 м/с в тонком слое металла, и при этом практически вся энергия электронов превращается в тепло, что и ограничивает мощность рентгеновского пучка. В случае синхротронного ускорителя коротковолновое электромагнитное излучение возникает при ускоренном движении электрона на релятивистских скоростях.

Эффективность СИ вызвана сочетанием указанных особенностей и следующими важнейшими для структурных исследований свойств: очень широкий спектральный интервал малая угловая расходимость малый размер источника высокая степень поляризации периодическое прерывание пучка во времени.

Каждое из этих свойств и комбинация ряда из них позволили проводить исследования фундаментального и прикладного направлений, немыслимые без использования синхротронного излучения. Для малоуглового рассеяния главным образом пока используется высокая интенсивность пучка, его малая угловая расходимость и широкий спектральный интервал. Область длин волн в синхротронных источниках охватывает интервал от жесткого рентгеновского излучения до инфракрасного диапазона, что позволяет исследовать структуру вещества с учётом аномального рассеяния на некоторых атомах. Одной из наиболее перспективных областей применения малоуглового рассеяния рентгеновского синхротронного излучения является изучение молекул биополимеров в растворе. В последние десятилетия быстрое развитие экспериментальных методов и способов обработки и интерпретации данных рассеяния растворами биомакромолекул привело к значительному прогрессу в двух направлениях: в области структурных исследований равновесных систем, анализе кинетики процессов межмолекулярных взаимодействий, изучения свертки белков и перестроек в расположении субъединиц (которыми часто обусловлены биологические функции белков), в реальном времени.

Актуальность таких исследований обусловлена тем, что строение макромолекул и механизм их функционирования изучаются в условиях, максимально приближенных к физиологическим, тогда как белковая кристаллография применима лишь к кристаллическим объектам, а методы электронной микроскопии и электронной дифракции требуют специальной обработки образцов. Последнее может приводить к неконтролируемым изменениям структуры и делать невозможным исследования конформационных изменений в структуре молекулы (которые происходят под влиянием эффекторов или изменения физико-химических условий), а также сборки или процессов свертки белков. Кроме того, МУР позволяет исследовать структурные перестройки, вызванные изменением условий эксперимента.

В связи с появлением в 1990-е годы нового научного направления, называемого структурная геномика, одной из главных задач которого является определение структуры всех биомакромолекул, синтезируемых данным исследуемым геном, важным вопросом остается быстрая характеризация массы биомолекул, получение кристаллов которых затруднено. Для решения этой проблемы хотя бы на низком разрешении может быть успешно применен метод малоуглового рассеяния при условии создания метода быстрой автоматической характеризации белков. Также, несмотря на все увеличивающееся число научных работ, посвященных определению структуры отдельных белков и комплексов, остается много неисследованных сложных биологических систем, изучение компонент которых возможно только с помощью метода МУР.

Таким образом, развитие новых методов обработки и интерпретации экспериментальных данных, исследование структуры биологических макромолекул методом МУР и, самое главное, развитие фундаментальных аспектов принципов интерпретации данных малоуглового рассеяния с использованием синхротронного излучения являются актуальной задачей.

Цель работы.

В методической части настоящей диссертационной работы представлены разработка и способ реализации метода быстрой классификации белков по данным рентгеновского малоуглового рассеяния, оригинальность и простота использования которого показаны на ряде проведённых тестов.

В экспериментальной части работы описывается построение модели вертексного комплекса бактериофага PRD1, а также детальный анализ зависимости олигомеризации промежуточного филамента виментина в растворах от величин рН, концентрации белка и ионной силы растворителя.

Таким образом, в настоящей диссертационной работе поставлены следующие задачи:

•определение критериев связи между формой среднеугловых частей кривых малоуглового рассеяния и внутренней структурой биомакромолекулы;

•создание метода быстрой классификации белков по внешней форме и доменной архитектуре на основе независимого анализа малоугловой и среднеугловой частей кривых рассеяния; •реализация метода быстрой классификации белков;

•определение формы вертексного комплекса бактериофага PRD1, построение моделей его компонент и сравнение данных с результатами, полученными ранее с помощью других методов;

•анализ процесса олигомеризации виментина в растворах в различных внешних условиях и построение моделей его комплексов с учётом дополнительной информации, полученной ранее биохимическими методами и методом электронной микроскопии.

Научная новизна и практическая значимость работы.

Научная новизна работы определяется тем, что впервые разработан и реализован метод быстрой классификации молекул белков по данным рентгеновского малоуглового рассеяния. Впервые предложена модель полного вертексного комплекса бактериофага PRD1 и проведен детальный анализ динамики взаимодействия молекул промежуточного филамента виментина в растворе в разных внешних условиях.

Проведённая работа имеет практическое значение, так как открывает возможности быстрого поиска непосредственно по экспериментальным кривым малоуглового рассеяния биологических макромолекул, схожих по внешней форме и доменной архитектуре с неизвестной структурой. Новый метод может быть использован для быстрой характеризации белков в задачах нового научного направления — структурной геномики.

