Роль липидной мембраны в процессе димеризации трансмембранных доменов гликофорина A тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.01.02, кандидат наук Кузнецов, Андрей Сергеевич

• Кузнецов, Андрей Сергеевич
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Кузнецов, Андрей Сергеевич

Оглавление

Введение

Актуальность темы исследования

Цель и задачи работы

Научная новизна результатов и практическая значимость работы

Положения, выносимые на защиту

Апробация результатов

Основное содержание

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Рецепторные системы клетки и роль трансмембранных (ТМ) доменов

1.2. Концепция мотивов димеризации. Гликофориновый мотив

1.3. Структура трансмембранного димера гликофорина А и её особенности

1.4. Роль липидной мембраны в процессах димеризации мембранных белков

1.5. Методы изучения олигомеризации ТМ-доменов мембранных белков

1.6. Предсказание пространственной структуры мембранных белков с помощью

вычислительных методов

1.6.1. Поиск предполагаемых трансмембранных доменов в аминокислотных

последовательностях

1.6.2. Моделирование структуры мембранных белков по гомологии

1.6.3. Предсказание пространственной структуры димеров и олигомеров

а-спиральных доменов в мембранном окружении

1.6.4. Особенности учёта мембранного окружения при предсказании

структуры мембранных белков

1.7. Оценка свободной энергии ассоциации трансмембранных доменов белков в

липидном бислое с помощью компьютерного моделирования

1.8. Использование "крупнозернистого" приближения для моделирования

динамики мембранных белков

1.9. Заключение

Глава 2. Материалы и методы

2.1. Аминокислотные последовательности пептидов и состав модельных мембран

2.2. Построение моделей пространственной структуры изучаемых систем

2.2.1. Построение моделей липидных мембран без пептидов

2.2.2. Построение моделей мономеров ТМ-пептидов

2.2.3. Построение моделей димеров ТМ-пептидов

2.3. Расчёты траекторий молекулярной динамики

2.3.1. Оценка стабильности мономеров и димеров в липидном бислое

2.3.2. Расчёты свободной энергии ассоциации а-спиралей

2.3.3. Разложение профилей свободной энергии димеризации на компоненты 51 2.3.4 Расчёты свободной энергии ассоциации а-спиралей в "крупнозернистом" представлении

2.4. Расчёты распределения плотности липидов в продольных срезах бислоя

2.5. Расчёты распределения плотности липидов в цилиндрических координатах

2.6. Оценка гетерогенности распределений плотности липидов

Глава 3. Результаты

3.1. Стабильность пептидов в липидном бислое

3.2. Роль аминокислотной последовательности в димеризации трансмембранных доменов

3.2.1. Природная последовательность GpA как пример оптимизации белок-белковых взаимодействий

3.2.2. Искусственные пептиды проявляют разный характер в белок-белковых

и белок-липидных взаимодействиях

3.2.3. Точечные мутации G83A и T87V по-разному влияют на димеризацию GpA

3.2.4. "Крупнозернистое" представление теряет часть информации о взаимодействиях в димере GpA

3.2.5. Роль состава липидного бислоя

3.3. Распределение свойств липидной мембраны вблизи поверхности пептидов

3.3.1. Мономеры GpA, PolyALA и Ро1уЬЕи связывают липиды на своей поверхности

3.3.2. Особенности взаимодействия липидов с димерами GpA, PolyALA и Ро1уЬЕи

3.3.3. Распределение средней по времени плотности липидов вблизи поверхности белка

3.4. Изменение степени гетерогенности распределений плотности липидов при димеризации белков

Глава 4. Обсуждение

4.1. Различный механизм влияния мутаций на димеризацию ТМ-доменов GpA

4.2. Влияние состава мембраны на димеризацию GpA и его мутантных форм

4.3. Приближения вычислительного подхода, анализ сходимости результатов

4.4. Взаимное влияние белков и мембраны друг на друга

Заключение

Выводы

Список сокращений

Список опубликованных работ по теме диссертации

Список литературы

Благодарности

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Роль липидной мембраны в процессе димеризации трансмембранных доменов гликофорина A»

Введение

Клеточная мембрана является сложно организованной системой, включающей в себя не только липидный бислой, но и множество мембранных белков (МБ). Белок-белковые взаимодействия играют ключевую роль в функционировании большинства МБ и, в особенности, рецепторных тирозинкиназ (РТК). Трансмембранные (ТМ) домены имеют особо важное значение в работе рецепторных и транспортных белков клетки и во многих случаях представлены одной или несколькими а-спиралями, взаимодействующими между собой в мембранном окружении. Таким образом, спираль-спиральные взаимодействия лежат в основе работы мембранных систем клетки и заслуживают особого внимания. Нарушение этих взаимодействий из-за точечных мутаций или других факторов может приводить к формированию неправильных конформаций белков, являющихся полностью неактивными, либо, наоборот, постоянно активированными. И то, и другое может приводить к развитию патологических состояний организма, например, раку, болезни Альцгеймера или диабету. Для воздействия на такие состояния важно детально понимать принципы упаковки ТМ-доменов белков. Поиск способов регуляции спираль-спиральных взаимодействий невозможен без описания механизмов их функционирования на молекулярном уровне, поэтому они являются объектом исследования во многих работах последних десятилетий. Показано, что для целого ряда белков характерно наличие специфических аминокислотных последовательностей, расположенных на интерфейсе димеризации их ТМ-доменов и называемых "мотивами димеризации". К настоящему моменту известно, что, помимо непосредственного взаимодействия аминокислотных остатков, в процессе димеризации ТМ-доменов принимает непосредственное участие липидная мембрана, ранее считавшаяся инертной матрицей. Однако, несмотря на достигнутый к настоящему моменту прогресс, ряд вопросов всё ещё остаётся нерешённым. Так, не до конца ясен механизм действия того или иного локального мембранного окружения на встроенные в него белки, а также роль периферийных аминокислотных остатков в последовательности ТМ-доменов. В то же время, знание механизма ассоциации а-спиралей в мембране на молекулярном уровне необходимо для понимания путей влияния на активацию РТК и для разработки новых фармакологических средств, в частности, белковой природы. Такие новые "пептиды-перехватчики" считаются очень перспективными, поскольку представляют собой принципиально новый класс лекарств, взаимодействующих непосредственно с ТМ а-спиралями целевых белков. В настоящее время экспериментально доказана возможность создания подобных молекул, однако для большинства из них молекулярный механизм действия до сих пор остаётся неясным.

Поскольку мембранные белки являются сложными объектами для исследования экспериментальными методами структурной биологии, в настоящей работе применяли хорошо

зарекомендовавший себя метод компьютерного моделирования и комплексный анализ поведения системы белок-мембрана на атомарном уровне. Это позволило разделить роли различных подсистем, а также варьировать параметры мембранного окружения, что трудно сделать напрямую в эксперименте. В частности, использование методов компьютерного моделирования позволило оценить свободную энергию ассоциации а-спиралей с различными последовательностями в модельных мембранах разного состава, выделить энергетические вклады определённых типов взаимодействий и, в результате, сделать вывод о роли окружения в димеризации ТМ-спиралей. Выбранный способ описания системы позволил также провести детальное исследование свойств липидного окружения вблизи мономерных и димерных форм ряда ТМ-пептидов.

В качестве основного объекта исследования выбрали а-спиральный ТМ-сегмент гликофорина А человека (GpA). Этот белок является удобной моделью для разработки новых вычислительных методов анализа спонтанной ассоциации спиральных доменов в мембранном окружении. Именно для него получена первая пространственная структура ТМ-димера, давшая начало развитию концепции "мотивов димеризации". Известны эффекты широкого набора точечных мутаций в ТМ-домене GpA на степень его димеризации. Большинство из описанных мутантных форм этого белка имеют пониженную склонность к спонтанной ассоциации, что может быть объяснено в рамках концепции "мотивов димеризации". Тем не менее, несколько мутаций затрагивают остатки, не лежащие на интерфейсе взаимодействия мономеров, но оказывают влияние на формирующийся димер. Механизм их воздействия до конца не ясен. Также актуальным остаётся вопрос о роли мембранного окружения в данном процессе и о механизме непосредственного воздействия липидного бислоя на свойства формируемого димера.

