Чудаков Дмитрий Михайлович

Научная тема: «ГЕНЕТИЧЕСКИ КОДИРУЕМЫЕ ФЛУОРЕСЦЕНТНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЖИВЫХ СИСТЕМ»

Специальность: 03.01.03

Год: 2011

Отрасль науки: Биологические науки

Основные научные положения, сформулированные автором на основании проведенных исследований:

В настоящей работе было получено новое поколение генетически кодируемых флуоресцентных маркеров и инструментов, существенно расширивших возможности для визуализации объектов и процессов при исследовании живых систем. Решение проблемы олигомеризации флуоресцентных белков позволило создать панель ярких мономерных флуоресцентных маркеров со спектрами флуоресценции, покрывающими всю область видимого спектра. Благодаря этому, стало возможным проводить многоцветное мечение целевых белков и органелл в живых клетках, существенно расширились возможности для отслеживания взаимодействия целевых белков и изменения внутриклеточных параметров с использованием эффекта FRET. Полученные мономерные фотоактивируемые флуоресцентные белки позволяют отслеживать перераспределение целевых белков в живых клетках, и применимы для технологий флуоресцентной микроскопии сверхвысокого разрешения, в том числе двухцветной. Полученные яркие дальнекрасные флуоресцентные белки позволяют эффективно визуализировать клетки и ткани в теле интактных живых модельных организмов, а быстросозревающие флуоресцентные белки - регистрировать активность и исследовать динамику работы промотеров исследуемых генов. Получен ряд генетически кодируемых сенсоров, характеризующихся высоким динамическим диапазоном флуоресцентного ответа, позволяющих достоверно детектировать изменения, происходящие в живых клетках. Принципы организации и флуоресцентные домены полученных сенсоров могут в дальнейшем служить основой для создания высококонтрастных сенсоров с различной специфичностью.

Большинство полученных в данной работе инструментов и технологий уже сегодня находят широкое применение в области молекулярной и клеточной биологии, биологии развития, канцерогенеза, иммунологии, нейробиологии и фармакологии; они активно используются в сотнях лабораторий по всему миру, как в фундаментальных, так и в прикладных исследованиях.

Список опубликованных работ

Обзоры:

1.Chudakov D.M., Matz, M.V., Lukyanov S., Lukyanov K.A. Fluorescent Proteins and their Applications in Imaging Living Cells and Tissues. Physiological Reviews, 2010 Jul;90(3):1103-63.

2.Fluorescent proteins as light-inducible photochemical partners. Lukyanov KA, Serebrovskaya EO, Lukyanov S, Chudakov DM. Photochem Photobiol Sci. 2010 Oct 28;9(10):1301-6.

3.Шкроб М.А., Мишин А.С., Чудаков Д.М., Лабас Ю.А., Лукьянов К.А. Хромобелки семейства зеленого флуоресцентного белка: свойства и применение. Биоорган. химия, 2008;34(5):581–590.

4.Суcлова Е.А., Чудаков Д.М. Генетически кодируемые внутриклеточные сенсоры на основе флуоресцентных белков. Биохимия, 2007;72(7):683-97.

5.Chudakov D.M., Lukyanov S., Lukyanov K.A. Fluorescent proteins as a toolkit for in vivo imaging. Trends Biotechnol. 2005, 23, 605-613.

6.Lukyanov K.A., Chudakov D.M., Lukyanov S., Verkhusha V.V. Photoactivatable fluorescent proteins. Nature Review Mol. Cell Biol. 2005, 6, 885-891.

7.Чудаков Д.М., Лукьянов К.А. Использование зеленого флуоресцентного белка (GFP) и его гомологов для изучения подвижности белков in vivo. Биохимия, 2003, 68, 1166-1172.

Статьи:

8.Verkhusha VV, Chudakov DM, Gurskaya NG, Lukyanov S, Lukyanov KA. Common pathway for the red chromophore formation in fluorescent proteins and chromoproteins. Chem Biol. 2004, 11:845-54.

9.Bulina ME, Lukyanov KA, Yampolsky IV, Chudakov DM, Staroverov DB, Shcheglov AS, Gurskaya NG, Lukyanov S. New class of blue animal pigments based on frizzled and kringle protein domains. J Biol Chem. 2004, 279:43367-70.