Результаты, полученные в экспериментальной части настоящей работы, дают новую информацию о бактериофаге PRD1, который принадлежит к классу вирусов с внутренней мембраной и является структурным аналогом человеческого аденовируса, и также о кинетике и динамике взаимодействия молекул промежуточного филамента виментина в растворе. Последнее имеет важное значение в понимании механизмов заболеваний, связанных с нарушениями процесса самосборки филаментов в клетках живых организмов.

Структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, заключения и списка литературы. Объём диссертации составляет 149 страниц, включая 37 рисунков и 4 таблицы. Список цитируемой литературы содержит 161 наименование.

Заключение диссертации по теме «Физика конденсированного состояния», Соколова, Анна Владимировна

выводы.

1. Разработан метод быстрой классификации белков по данным рентгеновского малоуглового рассеяния от растворов, основанный на независимом сравнении собственно малоугловой и среднеугловой частей кривых рассеяния (диапазоны величин вектора рассеяния s от 0 до 1.5 нм"1 и от 4.0 до 9.0 нм*1, соответственно).

2. Разработан алгоритм быстрого поиска структурных аналогов по форме и доменной архитектуре белков с неизвестной структурой и написаны компьютерные программы, реализующие этот алгоритм.

3. Создана база данных белковых структур, взятых из архивов баз данных PDB (Protein Data Bank) и MSD (Molecular Structure Database) и их интенсивностей, рассчитанных программой CRYSOL. Для использования метода быстрой классификации широким кругом пользователей создан портал в Интернет (http://dacha.embl-hamburg.de/dara.html).

4. Построены модели низкого разрешения белков и комплексов Р2, Р5з, Р315, (Р5з)2:Р31, (Р5з)з, входящих в вертексный комплекс бактериофага PRD1, по данным рентгеновского малоуглового рассеяния их монодисперсными растворами и смесями. Предложена модель полного вертексного комплекса, которая хорошо коррелируют с данными, полученными ранее другими методами.

5. Исследована зависимость самоассоциации наименьших стабильных олигомеров (димеров) промежуточного филамента виментина в растворе от внешних условий. Построены модели комплексов разных степеней олигомеризации виментина: тетрамера, октамера, гексадекамера и 32-мера. Показано, что добавление к раствору более 75 мМ соли NaCl и понижение рН раствора до 7.0 приводит к образованию 32-меров (филаментов единичной длины).

В заключение, считаю своим приятным долгом выразить глубокую благодарность моим научным руководителям д.ф.-м.н. Дмитрию Ивановичу Свергуну и к.х.н. Владимиру Владимировичу Волкову. Большой опыт, обширные знания и эрудиция Дмитрия Ивановича и Владимира Владимировича оказали огромную помощь при выполнении работы.

Также хочу поблагодарить руководителя группы Малоуглового рассеяния Европейской лаборатории Молекулярной биологии (EMBL с/о DESY, Гамбург, Германия) Мишеля Коха и ведущего научного сотрудника лаборатории малоуглового рассеяния Института кристаллографии РАН д.ф. - м.н. Льва Абрамовича Фейгина за полезные дискуссии и обсуждение некоторых результатов работы.

Выражаю искреннюю благодарность к.ф.-м.н. Людмиле Германовне Янусовой, к.ф.-м.н. Светлане Федоровне Борисовой, к.ф.-м.н. Максиму Владимировичу Петухову, к.ф.-м.н. Петру Валерьевичу Конареву, а также всем коллегам и друзьям за помощь и поддержку при выполнении работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей диссертационной работе были проведены систематические исследования структуры белков в растворе.

В настоящей работе предложен и реализован метод быстрой классификации белков с неизвестной структурой высокого разрешения, основанный на сравнении экспериментальных данных малоуглового рассеяния с кривыми рассеяния, рассчитанными для белков с известной структурой. Основная особенность метода заключается в возможности независимого анализа так называемых малоугловой и среднеугловой частей кривых малоуглового рассеяния, форма первой из которых определяется внешней формой белка, а вид второй - в значительной степени его внутренней структурой, что позволяет отыскать среди большого количества структур такие, которые аналогичны неизвестной по структуре. В работе выбран критерий сравнения кривых рассеяния, создана база данных, которая содержит в настоящее время около 12000 кривых рассеяния, рассчитанных для известных структур (взятые из архивов баз данных PDB и MSD)), и написан ряд компьютерных программ, которые реализуют алгоритм поиска похожих структур и дают возможность использовать новый метод быстрой классификации через Интернет, что делает доступным его использование широкому кругу исследователей в других лабораториях. Метод опробован на ряде экспериментальных кривых рассеяния белками с известной структурой.