Актуальность темы исследования

К настоящему времени накоплено много теоретических и экспериментальных данных о взаимодействии ТМ-доменов различных белков в мембранном окружении. Более того, экспериментально доказано, что липидный бислой способен тем или иным образом влиять на свойства формирующихся димеров и олигомеров ТМ-сегментов. Это, в свою очередь, непосредственно связано с механизмом активации таких белков как рецепторные тирозинкиназы (РТК), являющихся жизненно важными компонентами функционирования клеток организма. Поскольку с их дисфункцией связано развитие таких опасных патологий, как рак и диабет II типа, и нарушений развития организма, эти белки находятся под пристальным вниманием современных исследователей. Общепринятым фактом является непосредственное участие ТМ-доменов мембранных рецепторов в активации и последующей передаче сигнала через мембрану. Это справедливо как для РТК, так и для более сложных объектов, например, G-белок сопряжённых рецепторов (GPCR). Механизм взаимодействия спиральных доменов в липидном окружении, таким образом, является основополагающим для работы широкого класса белковых молекул. Более того, экспериментально продемонстрирована возможность воздействия на них с помощью специально сконструированных ТМ "пептидов-перехватчиков", которые могут как активировать, так и инактивировать тот или иной целевой белок. Основным преимуществом такого подхода считается воздействие на одну конкретную молекулярную мишень (так называемая "таргетная терапия"). Влияние на уровне ТМ-доменов, в свою очередь, позволяет решать проблему полностью нефункционального внеклеточного домена, нечувствительного к внешним воздействиям. Также возможно инактивировать онкогенные формы РТК с мутациями в ТМ-доменах. Несмотря на весь достигнутый прогресс в этой области, нет полного понимания механизма воздействия окружения на мембранные белки. В частности, концепция "мотивов димеризации" выглядит устаревшей на фоне имеющихся научных достижений. Несмотря на растущее число фактов обнаружения функционально значимых сайтов связывания липидных молекул у крупных рецепторов GPCR и ионных каналов, поиск подобных объектов у РТК практически не ведётся. Тем не менее, описано значительное влияние состава и свойств липидного окружения на процесс димеризации одиночных ТМ-доменов. Разработка же перспективных "перехватчиков" димеризации ТМ-доменов РТК в настоящее время базируется на поиске оптимальных фрагментов ТМ-сегментов природных мембранных белков и методов их доставки. Поиск возможных мутаций для повышения склонности к ассоциации ТМ-пептидов осуществляется, по большей части, в рамках рассмотрения исходных аминокислотных последовательностей, поиска мотивов димеризации в них и попыток улучшить непосредственные белок-белковые контакты. Мембране в этом процессе отводят второстепенное

значение, поэтому задача подстройки ТМ-пептида под свойства мембраны остаётся нерешённой.

Гликофорин А считается хорошей моделью для изучения димеризации ТМ-спиралей по так называемому "гликофориновому мотиву", одному из самых широко распространённых типов упаковки ТМ-димеров. Такая упаковка детально описана с точки зрения формирования белок-белковых контактов, доказана важность формирования межмолекулярных водородных связей. В рамках концепции "мотивов димеризации" проведён широкий скрининг мутантных форм и описаны эффекты точечных замен аминокислотных остатков. Однако большая часть из приведённых в литературе данных никак не обсуждается в терминах взаимодействий белок-мембрана. Рассмотрение роли липидного бислоя выглядит целесообразным в соответствии с последними данными о кластеризации липидов и о наличии сайтов связывания липидов у других мембранных белков. Имеющиеся в распоряжении экспериментальные методы лишь ограниченно позволяют оценивать взаимное влияние белков и их мембранного окружения, поэтому перспективными в этом направлении являются методы компьютерного моделирования. Для оценки структурно-динамических параметров мембранных систем существует много детально разработанных алгоритмов. Различные варианты метода молекулярной динамики демонстрируют возможность детектирования отдельных "нанокластеров", состоящих из нескольких липидных молекул в бислое, а также позволяют наблюдать формирование довольно крупных рафтоподобных структур в мембранах сложного состава в присутствии встроенных в бислой белков и модельных пептидов. Развитие этих подходов позволит лучше понять основные принципы, лежащие в основе белок-липидного взаимодействия, и, следовательно, дополнить существующие данные о механизме димеризации ТМ-спиралей в липидных мембранах.

Настоящее исследование затрагивает актуальную тему современной молекулярной биологии, рассматривает фундаментальные проблемы белок-белкового взаимодействия в мембранах и использует для решения поставленных задач современные методы компьютерного моделирования. Полученные в настоящей работе результаты лягут в основу нового метода анализа свойств липидного окружения ТМ-доменов РТК и других белков в компьютерном эксперименте. В частности, детальное исследование белок-липидных взаимодействий позволит в широком смысле описывать влияние точечных мутаций в ТМ-доменах на их димеризацию и может быть применено для поиска новых модуляторов активности РТК. Также это позволит характеризовать перспективные "пептиды-перехватчики" в терминах их совместимости с мембранным окружением и таким образом проводить дополнительную оптимизацию их аминокислотной последовательности перед процедурой их химического синтеза и экспериментального тестирования.

Цель и задачи работы

Целью настоящей работы являлось изучение на молекулярном уровне различных факторов, влияющих на димеризацию трансмембранных а-спиралей белков, в первую очередь, мембранного окружения на примере гликофорина А человека (GpA), его мутантных форм и модельных пептидов. Были поставлены следующие задачи:

1. Сравнить структурно-динамические параметры мономеров и димеров трансмембранных доменов GpA с искусственными полипептидами на основе полиаланина и полилейцина и с мутантными формами GpA T87V и G83A.

2. Количественно оценить свободную энергию ассоциации исследуемых трансмембранных пептидов и получить вклады в неё различных типов межмолекулярных взаимодействий.

3. Произвести декомпозицию свободной энергии димеризации по аминокислотным остаткам пептидов — рассчитать их индивидуальные вклады в полную энергию и таким образом оценить влияние точечных мутаций на димеризацию GpA.

4. Провести анализ свойств мембраны вблизи встроенных молекул белка, выявить сайты связывания различных фрагментов липидов на поверхности мономеров и димеров трансмембранных спиралей и произвести оценку энтропийного вклада мембранного окружения в димеризацию белка.

Научная новизна результатов и практическая значимость работы

Настоящая работа призвана ответить на ряд актуальных вопросов о взаимном влиянии ТМ-доменов белков и их ближайшего липидного окружения. Для разработки и тестирования методик описания такого влияния была выбрана наиболее широко известная модельная система: ТМ-домен гликофорина А человека ^рА), для которого имеются подробные данные о влиянии широкого набора точечных мутаций на процесс димеризации, однако молекулярный механизм их влияния на формирование димера остаётся непонятным. В частности, описанные в литературе мутации в его ТМ-домене обсуждаются преимущественно с точки зрения нарушения белок-белковых контактов между аминокислотными остатками, лежащими на интерфейсе димеризации, что хорошо согласуется с концепцией "мотивов димеризации", а вопрос их влияния на свойства липидного бислоя остаётся без внимания. Тем не менее, существует ряд фактов, говорящих в пользу непосредственного участия мембраны в процессах белок-белкового взаимодействия. Таким образом, ранее полученные данные нуждаются в уточнении и дополнительном обсуждении в рамках новой концепции. Выбранные в настоящей работе модельные объекты могут рассматриваться как характерные примеры ТМ-пептидов, встречающихся в природе.

В настоящей работе разработан и апробирован метод декомпозиции (разделения на компоненты) профилей свободной энергии ассоциации трансмембранных доменов в мембранном окружении на примере ТМ-доменов GpA и модельных пептидов. Показана возможность выделения энергетических вкладов взаимодействий белок-белок, белок-липид и белок-вода как для целых пептидов, так и для их фрагментов и отдельных аминокислотных остатков, входящих в их состав. Целесообразность такого разделения продемонстрирована при рассмотрении двух точечных мутаций в аминокислотной последовательности GpA: несмотря на то, что обе мутации расположены в области интерфейса димеризации ТМ-доменов, одна из них оказывает значительный эффект на белок-липидные взаимодействия, вызывая незначительное изменение параметров упаковки и перераспределение энергетических вкладов между отдельными остатками.

С помощью метода декомпозиции показано, что липидное окружение вносит значительный вклад в свободную энергию димеризации гликофорина А. При этом природная последовательность является оптимизированной для не только для формирования прочных белок-белковых связей, но и для взаимодействия с мембранным окружением.

Впервые показано, что мутантные формы G83A и T87V гликофорина А реализуют различные механизмы нарушения димеризации: первая значительно ухудшает взаимодействия с липидным окружением, а вторая непосредственно влияет на белок-белковые контакты. Ранее обе

этих мутации были предложены и описаны в рамках концепции "мотивов димеризации", и влияние мембраны в их проявлении никак не учитывалось.

Для полипептидов на основе полиаланина и полилейцина выявлены различные физические основы процесса их димеризации: белок-белковые взаимодействия для первого и липид-индуцируемая ассоциация для второго. Несмотря на то, что оба этих полипептида образуют "слабые" димеры, выбранный метод позволил выявить у них основные факторы, способствующие димеризации.

Разработан метод анализа распределения средней плотности липидов вблизи встроенных в бислой трансмембранных пептидов, позволяющий производить количественные оценки гетерогенности свойств липидов и энтропийного вклада в энергию димеризации белков.

Высказана гипотеза о наличии на поверхности димера гликофорина А сайтов связывания ацильных цепей липидов, которые, как предполагается, дополнительно стабилизируют структуру данного димера.

Научная новизна подтверждается публикациями основных результатов диссертационной работы в виде 4 статей в международных реферируемых научных журналах. Результаты настоящей работы были представлены на многих международных и всероссийских симпозиумах и конференциях по направлениям изучения белков и пептидов, биомембран, разработке и применению методов компьютерного моделирования в молекулярной биологии.

Разработанные в рамках настоящей работы протоколы моделирования и алгоритмы обработки полученных данных позволяют проводить детальный анализ свойств липидного окружения вблизи мембранных белков, оценивать изменения свободной энергии и энтропии системы белок-мембрана в процессе ассоциации трансмембранных пептидов. Это позволит выявлять новые сайты связывания липидных молекул и описывать их роль в функционировании белков. Также предложен метод количественной оценки влияния каждого аминокислотного остатка на димеризацию ТМ-спиралей и показано, что периферические (т.е. не лежащие на интерфейсе димеризации) остатки могут играть важную функциональную роль. Детальное изучение белок-липидных взаимодействий при рациональном дизайне "пептидов-перехватчиков" и других терапевтических агентов, нацеленных на мембранные белки, позволит дополнительно повысить их эффективность и селективность.