10.Chudakov DM, Verkhusha VV, Staroverov DB, Souslova EA, Lukyanov S, Lukyanov KA. Photoswitchable cyan fluorescent protein for protein tracking. Nature Biotech. 2004, 22, 1435-1439.

11.Quillin ML, Anstrom DM, Shu X, O´leary S, Kallio K, Chudakov DM, Remington SJ. Kindling Fluorescent Protein from Anemonia sulcata: Dark-State Structure at 1.38 A Resolution. Biochemistry. 2005, 44:5774-5787.

12.Shkrob MA, Yanushevich YG, Chudakov DM, Gurskaya NG, Labas YA, Poponov SY, Mudrik NN, Lukyanov S, Lukyanov KA. Far-red fluorescent proteins evolved from a blue chromoprotein from Actinia equina. Biochem J. 2005, 392: 649-654.

13.Souslova EA, Chudakov DM. Photoswitchable cyan fluorescent protein as a FRET donor. Microsc Res Tech. 2006, 69, 207-209.

14.Bulina ME*, Chudakov DM*, Britanova OV, Yanushevich YG, Staroverov DB, Chepurnykh TV, Merzlyak EM, Shkrob MA, Lukyanov S, Lukyanov KA. A genetically encoded photosensitizer. Nature Biotech. 2006, 24, 95-99. *Contributed equally.

15.Bulina ME, Lukyanov KA, Britanova OV, Onichtchouk D, Lukyanov S, Chudakov DM. Chromophore-assisted light inactivation (CALI) using the phototoxic fluorescent protein KillerRed. Nature Protocols 2006, 1, 947-953.

16.Chudakov DM, Chepurnykh TV, Belousov VV, Lukyanov S, Lukyanov KA. Fast and precise protein tracking using repeated reversible photoactivation. Traffic 2006, 7, 1304-1310.

17.Evdokimov AG, Pokross ME, Egorov NS, Zaraisky AG, Yampolsky IV, Merzlyak EM, Shkoporov AN, Sander I, Lukyanov KA, Chudakov DM. Structural basis for the fast maturation of Arthropoda green fluorescent protein. EMBO Rep. 2006, 7, 1006-1012.

18.Shcherbo D, Merzlyak EM, Chepurnykh TV, Fradkov AF, Ermakova GV, Solovieva EA, Lukyanov KA, Bogdanova EA, Zaraisky AG, Lukyanov S, Chudakov DM. Bright far-red fluorescent protein for whole-body imaging. Nature Methods. 2007, 4, 741-746.

19.Merzlyak EM, Goedhart J, Shcherbo D, Bulina ME, Shcheglov AS, Fradkov AF, Gaintzeva A, Lukyanov KA, Lukyanov S, Gadella TW, Chudakov DM. Bright monomeric red fluorescent protein with an extended fluorescence lifetime. Nature Methods. 2007, 4, 555-557.

20.Chudakov DM, Lukyanov S, Lukyanov KA. Using photoactivatable fluorescent protein Dendra2 to track protein movement. Biotechniques. 2007, 42:553, 555, 557.

21.Souslova EA, Belousov VV, Lock J, Stromblad S, Kasparov S, Bolshakov AP, Pinelis VG, Labas YA, Lukyanov S, Mayr LM, Chudakov DM. Single fluorescent protein-based Ca2+ sensors with increased dynamic range. BMC Biotechnol. 2007, 7:37.

22.Chudakov DM, Lukyanov S, Lukyanov KA. Tracking intracellular protein movements using photoswitchable fluorescent proteins PS-CFP2 and Dendra2. Nature Protoc. 2007, 2, 2024-2032.

23.Плетнева Н.В., Плетнев С.В., Чудаков Д.М., Тихонова Т.В., Попов В.О., Мартынов В.И., Влодавер А.., Даутер З., Плетнев В.З. Пространственная структура желтого флуоресцентного белка zYFP538 (Zoanthus sp.) при разрешении 1.8 A Биоорган. химия. 2007, 33; 421–430.