По данным малоуглового рентгеновского рассеяния от растворов были исследованы структуры вертексного комплекса бактериофага PRD1, который является мембранным ДКН-содержащим вирусом семейства Tectiviridae. В отличие от изученных ранее представителей данного семейства, PRD1 имеет специфический механизм распознавания и заражения бактерий, который в большой степени обусловлен строением его вертексных комплексов. Кроме всего прочего, изучение структурных особенностей PRD1 представляет большой интерес потому, что структура основного белка поверхности и биохимические функции его основного белка оболочки очень схожи с аналогичными в аденовирусе человека. И поэтому анализ строения PRD1 с помощью различных методов, в том числе методом малоуглового рассеяния, позволяет глубже понять эволюционные связи между бактериальными и человеческими вирусами. Долгое время форма, размеры и укладка отдельных белков в вертексном комплексе были неизвестны, потому что кристаллографические данные о структуре белков не были получены, а информации, собранной с помощью других методов, было недостаточно. Метод малоуглового рассеяния в растворе впервые позволил изучить архитектуру отдельных белков, составляющих вертекс, и их комплексов, получить результаты, которые находятся в хорошем согласии с данными, полученными ранее гидродинамическими, биохимическими и ЭМ методами, и построить модель целого вертексного комплекса, закрепленного на поверхности бактериофага.

Проведен анализ процесса олигомеризации молекул одной из компонент цитоскелета - промежуточного филамента (ПФ) виментина. ПФ играют роль в важных процессах, таких как перемещение и сопротивление клеток внешнему механическому воздействию, и поэтому очень часто нарушения процессов олигомеризации виментина in vivo приводит к серьезному повреждению тканей целого организма. Наименьшей структурной единицей виментина является димер, длина которого составляет 52 нм, сечение - 3 нм. Модели виментина на разных этапах олигомеризации были построены из димерных ПФ, которые, в свою очередь, были сформированы из ивестных фрагментов структуры, полученных методами рентгеноструктурного анализа. Были получены кривые МУР от растворов виментина нескольких концентраций при различных значения рН и концентраций добавленной соли. Такие вариации внешних условий дали * возможность получить образцы с различным содержанием олигомеров. По полученным экспериментальным данным монодисперсными растворами тетрамера, октамера и 32-мера, впервые построены модели этих олигомеров.

Анализ кривых рассеяния смесями позволил также построить модель гексадекамера и определить, какие внешние условия способствуют взаимодействию димеров и образованию структурных единиц промежуточных филаментов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Соколова, Анна Владимировна, 2004 год

1. Свергун Д.И., Фейгин J1. А. Рентгеновское и нейтронное малоугловое рассеяние. 1986, Москва, Наука.

2. Muller J.J., G. Damaschun and Hubner G., Acta Biol. Med. Germ., 1979. 38: p. 1-10.

3. Debye P. Zerstreuung von Roentgenstrahlen. Ann. Physik, 1915. 46: p. 809-823.

4. Muller J.J. Calculation of scattering curves for macromolecules in solution and comparaison with results of methods using effective atomic scattering factors.

5. J. Appl. Cryst., 1983.16: p. 74-82.

6. Svergun D.I. Solution scattering from biopolymers: advanced contrast variation data analysis. Acta Crystallogr., 1994. A50: p. 391-402.

7. Stuhrmann H.B., et al., New low resolution model for 50S subunit of Escherichia coli ribosomes. ProcNatl Acad Sci USA, 1976. 73(7): p. 2379- 2383.

8. Stuhrmann H.B. et al. Determination of the distribution of protein and nucleic acid in the 70 S ribosomes of Escherichia coli and their 30 S subunits by neutron scattering. J Mol Biol, 1978. 119(2): p. 203-12.

9. Koch, M.H. et al. A contrast variation study of Escherichia coli ribosomes reassembled from protonated and deuterated subunits. Biophys Struct Mech, 1978. 4(3): p. 251-62.

10. Porod, G. Die Rontgenkleinwinkelstreuung von dichtgepackten kolloiden Systemen. I. Kolloid-Z., 1951.124: p. 83-114.

11. Guinier A., Ann. Phys. (Paris), 1939.12: p. 161-237.

12. Glatter O. A new method for the evaluation of small-angle scattering data. Journal of Applied Crystallographica. 1977.10: p.415-421.

13. Svergun D.I. Determination of the regularization parameter in indirect transform methods using perceptual criteria. J. Appl. Crystallogr. 1992. 25:p. 495-503.

14. Svergun D.I., A.V. Semenyuk and L.A. Feigin, Small-angle scattering datatreatment by the regularization method. Acta Crystallgr. 1988. A44: p. 244-250.

15. Glatter О. and Kratky О. Small Angle X-ray Scattering. 1982. London: Academic Press.

16. Shannon C.E. and Weaver W. 1949. University of Illinois Press, Urbana, IL

17. Frieden B. R. Evaluation, design and extrapolation methods for optical signals, based on the use of the prolate functions (ed. E. Wolf). In Progress in Optics. Amsterdam: North Holland. 1971. 9: p. 312-407.

18. Damaschun G., Puerschel H. V. and Mueller J. J. Ueber die Messstrategie bei der Untersuchung der Roentgen-Kleinwinkelstreuung von verduennten monodispersen Loesungen von Makromolekuelen. Monatshefte fuer Chemie. 1968. 99: p. 2343-2348.

19. Moore P. B. Small-angle scattering : information content and error analysis. Journal of Applied Crystallography. 1980.13: p. 168-175.

20. Taupin D. and Luzatti V. Informational content and retrieval in solution scattering studies I Degrees of freedom and data reduction. Journal of Applied Crystallography. 1982.15: p.289-300.