Положения, выносимые на защиту

1. Показано, что для гликофорина А и ряда модельных пептидов разделение свободной энергии димеризации ТМ а-спиралей в мембранном окружении на компоненты, соответствующие взаимодействиям типа белок-белок и белок-окружение для отдельных аминокислотных остатков, позволяет охарактеризовать энергетические параметры образующихся димеров более детально, чем в стандартных подходах.

2. Предложены два базовых механизма спонтанной ассоциации ТМ-пептидов в липидном бислое и показано, что природная аминокислотная последовательность GpA оптимально сочетает в себе оба из них. При этом с помощью точечных аминокислотных замен можно непосредственно влиять на каждый из компонентов, стабилизирующих ТМ-димеры в мембранах.

3. Выявлены сайты связывания липидов на поверхности мономеров природных ТМ-доменов GpA и модельных пептидов и показано, что у мономеров они соответствуют потенциальным мотивам димеризации, а в случае димеров липиды способствуют стабилизации пространственной структуры.

4. Липидная мембрана выступает в качестве активной среды, обеспечивающей взаимодействие ТМ-пептидов и модулирующей их склонность к ассоциации в зависимости от аминокислотной последовательности.

Апробация результатов

Результаты настоящей работы были представлены на следующих международных симпозиумах и конференциях:

• "Вычислительные методы в материаловедении и науках о жизни" (KSCMBS-2016, г. Худжанд, Таджикистан, 2016)

• "Biomembranes 2016: Mechanisms of Aging and Age-Related Diseases" (г. Долгопрудный, 2016)

• "4th IGER International Symposium on Science of Molecular Assembly and Biomolecular Systems" (г. Нагоя, Япония, 2015)

• "Structure and Functions of Biomembranes" (г. Долгопрудный, 2014)

• 7-й российско-японский международный семинар по методам моделирования в материаловедении и биологических науках MSSMBS-2014 (г. Москва, 2014)

• международный семинар "Computational and Theoretical Modeling of Biomolecular Interactions" (г. Дубна, 2013)

• 5-й российско-японский международный семинар по методам моделирования в материаловедении и биологических науках MSSMBS-2012 (г. Дубна, 2012)

Результаты были представлены на следующих всероссийских конгрессах и конференциях:

• "Человек и лекарство" (г. Москва, 2016)

• "Актуальные проблемы биологической физики и химии БФФХ-2016" (г. Севастополь, 2016)

• XXVIII зимняя молодёжная научная школа "Перспективные направления физико-химической биологии и биотехнологии" (г. Москва, 2016)

• V съезд биофизиков России (г. Ростов-на-Дону, 2015)

• VII российский симпозиум "Белки и пептиды" (г. Новосибирск, 2015)

• "Ломоносов-2014" (г. Москва, 2014)

• 55-й научная конференция МФТИ (г. Долгопрудный, 2012)

Структура диссертации

Диссертация состоит из Введения; раздела "Основное содержание", включающего главы: "Обзор литературы", "Материалы и методы", "Результаты" и "Обсуждение"; Заключения; Выводов; Списка используемых сокращений; Списка опубликованных работ по теме диссертации; и Списка литературы. Число страниц 103, рисунков 32, таблиц 7, ссылок 162.

Основное содержание Глава 1. Обзор литературы 1.1. Рецепторные системы клетки и роль трансмембранных (ТМ) доменов

Биологические мембраны - это один из древнейших компонентов живых систем. Основной и важнейшей функций плазматической мембраны клетки является барьерная. Плазматическая мембрана отделяет цитоплазму клетки от внешней среды и является непроницаемой для большинства химических веществ, что позволяет поддерживать внутри неё постоянные условия среды. Ключевую роль в формировании барьера играют молекулы липидов. Однако это не единственная функция мембраны. Так как клеткам необходимо взаимодействовать друг с другом и с внешней средой, в составе мембраны содержится множество мембранных белков (МБ), созданных для этих целей. Среди них есть рецепторы, отвечающие за передачу сигналов, транспортные белки и каналы, осуществляющие транспорт ионов и молекул (включая воду), белки-маркеры, участвующие в клеточном распознавании, структурные белки и многие другие. Факторы внешней среды имеют различную физическую и химическую природу, при этом сигнальным молекулам необходимо проникнуть через плазматическую мембрану клетки, чтобы произвести необходимый эффект. Некоторые из них (гидрофобные молекулы) способны преодолеть этот барьер самостоятельно и непосредственно влиять на внутриклеточные компоненты, тогда как для других мембрана является непреодолимым препятствием [1-4]. Для распознавания внешних сигналов (преимущественно химической природы) клетка включает в состав мембраны специализированные белки-рецепторы, которые при взаимодействии с лигандом во внеклеточной среде инициируют каскады химических реакций на внутренней стороне мембраны, приводящие в результате к активации того или иного клеточного ответа [5]. Около четверти всех белков, производимых живой клеткой, являются мембранными [6]. Этот огромный класс молекул, в свою очередь, делится на два подкласса по типу структурной организации: периферические и интегральные МБ. Первые находятся на поверхности мембраны и прикреплены к ней за счёт невалентных взаимодействий с полярными головками липидов или другими МБ. Некоторые из них содержат гликозилфосфатидилинозитольный (ГФИ) "якорь", удерживающийся в гидрофобной области мембраны. Среди интегральных МБ, пронизывающих мембрану насквозь, выделяют битопические и политопические, при этом у первых полипептидная цепь пересекает мембрану один раз, а у вторых — несколько (рисунок 1). Благодаря такой организации, они способны выполнять рецепторные и транспортные функции. Большинство МБ работают в составе супрамолекулярных комплексов, в основе формирования которых лежат белок-белковые взаимодействия.

Периферический (монотопический) белок

Связанная Оли го сахар ид , вода

Фосфолипид Холестерин

Липидный бислой

в-бело к

Периферический сопряженный (монотопический) рецептор белок

Ионный

Рецепторная тирозинкиназа

Рисунок 1. Схематичное изображение устройства клеточной мембраны. Синим цветом показаны различные типы мембранных белков. Красным и оранжевым — полярные головки молекул липидов, жёлтым — их ацильные цепи. Зелёным цветом отмечены олигосахариды в составе гликопротеинов и ганглиозидов. Голубым окрашены связанные молекулы воды, фиолетовым — ионы.

В составе интегральных МБ выделяют внеклеточный, трансмембранный (ТМ) и цитоплазматический домены. У рецепторных белков во внеклеточном домене происходит узнавание и связывание лиганда, а внутриклеточный домен является отправной точкой для каскада химических реакций. ТМ-домен служит для закрепления белка в мембране и поддержания его правильной ориентации, но может обладать и рядом специальных функций. Поскольку большинство МБ ответственны за поток веществ и информации через клеточную мембрану, нарушения в их функционировании приводят к развитию патологических состояний организма, и все такие МБ являются потенциальными мишенями действия фармакологических средств [5; 7; 8]. Перспективным считается непосредственное воздействие на ТМ-домены МБ как на одну из наиболее функционально значимых частей этих молекул. Зачастую нарушение работы МБ связано с точечными мутациями в ТМ-сегментах, что, в свою очередь, приводит к нарушению белок-белковых взаимодействий в мембране. В этой ситуации классическое воздействие на внеклеточные лиганд-связывающие домены может не давать желаемого эффекта, поскольку сигнал от них не может быть передан внутрь клетки через неверно функционирующий ТМ-домен. Также на плазматической мембране клетки представлено большое число МБ, при этом существуют близкие формы одних и тех же белков у различных типов клеток, что требует от перспективных терапевтических молекул наличия высокой селективности по отношению к ним. Это, в свою очередь, достижимо только при полном понимании механизма взаимодействия

фармакологического средства с его мишенью на молекулярном уровне. В природе одни и те же лиганды могут связываться с различными белками и таким образом инициировать разные сигнальные пути, поэтому и для терапевтических средств, "нацеленных" на внеклеточные домены, возможны побочные эффекты. Воздействие же на ТМ-домен конкретного белка позволит точечно регулировать его активность. Здесь следует отметить, что часто именно ТМ-домен является вариабельной частью молекулы МБ наряду с внеклеточным доменом. Внутриклеточные домены, наоборот, являются наиболее консервативными, поэтому селективное воздействие на них затруднено.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кузнецов, Андрей Сергеевич, 2017 год

Список литературы

1. Marguet, D. Dynamics in the plasma membrane: how to combine fluidity and order / D. Marguet, P.-F. Lenne, H. Rigneault, H.-T. He // The EMBO Journal. - 2006. - V. 25. - № 15. - P. 34463457.

2. Bagatolli, L.A. An outlook on organization of lipids in membranes: Searching for a realistic connection with the organization of biological membranes / L.A. Bagatolli, J.H. Ipsen, A.C. Simonsen, O.G. Mouritsen // Progress in Lipid Research. - 2010. - V. 49. - № 4. - P. 378-389.

3. Krylov, N.A. Nontrivial behavior of water in the vicinity and inside lipid bilayers as probed by molecular dynamics simulations / N.A. Krylov, V.M. Pentkovsky, R.G. Efremov // ACS nano. -

2013. - V. 7. - № 10. - P. 9428-9442.

4. Goni, F.M. The basic structure and dynamics of cell membranes: An update of the Singer-Nicolson model: Membrane Structure and Function: Relevance in the Cell's Physiology, Pathology and Therapy / F.M. Goni // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes. -

2014. - V. 1838. - № 6. - P. 1467-1476.

