Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54057 НАНОБИОФИЗИКА NANOBIOPHYSICS НАНОБИОФИЗИКА MORPHOLOGY OF SUPRAMOLECULAR STRUCTURES OF PORE-FORMING PROTEIN FROM YERSINIA PSEUDOTUBERCULOSIS IN LIPID BILAYER BY ATOMIC FORCE MICROSCOPY ИССЛЕДОВАНИЕ МОРФОЛОГИИ НАДМОЛЕКУЛЯРНЫХ СТРУКТУР БЕЛКА-ПОРИНА ИЗ YERSINIA PSEUDOTUBERCULOSIS В ЛИПИДНОМ БИСЛОЕ МЕТОДОМ АТОМНО-СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ Набережных Г А Naberezhnykh G A naber1953@mail.ru Карпенко А. А. Karpenko A. A.

кандидат биологических наук;

candidate of sciences in biology;

 Горбач В И Gorbach V I Хоменко В А Khomenko V A Новикова О Д Novikova O D novolga_05@mail.ru Кульчин Ю Н Kulchin Yu N Тихоокеанский институт биоорганической химии им. Г.Б. Елякова ДВО РАН ru G.B. Elyakov Pacific Institute of Bioorganic Chemistry, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences ru Институт биологии моря им. А.В. Жирмунского ДВО РАН Владивосток Россия A.V. Zhirmunsky Institute of Marine Biology FEB RAS Vladivostok Russian Federation Тихоокеанский институт биоорганической химии им. Г.Б. Елякова ДВО РАН ru G.B. Elyakov Pacific Institute of Bioorganic Chemistry, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences ru Тихоокеанский институт биоорганической химии им. Г.Б. Елякова ДВО РАН ru G.B. Elyakov Pacific Institute of Bioorganic Chemistry, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences ru Тихоокеанский институт биоорганической химии им. Г.Б. Елякова ДВО РАН ru G.B. Elyakov Pacific Institute of Bioorganic Chemistry, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences ru Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН ru Institute of Automation and Control Processes FEB RAS ru 25 12 2016 25 12 2016 1 2 32 36 20 12 2016 20 12 2016 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54057/view

Формирование упорядоченных наноструктур порина из наружной мембраны Yersinia pseudotuberculosis проводили двумя методами: из протеолипосом и прямой реконструкцией белка в предварительно нанесенный на поверхность слюды фосфолипидный бислой. Морфологию полученных структур анализировали с помощью атомно-силовой микроскопии. Показано, что эффективность формирования, степень однородности и размер доменов поринов существенным образом зависят от условий эксперимента и содержания липополисахарида (ЛПС) в образцах белка. Обнаружено, что полученные из протеолипосом домены порина имели неравномерное распределение в бислое и большой разброс в диаметре (20-100 нм). Самопроизвольное формирование протяженных участков пориновых наночастиц наблюдалось в слабокислой среде при включении ЛПС в поддерживающий липидный бислой или при использовании образцов белка с высоким содержанием ЛПС. При этом средняя высота доменов была приблизительно одинакова (8-10 нм), а средний диаметр составлял 75 и 30 нм соответственно.

Formation of ordered nanostructures of outer membrane porin from Yersinia pseudotuberculosis was carried out in two ways: from the proteoliposomes and by direct protein reconstitution in the pre-deposited phospholipid bilayer on the mica surface. The morphology of the structures obtained was analyzed by atomic force microscopy. It is shown that the efficiency of formation, size and degree of homogeneity of the porin domains essentially depend on the experimental conditions and lipopolysaccharide (LPS) content in protein samples. It was found that the porin domains derived from proteoliposomes had uneven distribution in the bilayer and the wide variation in diameter (20-100 nm). Spontaneous formation of extended regions of porin nanoparticles was observed in a weakly acidic solution when the LPS was included in the supported lipid bilayer or by using protein samples with a high content of LPS. The average height of porin domains was approximately the same (8-10 nm) and the average diameter was 75 and 30 nm, respectively.

 порин липополисахарид фосфолипидный бислой наноструктура атомно-силовая микроскопия porin lipopolysaccharide phospholipid bilayer nanostructure atomic force microscopy