21. Stuhrmann H.B. Interpretation of small-angle scattering of dilute solutions and gases. A representation of the structures related to a one-particle scattering functions. Acta Cryst. 1970. A26: p. 297-306.

22. Svergun, D.I., Volkov, V.V., Kozin, M.B., Stuhrmann, H.B., Barberato, C. & Koch, M.H.J. Shape determination from solution scattering of biopolymers. J. Appl. Crystallogr. 1997 30, p. 798-802.

23. Svergun D.I. and Stuhrmann H.B. New developments in direct shape determination from small-angle scattering 1. Theory and model calculations. Acta Crystallogr. 1991. A47: p. 736-744.

24. Svergun D.I., Volkov V.V., Kozin M.B. and Stuhrmann H.B. New developments in direct shape determination from small-angle scattering 2. Uniqueness. Acta Crystallogr. 1996. A52: p. 419 426.

25. Svergun D.I. Restoring three-dimensional structure of biopolymers from solution scattering. J. Appl. Crystallogr. 1997. 30: p. 792-797.

26. Svergun D.I. et al. Shape determination from solution scattering of biopolymers. J. Appl. Crystallogr. 1997. 30: p. 798-802.

27. Chacon P. et al. Low-resolution structures of proteins in solution retrieved from X-ray scattering with a genetic algorithm. Biophys J. 1998. 74(6): p.2760-2775.

28. Svergun D.I. Restoring low resolution structure of biological macromolecules from solution scattering using simulated annealing. Biophys J. 1999. 76(6): p. 2879-2886.

29. Walther D., Cohen F.E. and Doniach S., Reconstruction of low-resolution three-dimensional density maps from one-dimensional small-angle X-ray solution scattering data for biomolecules. J. Appl. Crystallogr. 2000. 33: p.350-363.

30. Kirkpatrick S., Gelatt Jr.C.D. and Vecci M.P., Optimization by simulated annealing. Science. 1983. 220: p. 671-680.

31. Bada M., Walther D., Arcangioli В., Doniach S. and Delarue M. Solution structural studies and low-resolution model of the Schizosaccharomyces pombesapl protein. Journal of Molecular Biology. 2000. 300: p.563-574.

32. Vigil D., Gallagher S. C., Trewhella J. and Garcia A. E. Functional dynamics of the hydrophobic cleft in the N-domain of calmodulin. Biophysical Journal. 2001. 80: p.2082-2092.

33. Svergun D.I. A direct indirect method of small-angle scattering data treatment. J. Appl. Crystallogr. 1993. 26: p. 258-267.

34. Press W.H. et al. Numerical Recipes. 1992, Cambridge: University Press.

35. Ingber L. Simulated annealing: practice versus theory. Math. Computer Modeling. 1993. 18: p. 29-57.

36. Kozin M.B. and D.I. Svergun Automated matching of high- and low resolution structural models. J. Appl. Crystallogr., 2001. 34: p. 33-41.

37. Volkov V.V. and Svergun D.I. Uniqueness of ab initio shape determination in * small angle scattering. J. Appl. Crystallogr., 2003. 36: p. 860-864.

38. Svergun D. I., Petoukhov M.V. and Koch M.H. J. Determination of domain structure of proteins from X-ray solution scattering. Biophysical Journal. 2001. 80: p.2946-2953.

39. Petoukhov M.V. and Svergun D.I. New methods for domain structure determination of proteins from solution scattering data. J. Appl. Cryst. 2003. 36: p.540-544.

40. Petoukhov M. V., Eady N. A. J., Brown K.A. and Svergun D. I. Addition of missing loops and domains to protein models using X-ray solution scattering. Biophysical Journal. 2002. 83: p.3113-3125.

41. Svergun D.I., Barberato C. and M.H.J. Koch CRYSOL a program to evaluate X-ray solution scattering of biological macromolecules from atomic coordinates. J. Appl. Crystallogr. 1995. 28: p. 768-773.

42. Fedorov B.A., Voronin L.A. and Ptitsyn O.B. X-ray diffuse scattering by polypeptides and proteins in solution. IV. Consideration of the solvent effect for globular protein solutions. Mol Biol. 1974. 8(5): p. 693-702.

43. Fedorov B.A. and Denisyuk Large scale X-ray diffuse scattering, a new method for investigating changes in the conformation of globular protein in solution. A.I. J. Appl. Cryst. 1978.11: p. 473-477.

44. Svergun D.I. et al., Large differences are observed between the crystal and solution quaternary structures of allosteric aspartate transcarbamylase in the Rstate. Proteins. 1997. 27(1): p. 110-117.

45. Schoenbrunn E. et al., Studies on the conformational changes in the bacterial cell wall biosynthetic enzyme UDP-N-acetyIglucosamine enolpyruvyltransferase (MurA). Eur J Biochem. 1998. 253(2): p. 406-412.

46. Svergun D.I. et al. Protein hydration in solution: experimental observation by x-ray and neutron scattering. Proc Natl Acad Sci USA. 1998. 95(5): p.2267-2272.