5. Regad, T. Targeting RTK Signaling Pathways in Cancer / T. Regad // Cancers. - 2015. - V. 7. -№ 3. - P. 1758-1784.

6. Teese, M.G. Role of GxxxG Motifs in Transmembrane Domain Interactions / M.G. Teese, D. Langosch // Biochemistry. - 2015. - V. 54. - № 33. - P. 5125-5135.

7. Takeuchi, K. Receptor tyrosine kinases and targeted cancer therapeutics / K. Takeuchi, F. Ito // Biological & Pharmaceutical Bulletin. - 2011. - V. 34. - № 12. - P. 1774-1780.

8. Arpel, A. Transmembrane Domain Targeting Peptide Antagonizing ErbB2/Neu Inhibits Breast Tumor Growth and Metastasis / A. Arpel, P. Sawma, C. Spenle, J. Fritz, L. Meyer, N. Garnier, I. Velazquez-Quesada, T. Hussenet, S. Aci-Seche, N. Baumlin, M. Genest, D. Brasse, P. Hubert, G. Cremel, G. Orend, P. Laquerriere, D. Bagnard // Cell Reports. - 2014. - V. 8. - № 6. - P. 17141721.

9. Lemmon, M.A. Cell signaling by receptor-tyrosine kinases / M.A. Lemmon, J. Schlessinger // Cell. - 2010. - V. 141. - № 7. - P. 1117-1134.

10. Pogozheva, I.D. Life at the border: Adaptation of proteins to anisotropic membrane environment / I.D. Pogozheva, H.I. Mosberg, A.L. Lomize // Protein Science : A Publication of the Protein Society. - 2014. - V. 23. - № 9. - P. 1165-1196.

11. Anbazhagan, V. The membrane environment modulates self-association of the human GpA TM domain—Implications for membrane protein folding and transmembrane signaling / V. Anbazhagan, D. Schneider // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes. - 2010. -V. 1798. - № 10. - P. 1899-1907.

12. Ullrich, A. Signal transduction by receptors with tyrosine kinase activity / A. Ullrich, J. Schlessinger // Cell. - 1990. - V. 61. - № 2. - P. 203-212.

13. Hedger, G. The juxtamembrane regions of human receptor tyrosine kinases exhibit conserved interaction sites with anionic lipids / G. Hedger, M.S.P. Sansom, H. Kolds0 // Scientific Reports.

- 2015. - V. 5. - P. 9198.

14. Deyev, I.E. Insulin receptor-related receptor as an extracellular alkali sensor / I.E. Deyev, F. Sohet, K.P. Vassilenko, O.V. Serova, N.V. Popova, S.A. Zozulya, E.B. Burova, P. Houillier, D.I. Rzhevsky, A.A. Berchatova, A.N. Murashev, A.O. Chugunov, R.G. Efremov, N.N. Nikol'sky, E. Bertelli, D. Eladari, A G. Petrenko // Cell Metabolism. - 2011. - V. 13. - № 6. - P. 679-689.

15. Ullrich, A. Human insulin receptor and its relationship to the tyrosine kinase family of oncogenes / A. Ullrich, JR. Bell, E.Y. Chen, R. Herrera, L.M. Petruzzelli, T.J. Dull, A. Gray, L. Coussens, Y.C. Liao, M. Tsubokawa // Nature. - 1985. - V. 313. - № 6005. - P. 756-761.

16. Huse, M. The Conformational Plasticity of Protein Kinases / M. Huse, J. Kuriyan // Cell. - 2002.

- V. 109. - № 3. - P. 275-282.

17. Arkhipov, A. Architecture and Membrane Interactions of the EGF Receptor / A. Arkhipov, Y. Shan, R. Das, N.F. Endres, M P. Eastwood, D.E. Wemmer, J. Kuriyan, D.E. Shaw // Cell. - 2013.

- V. 152. - № 3. - P. 557-569.

18. Bocharov, E.V. Structure of FGFR3 Transmembrane Domain Dimer: Implications for Signaling and Human Pathologies / E.V. Bocharov, D.M. Lesovoy, S.A. Goncharuk, M.V. Goncharuk, K. Hristova, A.S. Arseniev // Structure. - 2013. - V. 21. - № 11. - P. 2087-2093.

19. Mineev, K.S. NMR-based approach to measure the free energy of transmembrane helix-helix interactions / K.S. Mineev, D.M. Lesovoy, D.R. Usmanova, S.A. Goncharuk, M.A. Shulepko, E.N. Lyukmanova, M.P. Kirpichnikov, E.V. Bocharov, A.S. Arseniev // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes. - 2014. - V. 1838. - № 1, Part B. - P. 164-172.

20. Trenker, R. Crystal Structure of the Glycophorin A Transmembrane Dimer in Lipidic Cubic Phase / R. Trenker, M.E. Call, M.J. Call // Journal of the American Chemical Society. - 2015. -V. 137. - № 50. - P. 15676-15679.

21. Li, E. Role of Receptor Tyrosine Kinase Transmembrane Domains in Cell Signaling and Human Pathologies / E. Li, K. Hristova // Biochemistry. - 2006. - V. 45. - № 20. - P. 6241-6251.

22. Bennasroune, A. Transmembrane Peptides as Inhibitors of ErbB Receptor Signaling / A. Bennasroune, M. Fickova, A. Gardin, S. Dirrig-Grosch, D. Aunis, G. Cremel, P. Hubert // Molecular Biology of the Cell. - 2004. - V. 15. - № 7. - P. 3464-3474.

23. Yin, H. Computational design of peptides that target transmembrane helices / H. Yin, J.S. Slusky, B.W. Berger, R.S. Walters, G. Vilaire, R.I. Litvinov, J.D. Lear, G.A. Caputo, J.S. Bennett, W.F. DeGrado // Science - 2007. - V. 315. - № 5820. - P. 1817-1822.

24. Najumudeen, A.K. Receptor tyrosine kinase transmembrane domain interactions: potential target for "interceptor" therapy / A.K. Najumudeen // Science Signaling. - 2010. - V. 3. - Receptor tyrosine kinase transmembrane domain interactions. - № 138. - P. jc6.

25. Lee, J. Insulin Receptor Activation with Transmembrane Domain Ligands / J. Lee, M. Miyazaki, G.R. Romeo, S.E. Shoelson // Journal of Biological Chemistry. - 2014. - V. 289. - № 28. -P. 19769-19777.

26. Bublil, E.M. Interfering with the Dimerization of the ErbB Receptors by Transmembrane Domain-Derived Peptides Inhibits Tumorigenic Growth in Vitro and in Vivo / E.M. Bublil, T. Cohen, C.J. Arnusch, A. Peleg, G. Pines, S. Lavi, Y. Yarden, Y. Shai // Biochemistry. - 2016. -V. 55. - № 39. - P. 5520-5530.

27. Sal-Man, N. The identification of a minimal dimerization motif QXXS that enables homo- and hetero-association of transmembrane helices in vivo / N. Sal-Man, D. Gerber, Y. Shai // The Journal of Biological Chemistry. - 2005. - V. 280. - № 29. - P. 27449-27457.

28. Dawson, J.P. Motifs of serine and threonine can drive association of transmembrane helices / J.P. Dawson, J.S. Weinger, D.M. Engelman // Journal of Molecular Biology. - 2002. - V. 316. - № 3.

- P. 799-805.

29. Li, E. Transmembrane Helix Dimerization: Beyond the Search for Sequence Motifs / E. Li, W.C. Wimley, K. Hristova // Biochimica et Biophysica Acta. - 2012. - V. 1818. - № 2. - P. 183-193.

30. Furthmayr, H. Subunit structure of human erythrocyte glycophorin A / H. Furthmayr, V.T. Marchesi // Biochemistry. - 1976. - V. 15. - № 5. - P. 1137-1144.

31. MacKenzie, K.R. A transmembrane helix dimer: structure and implications / K.R. MacKenzie, J.H. Prestegard, D.M. Engelman // Science - 1997. - V. 276. - A transmembrane helix dimer. -№ 5309. - P. 131-133.

32. Минеев, К.С. Структура димера трансмембранного домена гликофорина А в окружении липидов и детергентов / К.С. Минеев, Э.В. Бочаров, П.Е. Волынский, М.В. Гончарук, Е.Н. Ткач, Я.С. Ермолюк, А.А. Шульга, В.В. Чупин, И.В. Масленников, Р.Г. Ефремов, А.С. Арсеньев // Acta Naturae (русскоязычная версия). - 2011. - Т. 3. - № 2. - С. 94-102.

33. Lemmon, M.A. Glycophorin A dimerization is driven by specific interactions between transmembrane alpha-helices. / M.A. Lemmon, J.M. Flanagan, J.F. Hunt, B.D. Adair, B.J. Bormann, C.E. Dempsey, D.M. Engelman // Journal of Biological Chemistry. - 1992. - V. 267. -№ 11. - P. 7683-7689.

34. Lemmon, M.A. A dimerization motif for transmembrane alpha-helices / M.A. Lemmon, H.R. Treutlein, P.D. Adams, A.T. Brunger, D.M. Engelman // Nature Structural Biology. - 1994. - V. 1.

- № 3. - P. 157-163.

35. Brosig, B. The dimerization motif of the glycophorin A transmembrane segment in membranes: importance of glycine residues. / B. Brosig, D. Langosch // Protein Science : A Publication of the Protein Society. - 1998. - V. 7. - № 4. - P. 1052-1056.