24.Subach OM, Gundorov IS, Yoshimura M, Subach FV, Zhang J, Grьenwald D, Souslova EA, Chudakov DM, Verkhusha VV. Conversion of red fluorescent protein into a bright blue probe. Chem Biol. 2008 Oct 20;15(10).

25.Pletnev S, Shcherbo D, Chudakov DM, Pletneva N, Merzlyak EM, Wlodawer A, Dauter Z, Pletnev V.A Crystallographic Study of Bright Far-Red Fluorescent Protein mKate Reveals pH-induced cis-trans Isomerization of the Chromophore. J Biol Chem. 2008 Oct 24;283(43):28980-7.

26.М.Ю. Захарова, С.А. Дубилей, Д.М. Чудаков, А.Г. Габибов, И.Г. Шемякин, А.В. Колесников. Субстратная специфичность летального фактора сибирской язвы. Докл. Академии Наук. 2008;418:14-7. (получен и использован сенсор на основе FRET-пары флуоресцентных белков).

27.Shcherbo D, Murphy CS, Ermakova GV, Solovieva EA, Chepurnykh TV, Shcheglov AS, Verkhusha VV, Pletnev VZ, Hazelwood KL, Roche PM, Lukyanov S, Zaraisky AG, Davidson MW, Chudakov DM. Far-red fluorescent tags for protein imaging in living tissues. Biochem J. 2009 Mar 15;418(3):567-74.

28.Mutoh H, Perron A, Dimitrov D, Iwamoto Y, Akemann W, Chudakov DM, Knцpfel T. Spectrally-resolved response properties of the three most advanced FRET based fluorescent protein voltage probes. PLoS ONE. 2009;4(2):e4555.

29.Shcherbo D, Souslova EA, Goedhart J, Chepurnykh TV, Gaintzeva A, Shemiakina II, Gadella TW, Lukyanov S, Chudakov DM. Practical and reliable FRET/FLIM pair of fluorescent proteins. BMC Biotechnol. 2009 Mar 25;9:24.

30.Zakharova MY, Kuznetcov NA, Dubiley SA, Kozyr AV, Fedorova OS, Chudakov DM, Knorre DG, Shemyakin IG, Gabibov AG, Kolesnikov AV. Substrate recognition of anthrax lethal factor examined by combinatorial and pre-steady-state kinetic approaches. J Biol Chem. 2009 Jul 3;284(27):17902-13. (получен и использован сенсор на основе FRET-пары флуоресцентных белков).

31.Bogdanov AM, Mishin AS, Yampolsky IV, Belousov VV, Chudakov DM, Subach FV, Verkhusha VV, Lukyanov S, Lukyanov KA. Green fluorescent proteins are light-induced electron donors. Nature Chem Biol. 2009 Jul;5(7):459-61.

32.Pletnev S, Gurskaya NG, Pletneva NV, Lukyanov KA, Chudakov DM, Martynov VI, Popov VO, Kovalchuk MV, Wlodawer A, Dauter Z, Pletnev V. Structural basis for phototoxicity of the genetically encoded photosensitizer KillerRed. J Biol Chem. 2009 Nov 13;284(46):32028-39.

33.Bogdanov AM, Bogdanova EA, Chudakov DM, Gorodnicheva TV, Lukyanov S, Lukyanov KA. Cell culture medium affects GFP photostability: a solution. Nature Methods. 2009 Dec;6(12):859-60.

34.Guo F, Liu B, Tang F, Lane S, Souslova EA, Chudakov DM, Paton JF, Kasparov S. Astroglia are a possible cellular substrate of angiotensin(1-7) effects in the rostral ventro-lateral medulla. Cardiovasc Res. 2010 Aug 1;87(3):578-84. (тестирование и применение генетически кодируемого кальциевого сенсора Case12).

35.Koutsopolous OS, Laine D., Osellame LD, Chudakov DM, Parton RG, Frazier AE, Ryan MT. Human Miltons associate with mitochondria and induce microtubule-dependent remodeling of mitochondrial networks. BBA - Molecular Cell Research, 2010 May;1803(5):564-74. (тестирование и применение флуоресцентных и фотоактивируемых флуоресцентных белков).