47. Lattman E.E. Rapid calculation of the solution scattering profile from a macromolecule of known structure. Proteins. 1989. 5(2): p. 149-155.

48. Edmonds A.R., Angular momentum in quantum mechanics. Investigations in physics. 1957. Princeton, N.J.: Princeton University Press. 4: p. 146.

49. Stuhrmann H.B., Ein neues Verfahren zur Bestimmung der Oberflaechenform und der inneren Struktur von geloesten globularen Proteinen aus

50. Roentgenkleinwinkelmessungen. Zeitschr. Physik. Chem. Neue Folge. 1970. 72:p. 177-198.

51. Bernstein F.C. et al. The Protein Data Bank: a computer-based archival file for macromolecular structures. J Mol Biol. 1977.112(3): p. 535-42.

52. Svergun D.I. et al. A model of the quaternary structure of the Escherichia coli F1 ATPase from X-ray solution scattering and evidence for structural changes in the delta subunit during ATP hydrolysis. Biophys J. 1998. 75(5): p. 2212-2219.

53. Ashton A.W. et al. Pentameric and decameric structures in solution of serum amyloid P component by X-ray and neutron scattering and molecular modelling analyses. J Mol Biol, 1997. 272(3): p. 408-22.

54. Krueger J.K. et al. Structures of calmodulin and a functional myosin light chain kinase in the activated complex: a neutron scattering study. Biochemistry. 1997. 36(20): p. 6017-6023.t

55. Svergun D.I. Mathematical methods in small-angle scattering data analysis.J. Appl. Crystallogr. 1991. 24: p. 485-492.

56. Svergun D.I. et al. Solution scattering from SOS ribosomal subunit resolves inconsistency between electron microscopic models. Proc Natl Acad Sci USA. 1994.91(25): p. 11826-11830.

57. Koenig S. et al. Small-angle X-ray solution-scattering studies on ligand induced subunit interactions of the thiamine diphosphate dependent enzyme pyruvate decarboxylase from different organisms. Biochemistry. 1998. 37(15): p.5329-5334.

58. Kozin M.B., Volkov V.V. and Svergun D.I. ASSA: a program for three dimensional rendering in solution scattering from biopolymers. J. Appl. Crystallogr. 1997. 30: p. 811-815.

59. Kozin M.B. and Svergun D.I. A software system for automated and interactiverigid body modeling of solution scattering data. J. Appl. Crystallogr. 2000. 33: p.775-777.

60. Konarev P.V., Petoukhov M.V. and Svergun D.I. MASSHA a graphic system for rigid body modelling of macromolecular complexes against solution scattering data. J. Appl. Crystallogr. 2001. 34: p. 527-532.

61. Lawson C.L. and Hanson R.J. Solving Least Squares Problems Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall 1974.

62. Koenig S., Svergun D., Koch M. H. J., Huebner G. and Schellenberger A. Synchrotron radiation solution X-ray scattering study of the pH dependence of the quaternary structure of yeast pyruvate decarboxylase№\oc\\Qm\s\.ry. 1992. 31: p.8726-8731.

63. Golub G.H. and Reinsh C. Numer. Math. 1970. 14: p.403-20.

64. Konarev P.V., Volkov V.V., Sokolova A.V., Koch M.H.J, and Svergun, D.I. PRIMUS: a Windows PC-based system for small-angle scattering data analysis. J. Appl. Cryst. 2003. 36: p. 1277-1282.

65. Chen L. L., Hodgson K.O. and Doniach S. A lysozyme folding intermediate revealed by X-ray solution scattering. Journal of Molecular Biology. 1996. 261: p.65 8-671.

66. Perez J., Vachette P., Russo D., Desmadril M. and Durand D. Heat-induced unfolding of neocarzinostatin, a small all-b protein investigated by small angle X-ray scattering. Journal of Molecular Biology. 2001. 308: p.721-743.

67. Laughlin R. B. et al Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2000. 97: p.32-37.

68. Akiyama S., Takahashi S., Kimura Т., Ishimori K., Morishima I.x Nishikawa Y., Fujisawa T. Conformational landscape of cytochrome с folding studied by microsecond-resolved smallangle X-ray scattering. Proc Natl Acad Sci USA. 2002, 99:p. 1329-1334.

69. Segel D.J., Eliezer D., Uversky V., Fink A.L., Hodgson K.O., Doniach S. Transient dimer in the refolding kinetics of cytochrome с characterized by small-angle X-ray scattering. Biochemistry. 1999, 38: p.l5352-15359.

70. Levinthal C. Mossbauer Spectroscopy in Biological Systems ed P DeBrunner et al (Urbana, IL: University of Illinois Press). 1969. p. 22-24.

71. Brooks C.L. Viewing protein folding from many perspectives. Proc Natl Acad Sci USA. 2002. 99: p. 1099-1100.

72. Rochet J-C. and Lansbury P.T.Jr. Amiloid fibrillogenesis: themes and variations. Curr. Opin. Struct. Biol. 2000. 10: p.60-68.

73. Svergun D.I. and Koch M. H. J. Small-angle scattering studies of biological macromolecules in solution. Rep. Prog. Phys. 2003. 66: p. 1735-1782.