36. Treutlein, H.R. The glycophorin A transmembrane domain dimer: sequence-specific propensity for a right-handed supercoil of helices / H.R. Treutlein, M.A. Lemmon, D.M. Engelman, A.T. Brünger // Biochemistry. - 1992. - V. 31. - № 51. - P. 12726-12732.

37. Senes, A. Statistical analysis of amino acid patterns in transmembrane helices: the GxxxG motif occurs frequently and in association with beta-branched residues at neighboring positions / A. Senes, M. Gerstein, D.M. Engelman // Journal of Molecular Biology. - 2000. - V. 296. - № 3. -P. 921-936.

38. Russ, W.P. TOXCAT: A measure of transmembrane helix association in a biological membrane / W.P. Russ, D.M. Engelman // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1999. - V. 96. - № 3. - P. 863-868.

39. Gaidukov, L. Glycine Dimerization Motif in the N-terminal Transmembrane Domain of the High Density Lipoprotein Receptor SR-BI Required for Normal Receptor Oligomerization and Lipid Transport / L. Gaidukov, A.R. Nager, S. Xu, M. Penman, M. Krieger // The Journal of Biological Chemistry. - 2011. - V. 286. - № 21. - P. 18452-18464.

40. Bocharov, E.V. Unique Dimeric Structure of BNip3 Transmembrane Domain Suggests Membrane Permeabilization as a Cell Death Trigger / E.V. Bocharov, Y.E. Pustovalova, K.V. Pavlov, P.E. Volynsky, M.V. Goncharuk, Y.S. Ermolyuk, D.V. Karpunin, A.A. Schulga, MP. Kirpichnikov, R.G. Efremov, I.V. Maslennikov, A.S. Arseniev // Journal of Biological Chemistry. - 2007. - V. 282. - № 22. - P. 16256-16266.

41. Bocharov, E.V. Spatial Structure and pH-dependent Conformational Diversity of Dimeric Transmembrane Domain of the Receptor Tyrosine Kinase EphA1 / E.V. Bocharov, M.L. Mayzel, P.E. Volynsky, M.V. Goncharuk, Y.S. Ermolyuk, A.A. Schulga, E.O. Artemenko, R.G. Efremov, A.S. Arseniev // The Journal of Biological Chemistry. - 2008. - V. 283. - № 43. - P. 2938529395.

42. Sulistijo, E.S. Structural basis for dimerization of the BNIP3 transmembrane domain / E.S. Sulistijo, K.R. Mackenzie // Biochemistry. - 2009. - V. 48. - № 23. - P. 5106-5120.

43. Yang, J. Structure of an integrin aIIb ß3 transmembrane-cytoplasmic heterocomplex provides insight into integrin activation / J. Yang, Y.-Q. Ma, R.C. Page, S. Misra, E.F. Plow, J. Qin // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2009. -V. 106. - № 42. - P. 17729-17734.

44. Bocharov, E.V. Left-Handed Dimer of EphA2 Transmembrane Domain: Helix Packing Diversity among Receptor Tyrosine Kinases / E.V. Bocharov, M.L. Mayzel, P.E. Volynsky, K.S. Mineev,

E.N. Tkach, Y.S. Ermolyuk, A.A. Schulga, R.G. Efremov, A.S. Arseniev // Biophysical Journal. - 2010. - V. 98. - № 5. - P. 881-889.

45. Kim, S. Transmembrane glycine zippers: Physiological and pathological roles in membrane proteins / S. Kim, T.-J. Jeon, A. Oberai, D. Yang, J.J. Schmidt, J.U. Bowie // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2005. - V. 102. - № 40. -P. 14278-14283.

46. Parrish, H.L. A Transmembrane Domain GGxxG Motif in CD4 Contributes to Its Lck-Independent Function but Does Not Mediate CD4 Dimerization / H.L. Parrish, C.R. Glassman, M M. Keenen, NR. Deshpande, M P. Bronnimann, M.S. Kuhns // PLoS ONE. - 2015. - V. 10. -№ 7. - P.e0132333.

47. Fonte, V. A glycine zipper motif mediates the formation of toxic ß-amyloid oligomers in vitro and in vivo / V. Fonte, V. Dostal, C.M. Roberts, P. Gonzales, P. Lacor, J. Magrane, N. Dingwell, E.Y. Fan, M.A. Silverman, G.H. Stein, C D. Link // Molecular Neurodegeneration. - 2011. - V. 6. -P. 61.

48. Plotkowski, M.L. Transmembrane domain of myelin protein zero can form dimers: possible implications for myelin construction / M.L. Plotkowski, S. Kim, M.L. Phillips, A.W. Partridge, C.M. Deber, J.U. Bowie // Biochemistry. - 2007. - V. 46. - № 43. - P. 12164-12173.

49. Khadria, A.S. A Gly-Zipper Motif Mediates Homodimerization of the Transmembrane Domain of the Mitochondrial Kinase ADCK3 / A.S. Khadria, B.K. Mueller, JA. Stefely, C.H. Tan, D.J. Pagliarini, A. Senes // Journal of the American Chemical Society. - 2014. - V. 136. - № 40. -P. 14068-14077.

50. Smith, S.O. Structure of the Transmembrane Dimer Interface of Glycophorin A in Membrane Bilayers / S.O. Smith, D. Song, S. Shekar, M. Groesbeek, M. Ziliox, S. Aimoto // Biochemistry. -2001. - V. 40. - № 22. - P. 6553-6558.

51. Bocharov, E.V. Structural and thermodynamic insight into the process of "weak" dimerization of the ErbB4 transmembrane domain by solution NMR / E.V. Bocharov, K.S. Mineev, M.V. Goncharuk, A.S. Arseniev // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes. - 2012. -V. 1818. - № 9. - P. 2158-2170.

52. Langosch, D. Dimerisation of the glycophorin A transmembrane segment in membranes probed with the ToxR transcription activator / D. Langosch, B. Brosig, H. Kolmar, H.J. Fritz // Journal of Molecular Biology. - 1996. - V. 263. - № 4. - P. 525-530.

53. Zhang, S.-Q. The membrane- and soluble-protein helix-helix interactome: similar geometry via different interactions / S.-Q. Zhang, D.W. Kulp, C.A. Schramm, M. Mravic, I. Samish, W.F. DeGrado // Structure. - 2015. - V. 23. - № 3. - P. 527-541.

54. Mueller, B.K. A frequent, GxxxG-mediated, transmembrane association motif is optimized for the formation of interhelical Ca-H hydrogen bonds / B.K. Mueller, S. Subramaniam, A. Senes // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2014. -V. 111. - № 10. - P. E888-E895.

55. Walters, R.F.S. Helix-packing motifs in membrane proteins / R.F.S. Walters, W.F. DeGrado // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2006. -V. 103. - № 37. - P. 13658-13663.

56. Efremov, R.G. Association of transmembrane helices: what determines assembling of a dimer? / R.G. Efremov, Y.A. Vereshaga, P.E. Volynsky, D.E. Nolde, A.S. Arseniev // Journal of Computer-Aided Molecular Design. - 2006. - V. 20. - № 1. - P. 27-45.

57. Psachoulia, E. Molecular dynamics simulations of the dimerization of transmembrane alpha-helices / E. Psachoulia, D.P. Marshall, M.S.P. Sansom // Accounts of Chemical Research. - 2010. - V. 43. - № 3. - P. 388-396.

58. Yoo, J. Three-Dimensional Stress Field around a Membrane Protein: Atomistic and CoarseGrained Simulation Analysis of Gramicidin A / J. Yoo, Q. Cui // Biophysical Journal. - 2013. -V. 104. - № 1. - P. 117-127.

59. Tjornhammar, R. The shape and free energy of a lipid bilayer surrounding a membrane inclusion: Computational approaches to understanding lipid-protein interactions / R. Tjornhammar, O. Edholm // Chemistry and Physics of Lipids. - 2013. - V. 169. - P. 2-8.

60. Pisano, A. Glycosylation sites identified by solid-phase Edman degradation: O-linked glycosylation motifs on human glycophorin A / A. Pisano, J.W. Redmond, K.L. Williams, A.A. Gooley // Glycobiology. - 1993. - V. 3. - № 5. - P. 429-435.

61. Johnson, W.C. Analyzing protein circular dichroism spectra for accurate secondary structures / W.C. Johnson // Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics. - 1999. - V. 35. - № 3. -P. 307-312.

62. Fleming, K.G. Specificity in transmembrane helix-helix interactions can define a hierarchy of stability for sequence variants / K.G. Fleming, D.M. Engelman // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2001. - V. 98. - № 25. - P. 14340-14344.

63. Engelman, D.M. Dimerization of glycophorin A transmembrane helices: mutagenesis and modeling / D.M. Engelman, B.D. Adair, A. Brunger, J.M. Flanagan, J.F. Hunt, M.A. Lemmon, H. Treutlein, J. Zhang // Society of General Physiologists series. - 1993. - V. 48. - P. 11-21.

64. Duong, M.T. Changes in apparent free energy of helix-helix dimerization in a biological membrane due to point mutations / M.T. Duong, T.M. Jaszewski, K.G. Fleming, K.R. MacKenzie // Journal of molecular biology. - 2007. - V. 371. - № 2. - P. 422-434.

65. Zhang, J. Transmembrane Helix Association Affinity Can Be Modulated by Flanking and Noninterfacial Residues / J. Zhang, T. Lazaridis // Biophysical Journal. - 2009. - V. 96. - № 11.

- P. 4418-4427.