36.Л. Чжан, Н. Г. Гурская, Е. Е. Копанцева, Н. Н. Мудрик, Л. Л. Вагнер, К. А. Лукьянов, Д. М. Чудаков. Выявление аминокислотных остатков, ответственных за способность к обратимой фотоконверсии мономерного красного флуоресцентного белка TagRFP. Биоорган. химия, 2010, 36(2); 187–192.

37.Zhdanov AV, Ward MW, Taylor CT, Souslova EA, Chudakov DM, Prehn JH, Papkovsky DB. Extracellular calcium depletion transiently elevates oxygen consumption in neurosecretory PC12 cells through activation of mitochondrial Na(+)/Ca(2+) exchange. Biochim Biophys Acta. 2010 Sep;1797(9):1627-1637. (тестирование и применение генетически кодируемого кальциевого сенсора Case12).

38.Leder L, Stark W, Freuler F, Marsh M, Meyerhofer M, Stettler T, Mayr LM, Britanova OV, Strukova LA, Chudakov DM, Souslova EA. The Structure of Ca2+ Sensor Case16 Reveals the Mechanism of Reaction to Low Ca2+ Concentrations. Sensors. 2010, 10(9), 8143-8160; doi:10.3390/s100908143.

39.Shcherbo D, Shemiakina II, Ryabova AV, Luker KE, Schmidt BT, Souslova EA, Gorodnicheva TV, Strukova L, Shidlovskiy KM, Britanova OV, Zaraisky AG, Lukyanov KA, Loschenov VB, Luker GD, Chudakov DM. Near-infrared fluorescent proteins. Nature Methods. 2010 Oct;7(10):827-9.

40.Teh C, Chudakov DM, Poon K, Mamedov IZ, Sek J, Shidlovsky K, Lukyanov S, and Korzh V. Optogenetic in vivo cell manipulation in KillerRed-expressing zebrafish transgenics. BMC Developmental Biology. 2010 Nov 2;10:110.

41.M. Figueiredo, S. Lane, F. Tang, B-H. Liu, N. Marina, V. Kasymov, E. A. Souslova, D.M. Chudakov, A. Gourine, A.G. Teschemacher, S. Kasparov. Optogenetic experimentation on astrocytes. Experimental Physiology. 2011 Jan;96(1):40-50.

42.Light-induced blockage of cell division with a chromatin-targeted phototoxic fluorescent protein. Serebrovskaya EO, Gorodnicheva TV, Ermakova GV, Solovieva EA, Sharonov GV, Zagaynova EV, Chudakov DM, Lukyanov S, Zaraisky AG, Lukyanov KA. Biochem J. 2011 doi:10.1042/BJ20101217.

Главы в книгах:

1.Chudakov D.M., and Lukyanov K.A. (2005) Using photoactivatable GFPs to study protein dynamics and function. In Jorde, L.B., Little, P.F.R., Dunn, M.J. and Subramaniam, S. (Eds), Encyclopedia of Genetics, Genomics, Proteomics and Bioinformatics. John Wiley & Sons Ltd, Chichester, 2129-2137.

2.Lukyanov K.A., Chudakov D.M., Fradkov A.F., Labas Y.A., Matz M.V. and Lukyanov S.A. (2005) Discovery and properties of GFP-like proteins from non-bioluminescent Anthozoa In: Green fluorescent protein: properties, applications and protocols. 2nd edition, Chalfie, M., Kain, S., Eds., John Wiley & Sons Ltd, New Jersey, 121-138.

Патенты:

1.United States Patent 7,638,615. Fluorescent proteins and methods for using same. Issued December 29, 2009, Inventors: Lukyanov; Sergey A. (Moscow, RU), Chudakov; Dmitry M. (Moscow, RU).

2.Европейский патент EP1994149 - Novel fluorescent proteins and methods for using same. Inventors: Lukyanov; Sergey A. (Moscow, RU), Chudakov; Dmitry M. (Moscow, RU).

3.Патент РФ № 2395581. Новые флуоресцентные белки из Entacmaea quadricolor и способ их получения. Авторы: Лукьянов Сергей Анатольевич (RU), Чудаков Дмитрий Михайлович (RU).