74. Koch M.H. J., Vachette P. and Svergun D. I. Small-angle scattering: a view on the properties, structures and structural changes of biological macromolecules in solution Quarterly Reviews of Biophysics. 2003. 36,2: p. 147-227.

75. Svergun D. I. and Koch M. H. J. Advances in structure analysis using small-angle scattering in solution. Cur. Opin. Struct. Biol. 2002.12: p.654-660.

76. Petrascu A.M., Koch M.H.J, and Gabriel A. A beginners' guide to gas-filled proportional detectors with delay line readout J. Macromol. Sci. Phys. 1998. B37(4): p.463-483.

77. Rindl A., Perez-Mendez V.and R.I. Wallace, Nuclear Instrum. and Methods. 1970. 77: p.325.

78. Gabriel A. Position sensitive X-ray detector. Rev. Sci. Instrum. 1977. 48: p.1303

79. Golding F., 2002 Personal communication.

80. Bordas J., Koch M.H.J., Clout P.N., Dorrington E., Boulin C. and Gabriel A. A synchrotron radiation camera and data acquisition system for time resolved x-ray scattering studies. J. Phys. E: Sci. Instrum. 1980. 3: p.938-944.

81. Strunz P., Saroun J., Keiderling U.,Wiedenmann A. and Przenioslo R. General formula for determination of cross-section from measured SANS intensities J.Appl. Cryst. 2000. 33: p.829-833.

82. Bevington P. B. Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences. 1969. New York: McGraw-Hill.

83. Porod G. General Theory, in Small-Angle X-ray Scattering, edited by O.Glatter and O. Kratky. 1982. London: Academic Press.

84. Dennis J., Gay D. and Welsch R. ACM Trans. Math. Soft. 1981. 7: p.348-383.

85. Murzin A.G., Brenner S.E., Hubbard T. and Chothia C. J. Mol. Biol. 1995. 247: p.536-540.

86. Pearl F.M.G., Lee D., Bray J.E., Sillitoe I., Todd A.E., Harrison A.P., Thornton J.M. and Orengo C.A. Nucleic Acids Research. 2000. 28(1): p.277-282.

87. Sokolova A.V., Volkov V.V. and Svergun D.I. Prototype of a database for rapid protein classification based on solution scattering data. J. Appl. Cryst. 2003. 36: p.865-868.

88. Соколова A.B., Волков B.B., Свергун Д.И. База данных для быстрой классификации белков по данным рентгеновского малоулового рассеяния. Кристаллография (2003) №6, 49: 959-964

89. Henrick K., Newman R., Tagari M., Chagoyen M. EMDepia web-based system for the deposition and validation of high-resolution electron microscopy macromolecular structure information. J Struct Biol. 2003. 144: p.228-237.

90. Krissnel, E. and Henrick K. Structure recognition based on a new algorithm for common subgraph isomorphism. Bioinformatics. 2003. in press

91. Krissinel E. and Henrick K. Common subgraph isomorphism detection by backtracking search. Software Practics and Experience, 2004. in press.

92. Holm L. and Sander C. Protein structure comparison by alignment of distance matrices. J. Mol. Biol. 1993. 233: p.123-138.

93. Olsen R. H., Siak J. and Gray R. H. Characteristics of PRD1, a plasmid-ц dependent broad host range DNA bacteriophage. J. Virol. 1974. 14: p.689-699.

94. Bamford D.H. and Mindich L. Structure of the Lipid-Containing Bacteriophage PRD1: Disruption of Wild-Type and Nonsense Mutant Phage

95. Particles with Guanidine Hydrochloride Journal of virology, Dec. 1982, p. 1031-1038.

96. Bamford D.H., Caldentey J. and Bamford J.K.H. Bacteriophage PRDI: a broad host range dsDNA tectivirus with an internal membrane. Adv. Virus Res. 1995.45: p.281-319.

97. Benson S.D., Bamford J.K.H., Bamford D.H. and Burnett R.M. Viral evolution revealed by bacteriophage PRDI and human adenovirus coat protein structures. Cell. 1999. 98: p.825-833.

98. Athappilly F.K., Murali R., Rux J.J., Cai Z. and Burnett R.M. The refined crystal structure ofhexon, the major coat protein of adenovirus type 2, at 2.9 Л resolution. J. Mol. Biol. 1994. 242: p.430-455.

99. Bamford D.H., Caldentey J. and Bamford J.K.H. Bacteriophage PRDI: a broad host range dsDNA tectivirus with an internal membrane. Adv. Virus Res. 1995. 45: p.281-319.

100. Rydman P.S., Caldentey J., Butcher S.J., Fuller S.D., Rutten T. and Bamford D.H. Bacteriophage PRDI contains a labile receptor-binding structure at each vertex. J. Mol. Biol. 1999. 291: p.575-587.

101. Grahn A.M., Caldentey J., Bamford J.K.H. and Bamford D.H. Stable packaging of phage PRDI DNA requires adsorption protein P2, which binds to the IncP plasmid-encoded conjugative transfer complex. J. Bacteriol. 1999. 181: p.6689-6696.