66. Lee, J. Role of hydrogen bonding and helix-lipid interactions in transmembrane helix association / J. Lee, W. Im // Journal of the American Chemical Society. - 2008. - V. 130. - № 20. - P. 64566462.

67. Weber, M. Six amino acids define a minimal dimerization sequence and stabilize a transmembrane helix dimer by close packing and hydrogen bonding / M. Weber, D. Schneider // FEBS Letters. - 2013. - V. 587. - № 11. - P. 1592-1596.

68. Killian, J.A. Hydrophobic mismatch between proteins and lipids in membranes / J.A. Killian // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Reviews on Biomembranes. - 1998. - V. 1376. - № 3. -P. 401-416.

69. Cybulski, L.E. Bilayer hydrophobic thickness and integral membrane protein function / L.E. Cybulski, D. de Mendoza // Current Protein & Peptide Science. - 2011. - V. 12. - № 8. - P. 760766.

70. Pyrkova, D.V. Dynamic clustering of lipids in hydrated two-component membranes: results of computer modeling and putative biological impact / D.V. Pyrkova, N.K. Tarasova, N.A. Krylov, D.E. Nolde, V.M. Pentkovsky, R.G. Efremov // Journal of Biomolecular Structure and Dynamics.

- 2013. - V. 31. - № 1. - P. 87-95.

71. Poveda, J.A. Lipid modulation of ion channels through specific binding sites / J.A. Poveda, A.M. Giudici, M.L. Renart, M.L. Molina, E. Montoya, A. Fernández-Carvajal, G. Fernández-Ballester, J.A. Encinar, J.M. González-Ros // Biochimica et biophysica acta. - 2014. - V. 1838. - № 6. -P. 1560-1567.

72. Cherezov, V. High Resolution Crystal Structure of an Engineered Human ß2-Adrenergic G protein-Coupled Receptor / V. Cherezov, D.M. Rosenbaum, M.A. Hanson, S.G.F. Rasmussen, FS. Thian, TS. Kobilka, H.-J. Choi, P. Kuhn, W.I. Weis, B.K. Kobilka, R.C. Stevens // Science.

- 2007. - V. 318. - № 5854. - P. 1258-1265.

73. Prasanna, X. Cholesterol Modulates the Dimer Interface of the ß2-Adrenergic Receptor via Cholesterol Occupancy Sites / X. Prasanna, A. Chattopadhyay, D. Sengupta // Biophysical Journal.

- 2014. - V. 106. - № 6. - P. 1290-1300.

74. Paila, Y.D. Are specific nonannular cholesterol binding sites present in G-protein coupled receptors? / Y.D. Paila, S. Tiwari, A. Chattopadhyay // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) -Biomembranes. - 2009. - V. 1788. - № 2. - P. 295-302.

75. Lensink, M.F. Identification of Specific Lipid-binding Sites in Integral Membrane Proteins / M.F. Lensink, C. Govaerts, J.-M. Ruysschaert // Journal of Biological Chemistry. - 2010. - V. 285. -№ 14. - P. 10519-10526.

76. Palsdottir, H. Lipids in membrane protein structures: Lipid-Protein Interactions / H. Palsdottir, C. Hunte // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes. - 2004. - V. 1666. - № 1-2. - P. 2-18.

77. Flinner, N. Dynamics of the Glycophorin A Dimer in Membranes of Native-Like Composition Uncovered by Coarse-Grained Molecular Dynamics Simulations / N. Flinner, E. Schleiff // PloS One. - 2015. - V. 10. - № 7. - P. e0133999.

78. Domanski, J. Transmembrane helices can induce domain formation in crowded model membranes: Protein Folding in Membranes / J. Domanski, S.J. Marrink, L.V. Schäfer // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes. - 2012. - V. 1818. - № 4. - P. 984-994.

79. Parton, D.L. Formation of raft-like assemblies within clusters of influenza hemagglutinin observed by MD simulations / D.L. Parton, A. Tek, M. Baaden, M.S.P. Sansom // PLoS computational biology. - 2013. - V. 9. - № 4. - P. e1003034.

80. Hong, H. Dramatic destabilization of transmembrane helix interactions by features of natural membrane environments / H. Hong, J.U. Bowie // Journal of the American Chemical Society. -2011. - V. 133. - № 29. - P. 11389-11398.

81. Janosi, L. Lipid-Modulated Sequence-Specific Association of Glycophorin A in Membranes / L. Janosi, A. Prakash, M. Doxastakis // Biophysical Journal. - 2010. - V. 99. - № 1. - P. 284-292.

82. Rath, A. Detergent binding explains anomalous SDS-PAGE migration of membrane proteins / A. Rath, M. Glibowicka, V.G. Nadeau, G. Chen, C.M. Deber // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2009. - V. 106. - № 6. - P. 1760-1765.

83. Fleming, K.G. The effect of point mutations on the free energy of transmembrane alpha-helix dimerization / K.G. Fleming, A.L. Ackerman, D.M. Engelman // Journal of Molecular Biology. -1997. - V. 272. - № 2. - P. 266-275.

84. Fisher, L.E. Detergents modulate dimerization, but not helicity, of the glycophorin A transmembrane domain / L.E. Fisher, D.M. Engelman, J.N. Sturgis // Journal of Molecular Biology. - 1999. - V. 293. - № 3. - P. 639-651.

85. Doura, A.K. Sequence Context Modulates the Stability of a GxxxG-mediated Transmembrane Helix-Helix Dimer / A.K. Doura, F.J. Kobus, L. Dubrovsky, E. Hibbard, K.G. Fleming // Journal of Molecular Biology. - 2004. - V. 341. - № 4. - P. 991-998.

86. Melnyk, R.A. The Affinity of GXXXG Motifs in Transmembrane Helix-Helix Interactions Is Modulated by Long-range Communication / R.A. Melnyk, S. Kim, A.R. Curran, D.M. Engelman,

J.U. Bowie, C M. Deber // Journal of Biological Chemistry. - 2004. - V. 279. - № 16. - P. 1659116597.

87. Hong, H. Method to measure strong protein-protein interactions in lipid bilayers using a steric trap / H. Hong, T.M. Blois, Z. Cao, J.U. Bowie // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2010. - V. 107. - № 46. - P. 19802-19807.

88. Бочарова, О.В. Получение трансмембранного фрагмента GHR-(254-298) рецептора гормона роста в бесклеточной системе экспрессии для структурных исследований / О. В. Бочарова, П. К. Кузьмичев, А. C. Урбан, С. А. Гончарук, Э. В. Бочаров, А. С. Арсеньев // Биоорганическая химия. - 2015. - Т. 41. - № 6. - С. 701-708.

89. MacKenzie, K.R. Structure-based prediction of the stability of transmembrane helix-helix interactions: The sequence dependence of glycophorin A dimerization / K.R. MacKenzie, D.M. Engelman // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. -1998. - V. 95. - № 7. - P. 3583-3590.

90. Zhang, L. Prediction, Refinement and Persistency of Transmembrane Helix Dimers in Lipid Bilayers using Implicit and Explicit Solvent/Lipid Representations: Microsecond Molecular Dynamics Simulations of ErbB1/B2 and EphA1 / L. Zhang, A.J. Sodt, R.M. Venable, R.W. Pastor, M. Buck // Proteins. - 2013. - V. 81. - № 3. - P. 365-376.

91. Polyansky, A.A. PREDDIMER: a web server for prediction of transmembrane helical dimers / A.A. Polyansky, A.O. Chugunov, P.E. Volynsky, N.A. Krylov, D.E. Nolde, R.G. Efremov // Bioinformatics. - 2014. - V. 30. - № 6. - P. 889-890.

92. Li, P.-C. Multidimensional umbrella sampling and replica-exchange molecular dynamics simulations for structure prediction of transmembrane helix dimers / P.-C. Li, N. Miyashita, W. Im, S. Ishido, Y. Sugita // Journal of Computational Chemistry. - 2014. - V. 35. - № 4. - P. 300308.

93. Polyansky, A.A. Multistate Organization of Transmembrane Helical Protein Dimers Governed by the Host Membrane / A.A. Polyansky, P.E. Volynsky, R.G. Efremov // Journal of the American Chemical Society. - 2012. - V. 134. - № 35. - P. 14390-14400.

94. Prakash, A. Self-Association of Models of Transmembrane Domains of ErbB Receptors in a Lipid Bilayer / A. Prakash, L. Janosi, M. Doxastakis // Biophysical Journal. - 2010. - V. 99. -№ 11. - P. 3657-3665.

95. Berman, H. Announcing the worldwide Protein Data Bank / H. Berman, K. Henrick, H. Nakamura // Nature Structural Biology. - 2003. - V. 10. - № 12. - P. 980.

96. Kozma, D. PDBTM: Protein Data Bank of transmembrane proteins after 8 years / D. Kozma, I. Simon, G.E. Tusnady // Nucleic Acids Research. - 2013. - V. 41. - № D1. - P. D524-D529.

97. Jähnig, F. Modeling of the structure of bacteriorhodopsin. A molecular dynamics study / F. Jähnig, O. Edholm // Journal of Molecular Biology. - 1992. - V. 226. - № 3. - P. 837-850.

98. Chou, K.C. An energy-based approach to packing the 7-helix bundle of bacteriorhodopsin. / K.C. Chou, L. Carlacci, G.M. Maggiora, L.A. Parodi, M.W. Schulz // Protein Science : A Publication of the Protein Society. - 1992. - V. 1. - № 6. - P. 810-827.

