Уникальные научные установки

Трехмерная электронная микроскопия и спектроскопия (УНУ 3D-ЭМС)

УНУ создана в 2016 году

Данная УНУ была поддержана в рамках мероприятия 1.8 ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы»
Базовая организация данной УНУ является координатором технологической платформы: Биоиндустрия и биоресурсы - БиоТех2030, Национальная суперкомпьютерная технологическая платформа
Адрес
  • Центральный
  • 119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12
Руководитель работ
  • 👤Кирпичников Михаил Петрович
  • 📞 (495) 9392776
  • info@mail.bio.msu.ru
Сведения о результативности за 2016 год (данные мониторинга)
Участие в мониторинге Число организаций-пользователей, ед. Число публикаций, ед. Загрузка в интересах внешних организаций-пользователей, %
нет000.00
Базовая организация

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»

Информация об уникальной научной установке (УНУ)

Главные преимущества, обоснование уникальности установки, в том числе сопоставление УНУ с существующими аналогами

Уникальный комплекс оборудования «Трехмерная электронная микроскопия и спектроскопия» (УНУ 3D-ЭМС) позволяет исследовать с высоким разрешением структуру и функции биологических наночастиц, таких как макромолекулы, субклеточные органеллы, а также миниатюрные организмы. Комплекс оборудования является уникальным, так как позволяет проводить комплексные исследования трехмерной структуры и химического состава биологических объектов с получением реконструкций макромолекул и клеточных органелл методами электронной томографии и анализа единичных частиц. Аналогичные исследования в России на данный момент не ведутся, в Европе существуют подобные центры электронной микроскопии нанообъектов: Micron, www2.bioch.ox.ac.uk/microngroup; NeCen, www.necen.nl). В состав комплекса входит аналитический просвечивающий электронный микроскоп JEM-2100 (JEOL), оснащенный режимом STEM и высокоразрешающий аналитический сканирующий электронный микроскоп JSM 6380LA (JEOL), оба микроскопа оснащены режимами для проведения элементного анализа EDS и EELS, а также комплекс приборов для пробоподготовки и обработки полученных данных. Аналитический просвечивающий электронный микроскоп JEM-2100 является многоцелевым трансмиссионным электронным микроскопом, который сочетает проверенную оптическую систему с передовой системой управления для улучшенного удобства эксплуатации. Достижение высокой производительности предоставляет решения для широкого спектра применения этого микроскопа для изучения структуры нанобиообъектов. Усовершенствованная система управления микроскопом позволяет использовать встроенные режимы STEM, EDS и EELS, а также дистанционное управление для получения карт распределения элементов. В JEM-2100 также встроен высоко стабильный гониометр, специально настроенный для томографических приложений с высоким наклоном образца. JEM-2100 имеет три независимых конденсатора линзы и разрешает установить параметры для любого заданного размера зонда, что позволяет улучшить аналитические и дифракционные характеристики микроскопа. JEOL Альфа Selector позволяет выбрать различные условия освещения, начиная от полного сходящегося пучка и до параллельного освещения. Высоко контрастная диафрагма обеспечивает высокую контрастность изображений и одновременно возможность работы в режиме EDS. Высокоразрешающий аналитический сканирующий электронный микроскоп JSM 6380LA имеет ускоряющее напряжение до 30 кВ. Разрешающая способность микроскопа - 3 нм в режиме регистрации вторичных электронов. Также микроскоп может работать в режиме регистрации обратнорассеянных электронов. Имеется режим низкого вакуума для изучения биологических образцов. Встроенный рентгеноспектральный анализатор JED-2300 позволяет картировать диапазон элементов от бора до урана, проводить анализ в точке, профиль по линии, картирование по площади. В состав комплекса входит оборудование для пробоподготовки (приборы для напыления образцов, обработки сеток в тлеющем разряде, ультрамикротомы) и вычислительные мощности для обработки полученных результатов и построения трехмерных реконструкций (вычислительная высокопроизводительная параллельная кластерная система «BIOSIM» с теоретической пиковой производительностью 416 GFlop/s). Уникальные возможности комплекса оборудования будут значительно расширены в результате планируемой модернизации, включающей закупку новых микроскопов, приборов для пробоподготовки и обработки результатов. После осуществления модернизации следует ожидать сохранения уникальности на период десять лет.

Основные направления научных исследований, проводимых с использованием УНУ

  • исследование с высоким разрешением структуры и функций биологических наночастиц, таких как макромолекулы, субклеточные органеллы, а также миниатюрные организмы.