102. Chiu C.Y., Mathias P., Nemerow G.R. and Stewart P.L. Structure of adenovirus complexes with its internalization receptor, integrin. Journal of Virology. August 1999. No. 8, 73: p.6759-6768.

103. Rux J.J. and Burnett R.M. Type-specific epitope locations revealed by X-ray crystallographic study of adenovirus type 5 hexon. Mol. Ther. 2000.1: p. 18-30.

104. Shayakhmetov D.M. and Lieber A. Dependence of Adenovirus Infectivity on Length of the Fiber Shaft Domain. Journal of Virology. November 2000, No. 22. 74: p. 10274-10286.

105. Wu E., Pache L., Von Seggern D.J., Mullen T.-M., Mikyas Y., Stewart P.L. and Nemerow G.R. Flexibility of the Adenovirus Fiber Is Required for Efficient Receptor Interaction. Journal of Virology. July 2003, No. 13, 77: p. 7225-7235

106. Stromsten N.J., Bamford D.H. and Bamford J.K. H. The Unique Vertex of Bacterial Virus PRD1 Is Connected to the Viral Internal Membrane. Journal of Virology. June 2003, No. 11. 77: p. 6314-6321.

107. Caldentey J., Tuma R., Bamford D.H. Assembly of bacteriophage PRD1 spike complex: role of the multidomain protein P5 Biochemistry. 2000. 39: p. 10566 -10573.

108. Кнорре Д.Г., Мызина С.Д. Биологическая химия. 1998. Москва, "Высшая школа".

109. Bloomfield V.A., Dalton W.O. and Van Holde K.E. Frictional coefficients of multisubunit structures. I. Theory. Biopolymers. 1967. 5: p.135-148.

110. Garcia de la Torre J., Building hydrodynamic bead-shell models for rigid bioparticles of arbitrary shape. Biophys. Chem. 2001. 94: p. 265-274.

111. Garcia de la Torre J., Navarro S., Lopez Martinez M.C., Diaz F.G. and Lopez Cascales J.J. HYDRO: a computer software for the prediction of hydrodynamic properties of macromolecules. Biophysical Journal. 1994. 67 (5): p. 530-521.

112. Sokolova A.V., Malfois M., Caldentey J., Svergun D.I., Koch M.H.J, Bamford D.H. and Tuma R. Solution structure of bacteriophage PRDI vertex complex, J. Biol. Chem. No 49, Issue of December, 276: p. 46187 46195.

113. Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рэфф М., Роберте К., Уотсон Дж. Молекулярная биология клетки. 1994. Москва, Мир.

114. Strelkov S.V., Herrmann Н. and Aebi U. Molecular architecture of intermediate fdaments BioEssays. 2003. 25: p. 243-251.

115. Herrmann H, Aebi U. Intermediate filaments and their associates: multitalented structural elements specifying cytoarchitecture and cytodynamics. Curr Opin Cell Biol. 2000.12: p.79-90.

116. Yoon K.H., Yoon M., Moir R.D., Khuon S., Flitney F.W., Goldman R.D. Insights into the dynamic properties of keratin intermediate filaments in living epithelial cells. J Cell Biol. 2001. 153: p.503-516.

117. Steinmetz M.O., Hoenger A., Tittmann P., Fuchs K.H., Gross H., Aebi U. An atomic model of crystalline actin tubes: combining electron microscopy with X-ray crystallography. J. Mol. Biol. 1998. 278: p.703-711.

118. Nogales E., Wolf S.G., Downing K.H. Structure of the alpha beta tubulin dimer by electron crystallography. Nature. 1998. 391: p. 199-203.

119. Gigant В., Curmi P.A., Martin-Barbey C., Charbaut E., Lachkar S., Lebeau L., Siavoshian S., Sobel A., Knossow M. The 4 Angstroms X-ray structure of a tubulin: stathmin-like domain complex. Cell. 2000. 102: p.809-816.

120. Parry D.A.D. and Steinert P.M. Intermediate filament structure. 1995. Springer, Berlin.

121. Fuchs E., Weber K. Intermediate filaments: structure, dynamics, function, and disease. Annu Rev Biochem. 1994. 63: p.345-382.

122. Geisler N., Weber K. The amino acid sequence of chicken muscle desmin provides a common structural model for intermediate filament proteins. EMBO J. 1982. 1: p.1649-1656.

123. Sasse В., Aebi U. and Stuurman N. A tailless Drosophila lamin Dmo fragment reveals lateral associations of dimmers. J.Structural Biology. 1998.123: p.56-66.

124. Parry D.A.D., Steinert P.M. Intermediate filaments: molecular architecture, assembly, dynamics and polymorphism. Q Rev Biophys. 1999. 32: p. 99-187.

125. Heins S., Aebi U. Making heads and tails of intermediate filament assembly, dynamics and networks. Curr Opin Cell Biol. 1994. 6: p. 25-33.

126. Lupas A. Coiled coils: new structures and new functions. Trends Biochem Sci. 1996. 21: p.375-382.

127. Burkhard P., Stetefeld J., Strelkov S.V. Coiled coils: a highly versatile protein folding motif. Trends Cell Biol. 2001.11: p.82-88.