Muller D.J., Engel A. Strategies to prepare and characterize native membrane proteins and protein membranes by AFM. Cur. Opin. Colloid Interface Science, 2008, vol. 13, pp. 338-350. Muller D.J., Engel A. Strategies to prepare and characterize native membrane proteins and protein membranes by AFM. Cur. Opin. Colloid Interface Science, 2008, vol. 13, pp. 338-350. Hasler L, Heymann J.B., Engel A., Kistler J., Walz T. 2D Crystallization of Membrane Proteins: Rationales and Examples. J. Struct. Biology, 1998, vol. 121, pp. 162-171. Hasler L, Heymann J.B., Engel A., Kistler J., Walz T. 2D Crystallization of Membrane Proteins: Rationales and Examples. J. Struct. Biology, 1998, vol. 121, pp. 162-171. Wiese A., Schroder G., Brandenburg K., Hirsch A., Welte W., Seydel U. Influence of the lipid matrix on incorporation and function of LPS-free porin from Paracoccus denitrificans. Biochim. Biophys. Acta, 1994, vol. 1190, pp. 231-242. Wiese A., Schroder G., Brandenburg K., Hirsch A., Welte W., Seydel U. Influence of the lipid matrix on incorporation and function of LPS-free porin from Paracoccus denitrificans. Biochim. Biophys. Acta, 1994, vol. 1190, pp. 231-242. Глик Б., Пастернак Д. Молекулярная биотехнология: Принципы и применение. М.: Мир, 2002, с. 589. [Glik B., Pasternak D. Molecular biotechnology. Principles and applications. Moscow: Mir, 2002, 589 p. (In Rus.)] Glik B., Pasternak D. Molekulyarnaya biotehnologiya: Principy i primenenie. M.: Mir, 2002, s. 589. [Glik B., Pasternak D. Molecular biotechnology. Principles and applications. Moscow: Mir, 2002, 589 p. (In Rus.)] Новикова О.Д., Вакорина Т.И., Хоменко В.А, Лихацкая Г.Н., Ким Н.Ю., Емельяненко В.И., Кузнецова С.М., Соловьева Т.Ф. Влияние условий культивирования на пространственную структуру и функциональную OmpF-подобного порина из наружной мембраны Yersinia pseudotuberculosis. Биохимия, 2008, т. 73, № 2, с. 173-184. Novikova O.D., Vakorina T.I., Homenko V.A, Lihackaya G.N., Kim N.Yu., Emel'yanenko V.I., Kuznecova S.M., Solov'eva T.F. Vliyanie usloviy kul'tivirovaniya na prostranstvennuyu strukturu i funkcional'nuyu OmpF-podobnogo porina iz naruzhnoy membrany Yersinia pseudotuberculosis. Biohimiya, 2008, t. 73, № 2, s. 173-184. Todt J.C., Roque W.J., McGroarty E.J. Effects of pH on bacterial porin function. Biochemistry, 1992, vol. 31, pp. 10471-10478. Todt J.C., Roque W.J., McGroarty E.J. Effects of pH on bacterial porin function. Biochemistry, 1992, vol. 31, pp. 10471-10478. Boivin A., Mesrobeanu J., Mesrobeanu L. Techniques pour la preparation des polysaccharides microbiens specifiques. C. R. Soc. Biol., 1933, vol. 113, pp. 490-492. Boivin A., Mesrobeanu J., Mesrobeanu L. Techniques pour la preparation des polysaccharides microbiens specifiques. C. R. Soc. Biol., 1933, vol. 113, pp. 490-492. Schabert F. A., Engel А. Reproducible Acquisition of Escherichia coli Porin Surface Topographs by Atomic Force Microscopy. Biophis. J., 1994, vol. 67, pp. 2394-2403. Schabert F. A., Engel A. Reproducible Acquisition of Escherichia coli Porin Surface Topographs by Atomic Force Microscopy. Biophis. J., 1994, vol. 67, pp. 2394-2403. Milhiet P.-E., Gubellin F., Berquand A., Dosset P., Rigaud J.-L., Grimellec C., Levy D. High-Resolution AFM of Membrane Proteins Directly Incorporated at High Density in Planar Lipid Bilayer. Biophys. J., 2006, vol. 91, pp. 3268-3275. Milhiet P.-E., Gubellin F., Berquand A., Dosset P., Rigaud J.-L., Grimellec C., Levy D. High-Resolution AFM of Membrane Proteins Directly Incorporated at High Density in Planar Lipid Bilayer. Biophys. J., 2006, vol. 91, pp. 3268-3275. Новикова О.Д., Ким Н.Ю., Лукьянов П.А., Емельяненко В.И., Кузнецова С.М., Лихацкая Г.Н., Соловьева Т.Ф. Влияние рН на структуру и функциональную активность порина из наружной мембраны Yersinia pseudotuberculosis (иерсинина). Сообщение 2. рН-Индуцированные конформационные интермедиаты порина из наружной мембраны Y. pseudotuberculosis. Биол. мембраны, 2007, т. 24, № 2, с. 159-168. Novikova O.D., Kim N.Yu., Luk'yanov P.A., Emel'yanenko V.I., Kuznecova S.M., Lihackaya G.N., Solov'eva T.F. Vliyanie rN na strukturu i funkcional'nuyu aktivnost' porina iz naruzhnoy membrany Yersinia pseudotuberculosis (iersinina). Soobschenie 2. rN-Inducirovannye konformacionnye intermediaty porina iz naruzhnoy membrany Y. pseudotuberculosis. Biol. membrany, 2007, t. 24, № 2, s. 159-168. Sen K., Nikaido H. Lipopolysaccharide Structure Required for In Vitro Trimerization of Escherichia coli OmpF Porin. J. Bacteriol., 1991, vol. 173, pp. 926-928. Sen K., Nikaido H. Lipopolysaccharide Structure Required for In Vitro Trimerization of Escherichia coli OmpF Porin. J. Bacteriol., 1991, vol. 173, pp. 926-928.