Наиболее значимые научные результаты исследований

1) Открыт новый принцип модификации мембран белком Nwk. Белки семейства F-BAR образуют димеры серповидной формы, которые при взаимодействии с мембранами могут изгибать их с образованием трубок. Эта активность F-BAR белков связана с формированием филоподий и ламеллоподий. Было впервые определено, что белок Nwk, относящийся к семействe F-BAR взаимодействует с мембранами по новому механизму. F-BAR домены белка Nwk формируют зигзагообразные паттерны на поверхности мембраны in vitro, которые мы наблюдали с помощью электронного микроскопа. На способность белка образовывать зигзаги влияет структура концов F-BAR доменов, которые образуют электростатические контакты с заряженной мембраной. Складки мембраны, образованные белком Nwk, в клетках при взаимодействии с цитоскелетом могут образовывать филоподии. Таким образом, был идентифицирован новый принцип модификации мембран белком Nwk. 2) Получена впервые структура Arp2/3 комплекса с лигандами GMF и арпином. Формирование актиновой сети на лидирующем краю при движении клетки контролируется комплексом белков с общим названием Arp2/3. Эта сеть полимеризуется за секунды и так же быстро разбирается. Одним из известных факторов разборки является гомолог фактора созревания глии (GMF), который структурно гомологичен белку, ответственному за разборку атиновых филаменотов – кофилину. C помощью сканирующего мутагеназа и TIRF было показано, что в составе GMF имеются 2 независимые поверхности, ответственные за угнетение ветвления филаментов. Одна аналогична сайту связывания G- и F-актина кофилина. Но в GMF она взаимодействует с Arp2 и Arp3 субъединицами комплекса. Другая аналогична второму сайту связывания актина в кофилине, и GMF в этом месте взаимодействует с дочерним филаментом. С использованием УНУ были получены впервые трехмерные структуры комплексов Arp2/3 с инактиваторами GMF и Арпином и показаны конформационные изменения при инактивации комплекса. 3) Получена впервые трехмерная структура калиевого потенциал-зависимого канала Kv2.1. В данной работе с применением УНУ и метода ПЭМ макромолекул были впервые определены 3D структуры мутантных каналов Kv2.1∆CTA и Kv2.1∆C. Впервые получена 3D структура Kv канала в закрытой конформации (Kv2.1∆CTA). На основе 3D реконструкций впервые получены данные о локализации цитоплазматических доменов канала Kv2.1, которые играют важную роль в его функционировании. Показано, что цитоплазматический C-конец канала Kv2.1 влияет на конформационые перестройки, происходящие в мембранном домене при активации канала. Для интерпретации конформационных изменений с помощью комплексного метода моделирования впервые были построены модели 3D структур Kv2.1 канала в разных конформациях. Практическая значимость работы заключается в выяснении структурных особенностей макромолекул Kv каналов, которые до настоящего времени не были подвергнуты кристаллизации, и их атомная структура не расшифрована. 4) Впервые опубликована трехмерная структура актинсвязывающего белка N-CAP. Мышиный белок CAP1 формирует гексамерные структуры, которые автономно связывают F-актин in vitro, увеличивают кофилин-опосредованную разборку актиновых филаментов и катализируют нуклеотидной обмен на актине. CAP из дрожжей и мышиный CAP имеют схожие структуры и функции. Роль CAP в регуляции актина сохраняется среди эволюционно-далеких организмов. Впервые определена новая биохимическая и клеточная функция комплекса Srv2/CAP, состоящая в стимулировании кофилин-зависимого разрезания актиновых филаментов. В этом процессе ключевая роль отводится гексамерному N-концевому фрагменту белка Srv2. Экспериментальное нарушение гексамеризации фрагмента вызывало нарушение функций белка Srv2 in vitro и in vivo. Обнаружен новый механизм перераспределения актина в клетке и показано, что в нем участвуют различные белковые факторы. 5) Впервые проведено комплексное сравнительно-морфологическое изучение мельчайших насекомых и выделены структурные особенности, связанные с миниатюризацией. Впервые изучена с помощью УНУ анатомия различных миниатюрных насекомых и разработана система ступеней миниатюризации, определяющих характер морфологических изменений, связанных с уменьшением размеров тела, определены факторы, способствовавшие миниатюризации, и факторы, лимитирующие дальнейшее уменьшение размеров.

119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12

Возврат к списку


0 комментариев

Комментарии отсутствуют!

Вы можете оставить свое сообщение первым.

Написать комментарий