99. Adams, P.D. Improved prediction for the structure of the dimeric transmembrane domain of glycophorin A obtained through global searching / P.D. Adams, D.M. Engelman, A.T. Brünger // Proteins. - 1996. - V. 26. - № 3. - P. 257-261.

100. Yachdav, G. PredictProtein - an open resource for online prediction of protein structural and functional features / G. Yachdav, E. Kloppmann, L. Kajan, M. Hecht, T. Goldberg, T. Hamp, P. Hönigschmid, A. Schafferhans, M. Roos, M. Bernhofer, L. Richter, H. Ashkenazy, M. Punta, A. Schlessinger, Y. Bromberg, R. Schneider, G. Vriend, C. Sander, N. Ben-Tal, B. Rost // Nucleic Acids Research. - 2014. - V. 42. - № Web Server issue. - P. W337-W343.

101. Shen, H. MemBrain: Improving the Accuracy of Predicting Transmembrane Helices / H. Shen, J.J. Chou // PLoS ONE. - 2008. - V. 3. - № 6 - P. e2399.

102. Tusnady, G.E. The HMMTOP transmembrane topology prediction server / G.E. Tusnady, I. Simon // Bioinformatics. - 2001. - V. 17. - № 9. - P. 849-850.

103. Käll, L. A combined transmembrane topology and signal peptide prediction method / L. Käll, A. Krogh, E L L. Sonnhammer // Journal of Molecular Biology. - 2004. - V. 338. - № 5. - P. 10271036.

104. Gromiha, M.M. Prediction of protein secondary structures from their hydrophobic characteristics / M.M. Gromiha, P.K. Ponnuswamy // International Journal of Peptide and Protein Research. -1995. - V. 45. - № 3. - P. 225-240.

105. Efremov, R.G. Recognition of transmembrane alpha-helical segments with environmental profiles / R.G. Efremov, G. Vergoten // Protein Engineering. - 1996. - V. 9. - № 3. - P. 253-263.

106. Persson, B. Prediction of membrane protein topology utilizing multiple sequence alignments / B. Persson, P. Argos // Journal of Protein Chemistry. - 1997. - V. 16. - № 5. - P. 453-457.

107. Rost, B. Transmembrane helices predicted at 95% accuracy. / B. Rost, R. Casadio, P. Fariselli, C. Sander // Protein Science : A Publication of the Protein Society. - 1995. - V. 4. - № 3. - P. 521533.

108. Yang, J. High-accuracy prediction of transmembrane inter-helix contacts and application to GPCR 3D structure modeling / J. Yang, R. Jang, Y. Zhang, H.-B. Shen // Bioinformatics. - 2013. - V. 29. - № 20. - P. 2579-2587.

109. Baker, D. Protein structure prediction and structural genomics / D. Baker, A. Sali // Science. -2001. - V. 294. - № 5540. - P. 93-96.

110. Yarov-Yarovoy, V. Multipass Membrane Protein Structure Prediction Using Rosetta / V. Yarov-Yarovoy, J. Schonbrun, D. Baker // Proteins. - 2006. - V. 62. - № 4. - P. 1010-1025.

111. Fiser, A. Modeller: Generation and Refinement of Homology-Based Protein Structure Models / A. Fiser, A. Sali // Macromolecular Crystallography, Part D / in Methods in Enzymology / ed. by R. B. Thompson and C. A. Fierke. - Academic Press, 2003. - V. 374. - P. 461-491.

112. Arnold, K. The SWISS-MODEL workspace: a web-based environment for protein structure homology modelling / K. Arnold, L. Bordoli, J. Kopp, T. Schwede // Bioinformatics - 2006. -V. 22. - № 2. - P. 195-201.

113. Mirny, L.A. Statistical significance of protein structure prediction by threading / L.A. Mirny, A.V. Finkelstein, E.I. Shakhnovich // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2000. - V. 97. - № 18. - P. 9978-9983.

114. Dorn, M. Three-dimensional protein structure prediction: Methods and computational strategies / M. Dorn, M.B. e Silva, L S. Buriol, L.C. Lamb // Computational Biology and Chemistry. - 2014.

- V. 53, Part B. - P. 251-276.

115. Yang, J. I-TASSER server: new development for protein structure and function predictions / J. Yang, Y. Zhang // Nucleic Acids Research. - 2015. - V. 43. - № Web Server issue. - P. W174-W181.

116. Casciari, D. Quaternary structure predictions of transmembrane proteins starting from the monomer: a docking-based approach / D. Casciari, M. Seeber, F. Fanelli // BMC Bioinformatics.

- 2006. - V. 7. - P. 340.

117. Viswanath, S. Extension of a protein docking algorithm to membranes and applications to amyloid precursor protein dimerization / S. Viswanath, L. Dominguez, L.S. Foster, J.E. Straub, R. Elber // Proteins. - 2015. - V. 83. - № 12. - P. 2170-2185.

118. Pappu, R.V. A potential smoothing algorithm accurately predicts transmembrane helix packing / R.V. Pappu, G.R. Marshall, J.W. Ponder // Nature Structural Biology. - 1999. - V. 6. - № 1. -P. 50-55.

119. Kim, S. A Simple Method for Modeling Transmembrane Helix Oligomers / S. Kim, A.K. Chamberlain, J.U. Bowie // Journal of Molecular Biology. - 2003. - V. 329. - № 4. - P. 831-840.

120. Vereshaga, Y.A. Helix Interactions in Membranes: Lessons from Unrestrained Monte Carlo Simulations / Y.A. Vereshaga, P.E. Volynsky, D.E. Nolde, A.S. Arseniev, R.G. Efremov // Journal of Chemical Theory and Computation. - 2005. - V. 1. - № 6. - P. 1252-1264.

121. Im, W. An Implicit Membrane Generalized Born Theory for the Study of Structure, Stability, and Interactions of Membrane Proteins / W. Im, M. Feig, C.L. Brooks // Biophysical Journal. - 2003.

- V. 85. - № 5. - P. 2900-2918.

122. Nolde, D.E. Atomic solvation parameters for proteins in a membrane environment. Application to transmembrane alpha-helices / D.E. Nolde, A.S. Arseniev, G. Vergoten, R.G. Efremov // Journal of Biomolecular Structure & Dynamics. - 1997. - V. 15. - № 1. - P. 1-18.

123. Efremov, R. Implicit two-phase solvation model as a tool to assess conformation and energetics of proteins in membrane-mimetic media / R. Efremov, P. Volynsky, D. Nolde, G. Vergoten, A. Arseniev // Theoretical Chemistry Accounts. - 2001. - V. 106. - № 1-2. - P. 48-54.

124. Lazaridis, T. Effective energy function for proteins in lipid membranes / T. Lazaridis // Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics. - 2003. - V. 52. - № 2. - P. 176-192.

125. Vereshaga, Y.A. Specificity of helix packing in transmembrane dimer of the cell death factor BNIP3: A molecular modeling study / Y.A. Vereshaga, P.E. Volynsky, J.E. Pustovalova, D.E. Nolde, A.S. Arseniev, R.G. Efremov // Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics. - 2007.

- V. 69. - № 2. - P. 309-325.

126. Pyrkov, T.V. PLATINUM: a web tool for analysis of hydrophobic/hydrophilic organization of biomolecular complexes / T.V. Pyrkov, A.O. Chugunov, N.A. Krylov, D.E. Nolde, R.G. Efremov // Bioinformatics. - 2009. - V. 25. - № 9. - P. 1201-1202.

127. Efremov, R.G. Application of three-dimensional molecular hydrophobicity potential to the analysis of spatial organization of membrane protein domains. II. Optimization of hydrophobic contacts in transmembrane hairpin structures of Na+, K+-ATPase / R.G. Efremov, D.I. Gulyaev, N.N. Modyanov // Journal of Protein Chemistry. - 1992. - V. 11. - № 6. - P. 699-708.

128. Efremov, R.G. Molecular lipophilicity in protein modeling and drug design / R.G. Efremov, A.O. Chugunov, T.V. Pyrkov, J.P. Priestle, A.S. Arseniev, E. Jacoby // Current Medicinal Chemistry. -2007. - V. 14. - № 4. - P. 393-415.

129. Honigschmid, P. Accurate prediction of helix interactions and residue contacts in membrane proteins / P. Honigschmid, D. Frishman // Journal of Structural Biology. - 2016. - V. 194. - № 1.

- P. 112-123.

130. Wang, Y. Evolutionary-guided de novo structure prediction of self-associated transmembrane helical proteins with near-atomic accuracy / Y. Wang, P. Barth // Nature Communications. - 2015.

- V. 6. - P. 7196.

131. Feig, M. Recent advances in the development and application of implicit solvent models in biomolecule simulations / M. Feig, C.L. Brooks // Current Opinion in Structural Biology. - 2004.

- V. 14. - № 2. - P. 217-224.

132. Kokubo, H. Prediction of membrane protein structures by replica-exchange Monte Carlo simulations: case of two helices / H. Kokubo, Y. Okamoto // The Journal of Chemical Physics. -2004. - V. 120. - № 22. - P. 10837-10847.

133. Cymer, F. Transmembrane helix-helix interactions are modulated by the sequence context and by lipid bilayer properties: Protein Folding in Membranes / F. Cymer, A. Veerappan, D. Schneider // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes. - 2012. - V. 1818. - № 4. - P. 963973.

134. Petrache, H.I. Modulation of glycophorin A transmembrane helix interactions by lipid bilayers: molecular dynamics calculations / H.I. Petrache, A. Grossfield, K.R. MacKenzie, D.M. Engelman, T.B. Woolf // Journal of molecular biology. - 2000. - V. 302. - № 3. - P. 727-746.