128. Crick F.H.C. Is alpha-keratin a coiled coil. Nature. 1952. 170: p.882-883.

129. Strelkov S.V., Herrmann H., Geisler N., Wedig Т., Zimbelmann R., Aebi U., Burkhard P. Conserved segments IA and 2 В of the intermediate filament dimer: their atomic structures and role in filament assembly. EMBO J. 2002. 21: p. 12551266.

130. Herrmann H. et al. The intermediate filament protein consensus motif of helix 2B: its atomic structure and contribution to assembly. J Mol Biol. 2000. 298: p.817-832.

131. Strelkov S.V., Herrmann H., Geisler N., Lustig A., Ivaninskii S., Zimbelmann R., Burkhard P., Aebi U. Divide-and-conquer crystallographic approach towards an atomic structure of intermediate filaments. J Mol Biol. 2001. 306: p.773-781.

132. Soellner P., Quinlan R.A., Franke W.W. Identification of a distinct soluble subunit of an intermediate filament protein: tetrameric vimentin from living cells. Proc Natl Acad Sci USA. 1985. 82: p.7929-7933.

133. Herrmann H., Aebi U. Intermediate filament assembly: temperature sensitivity and polymorphism. Cell Mol Life Sci. 1999. 55: p. 1416-1431.

134. Hermann H., Hesse M., Reichenzeller M., Aebi U., Magin T.M. Functional Complexity of Intermediate Filament Cytoskeletons: from structure to assembly to gene ablation. International review of cytology. 2003. 233, p.83-175

135. Parry D.A., Marekov L.N., Steinert P.M. Subfilamentous profibril structures in fibrous proteins. J Biol Chem. 2002. 276: p. 39253-39258.

136. Aebi U., Fowler W.E., Rew P., Sun T.T. The fibrillar substructure of keratin filaments unraveled. J Cell Biol. 1983. 97: p. 1131-1143.

137. Herrmann H., Aebi U. Intermediate filament assembly: fibrillogenesis is driven by decisive dimer-dimer interactions. Curr Opin Struct Biol. 1998. 8: p. 177-185.

138. Geisler N., Schunemann J., Weber K. Chemical cross-linking indicates a staggered and antiparallel protofilament of desmin intermediate filaments and characterizes one higher-level complex between protofilaments. Eur J Biochem. 1992. 206: p.841-852.

139. Steinert P.M., Marekov L.N., Parry D.A. Diversity of intermediate filament structure. Evidence that the alignment of coiled-coil molecules in vimentin is different from that in keratin intermediate filaments. J Biol Chem. 1993. 268: p.24916-24925.

140. Sali A., Glaeser R., Earnest Т., Baumeister W. From words to literature in structuralproteomics. Nature. 13 march 2003. 422: p.216 224.

141. Sanchez R., Pieper U., Melo F., Eswar N., Marti-Renom M.A., Madhusundhan M.S.,Mirkovic N., Sali A. Protein structure modeling for structural genomics. Nature. November 2000. p. 986 990.

142. Jones D.T. Protein structure prediction in the postgenomic era. Current opinion in structural biology. 2000.10: p.371 379.

143. Brenner S.E., Levitt M. Expectations from structural genomics. Protein Science. 2000. 9: p.197 200.154. Соколова A.B.

144. Тезисы Конференции студентов и аспирантов по химии и физике биополимеров. (Пущино, Россия) Июнь 1999, с.30

145. Свергун Д.И., Волков В.В., Кёниг С., Козин М.Б., Кох М., Мелик-Адамян В.Р., Петухов М.В., Соколова А.В.

146. Тезисы Второго биофизического съезда (Москва) Август 1999, с.20-21

147. Соколова А.В., Свергун Д.И., Тума Р.

148. Тезисы Третьей национальной конференции по применению рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследования материалов «РСНЭ-2001» (Москва) май, 2001, с.277

149. Sokolova A.V., Volkov V.V., Svergun D.I.

150. Тезисы конференции "SAS 2002": XII International conference on Small-Angle Scattering. August 2002, Venice, Italy, p. 176

151. Соколова A.B, Стрелков C.B, Свергун Д.И.

152. Тезисы Четвертой национальной конференции по применению рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследования материалов «РСНЭ-2003» (Москва) ноябрь 2003, с. 304

153. Соколова А.В., Волков В.В., Свергун Д.И.

154. Тезисы Четвертой национальной конференции по применению рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследования материалов «РСНЭ-2003». (Москва) ноябрь 2003, с. 322

155. Петухов М.В., Соколова А.В., Конарев П.В., Козин М.Б., Волков В.В., Свергун Д.И.

156. Тезисы Четвертой национальной конференции по применению рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследования материалов «РСНЕ-2003» (Москва) ноябрь 2003, с. 348

157. Zou P., Gautel М., Geerlof М., Wilmanns М., Koch М. Н. J. and Svergun D. I. Solution scattering suggests cross-linking function of telethonin in the complex with titin. J. Biol. Chem. 2003. 278: 2636-44.