135. Pohorille, A. Good Practices in Free-Energy Calculations / A. Pohorille, C. Jarzynski, C. Chipot // The Journal of Physical Chemistry B. - 2010. - V. 114. - № 32. - P. 10235-10253.

136. Torrie, G.M. Nonphysical sampling distributions in Monte Carlo free-energy estimation: Umbrella sampling / G.M. Torrie, J.P. Valleau // Journal of Computational Physics. - 1977. -V. 23. - № 2. - P. 187-199.

137. Park, S. Two Dimensional Window Exchange Umbrella Sampling for Transmembrane Helix Assembly / S. Park, W. Im // Journal of chemical theory and computation. - 2013. - V. 9. - № 1.

- P. 13-17.

138. Sugita, Y. Replica-exchange molecular dynamics method for protein folding / Y. Sugita, Y. Okamoto // Chemical Physics Letters. - 1999. - V. 314. - № 1-2. - P. 141-151.

139. Park, S. Transmembrane Helix Assembly by Window Exchange Umbrella Sampling / S. Park, T. Kim, W. Im // Physical review letters. - 2012. - V. 108. - № 10. - P. 108102.

140. Feig, M. Reaching New Levels of Realism in Modeling Biological Macromolecules in Cellular Environments / M. Feig, Y. Sugita // Journal of molecular graphics & modelling. - 2013. - V. 45.

- P. 144-156.

141. Leman, J.K. Computational modeling of membrane proteins / J.K. Leman, M.B. Ulmschneider, J.J. Gray // Proteins. - 2015. - V. 83. - № 1. - P. 1-24.

142. De Jong, D.H. Improved Parameters for the Martini Coarse-Grained Protein Force Field / D.H. de Jong, G. Singh, W.F.D. Bennett, C. Arnarez, T.A. Wassenaar, L.V. Schäfer, X. Periole, D.P. Tieleman, S.J. Marrink // Journal of Chemical Theory and Computation. - 2013. - V. 9. - № 1. -P. 687-697.

143. Kirsch, S.A. Membrane pore formation in atomistic and coarse-grained simulations / S.A. Kirsch, R A. Böckmann // Biochimica et Biophysica Acta. - 2016. - V. 1858. - № 10. - P. 2266-2277.

144. Baron, R. Configurational entropies of lipids in pure and mixed bilayers from atomic-level and coarse-grained molecular dynamics simulations / R. Baron, A.H. de Vries, P.H. Hünenberger, W.F. van Gunsteren // The Journal of Physical Chemistry. B. - 2006. - V. 110. - № 31. - P. 1560215614.

145. Chavent, M. Structures of the EphA2 Receptor at the Membrane: Role of Lipid Interactions / M. Chavent, E. Seiradake, E.Y. Jones, M.S.P. Sansom // Structure. - 2016. - V. 24. - № 2. - P. 337347.

146. Wassenaar, T.A. High-Throughput Simulations of Dimer and Trimer Assembly of Membrane Proteins. The DAFT Approach / T.A. Wassenaar, K. Pluhackova, A. Moussatova, D. Sengupta, S.J. Marrink, D.P. Tieleman, R.A. Böckmann // Journal of Chemical Theory and Computation. -2015. - V. 11. - № 5. - P. 2278-2291.

147. Lelimousin, M. Conformational Changes in the Epidermal Growth Factor Receptor: Role of the Transmembrane Domain Investigated by Coarse-Grained MetaDynamics Free Energy Calculations / M. Lelimousin, V. Limongelli, M.S.P. Sansom // Journal of the American Chemical Society. - 2016. - V. 138. - № 33. - P. 10611-10622.

148. Van Der Spoel, D. GROMACS: Fast, flexible, and free / D. Van Der Spoel, E. Lindahl, B. Hess, G. Groenhof, A.E. Mark, H.J.C. Berendsen // Journal of Computational Chemistry. - 2005. -V. 26. - № 16. - P. 1701-1718.

149. Berger, O. Molecular dynamics simulations of a fluid bilayer of dipalmitoylphosphatidylcholine at full hydration, constant pressure, and constant temperature. / O. Berger, O. Edholm, F. Jähnig // Biophysical Journal. - 1997. - V. 72. - № 5. - P. 2002-2013.

150. Chiu, S.W. Incorporation of surface tension into molecular dynamics simulation of an interface: a fluid phase lipid bilayer membrane / S.W. Chiu, M. Clark, V. Balaji, S. Subramaniam, H.L. Scott, E. Jakobsson // Biophysical Journal. - 1995. - V. 69. - № 4. - P. 1230-1245.

151. Berendsen, H.J.C. Interaction models for water in relation to protein hydration. / H.J.C. Berendsen, J.P.M. Postma, W.F. van Gunsteren // Intermolecular Forces / ed. B. Pullman. -Dordrecht: D. Reidel Publishing Company, 1981. - P. 331-342.

152. Polyansky, A.A. Role of lipid charge in organization of water/lipid bilayer interface: insights via computer simulations / A.A. Polyansky, P.E. Volynsky, D.E. Nolde, A.S. Arseniev, R.G. Efremov // The Journal of Physical Chemistry. B. - 2005. - V. 109. - № 31. - P. 15052-15059.

153. Volynsky, P.E. Role of Dimerization Efficiency of Transmembrane Domains in Activation of Fibroblast Growth Factor Receptor 3 / P.E. Volynsky, A.A. Polyansky, G.N. Fakhrutdinova, E.V. Bocharov, R.G. Efremov // Journal of the American Chemical Society. - 2013.

154. Bussi, G. Canonical sampling through velocity rescaling / G. Bussi, D. Donadio, M. Parrinello // The Journal of Chemical Physics. - 2007. - V. 126. - № 1. - P. 014101.

155. Berendsen, H.J.C. Molecular dynamics with coupling to an external bath / H.J.C. Berendsen, J.P.M. Postma, W.F. van Gunsteren, A. DiNola, J.R. Haak // The Journal of Chemical Physics. -1984. - V. 81. - № 8. - P. 3684.

156. Humphrey, W. VMD: visual molecular dynamics / W. Humphrey, A. Dalke, K. Schulten // Journal of Molecular Graphics. - 1996. - V. 14. - № 1. - P. 33-38, 27-28.

157. The PyMOL Molecular Graphics System, Version 1.8 [Электронный ресурс] / Schrödinger, LLC. / URL: https://www.pymol.org/

158. Smith, S.O. Implications of threonine hydrogen bonding in the glycophorin A transmembrane helix dimer. / S.O. Smith, M. Eilers, D. Song, E. Crocker, W. Ying, M. Groesbeek, G. Metz, M. Ziliox, S. Aimoto // Biophysical Journal. - 2002. - V. 82. - № 5. - P. 2476-2486.

159. Henin, J. Insights into the recognition and association of transmembrane alpha-helices. The free energy of alpha-helix dimerization in glycophorin A / J. Henin, A. Pohorille, C. Chipot // Journal of the American Chemical Society. - 2005. - V. 127. - № 23. - P. 8478-8484.

160. Zhou, F.X. Polar residues drive association of polyleucine transmembrane helices / F.X. Zhou, H.J. Merianos, A.T. Brunger, D.M. Engelman // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2001. - V. 98. - № 5. - P. 2250-2255.

161. Ollila, O.H.S. 3D pressure field in lipid membranes and membrane-protein complexes / O.H.S. Ollila, H.J. Risselada, M. Louhivuori, E. Lindahl, I. Vattulainen, S.J. Marrink // Physical Review Letters. - 2009. - V. 102. - № 7. - P. 078101.

162. Yano, Y. Cholesterol-Induced Lipophobic Interaction between Transmembrane Helices Using Ensemble and Single-Molecule Fluorescence Resonance Energy Transfer / Y. Yano, K. Kondo, R. Kitani, A. Yamamoto, K. Matsuzaki // Biochemistry. - 2015. - V. 54. - № 6. - P. 1371-1379.

Благодарности

Автор выражает благодарность родителям, родным и друзьям за поддержку во время осуществления диссертационной работы.

Хочу особо поблагодарить научного руководителя диссертации Ефремова Романа Гербертовича за продуктивное обсуждение темы, процесса и результатов работы, за постоянное внимание, личную поддержку и участие.

Я выражаю благодарность своим коллегам из Лаборатории моделирования биомолекулярных систем ИБХ РАН: Волынскому Павлу Евгеньевичу, Полянскому Антону Александровичу, Чугунову Антону Олеговичу, Крылову Николаю Андреевичу - за плодотворное обсуждение результатов работы, помощь в разработке алгоритмов и программного обеспечения и его тестировании. Также благодарю за помощь в подготовке настоящей работы сотрудников Международной лаборатории суперкомпьютерного атомистического моделирования и многомасштабного анализа НИУ ВШЭ.

Выражаю благодарность Межведомственному суперкомпьютерному центру РАН и Суперкомпьютерному центру Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого за предоставление вычислительных ресурсов для проведения компьютерных экспериментов.

Также выражаю благодарность коллегам из Лаборатории Макса Ф. Перутца Университета г. Вена (Австрия) за помощь в развитии вычислительных методов, использованных в настоящей работе, и плодотворное сотрудничество.

Настоящая работа выполнена при поддержке РНФ (грант 14-14-00871), РФФИ (грант 1604-00578), программы Президиума РАН "Молекулярная и клеточная биология" и в рамках государственной поддержки ведущих университетов Российской Федерации "5-100".