DSA Faculty
API
← к списку преподавателей

Ефремов Роман Гербертович

Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова

Профиль на hse.ru ↗ тел.: +7 (495) 916-88-76 | 15129 | +7 (903) 743-16-56
Публикаций
127
Языков
2
Наград
5
Конференций
3
Профиль Публикации (127) Курсы (4)

Профессиональные интересы

Вычислительная биологиякомпьютерная биологиямолекулярное моделированиеструктура и динамика биомолекулбиофизика

Должности

  • Профессор — Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова, Департамент прикладной математики

Био

  • · Начал работать в НИУ ВШЭ в 2013 году.
  • · Научно-педагогический стаж: 42 года.

Образование

  • 2007 · Ученое звание: Профессор
  • 2000 · Доктор физико-математических наук
  • 1986 · Кандидат физико-математических наук
  • 1983 · Специалитет: Московский инженерно-физический институт, специальность «Дозиметрия и защита», квалификация «Инженер-физик»

Награды и поощрения

  • · Участие в научных советах и обществах: член Ученого Совета ИБХ РАН; член трех специализированных диссертационных советов (ИБХ РАН, МГУ, ГУ НИИ БМХ РАМН); член Американского химического общества; член Биофизического общества (США).
  • · Надбавка за публикацию в журнале из Списка А (и приравненном к нему научном издании) (2025–2026, 2024–2025, 2023–2024)
  • · Надбавка за публикацию в международном рецензируемом научном издании (2022–2023, 2021–2022, 2019–2021)
  • · Надбавка за статью в зарубежном рецензируемом журнале (2014–2016)
  • · Надбавка за статью в зарубежном рецензируемом научном издании (2016–2018)

Гранты и проекты

  • 2016 · Грант Российского научного фонда «Компьютерный анализ структурно-функциональных аспектов олигомеризации трансмембранных доменов рецепторов сигнальных систем клетки», 2014-2016 гг., руководитель.
  • 2016 · Грант Российского научного фонда «Молекулярные технологии управления нейросигнализацией», 2014-2016 гг., отв. соисполнитель.
  • 2017 · Грант Программы Президиума РАН «Молекулярная и клеточная биология», тема: «Молекулярное моделирование пептидов и белков в мембранах как фундаментальная основа для рационального конструирования новых биологически активных соединений», 2013-2017 гг., руководитель.
  • 2014 · Грант Программы Президиума РАН № 27 «Основы фундаментальных исследований нанотехнологий и наноматериалов», тема: «Новые вычислительные технологии мультимасштабного моделирования мезоскопических биомембранных систем: от понимания фундаментальных принципов структурно-динамического поведения – к созданию наноструктур для биомедицинских приложений», 2012-2014 гг., руководитель.
  • 2015 · Грант РФФИ «Коллективные молекулярные движения, кластеры и флуктуации в гидратированных липидных бислоях и их роль в структурно-динамическом поведении клеточных мембран», 2013-2015 гг., руководитель.
  • 2018 · Грант РФФИ «Клеточные мембраны как стохастические динамические системы: от атомистического моделирования – к рациональному конструированию новых мембранных материалов», 2016-2018 гг., руководитель.

Конференции (3)

Показать все
  • · 2016: Актуальные вопросы биологической физики и химии БФФХ-2016 (Севастополь). Доклад: Оценка влияния среды на димеризацию трансмембранных доменов гликофорина А в компьютерном эксперименте
  • · 2016: Khujand Symposium on Computational Materials and Biological Sciences 2016 (Худжанд). Доклад: Helix-helix interactions in membranes: focus on lipids
  • · 2014: Dushanbe Symposium on Computational Materials and Biological Sciences DSCMBS-2014 (Душанбе). Доклад: The adaptable lipid matrix promotes transmembrane helices association in membranes

Идентификаторы исследователя

Публикации (127)

"Achilles Heel" of the Bacterial Membranes: Computational Modeling of Lipid II - Target for Novel Antibiotics

2018 · CHAPTER · en

Antibiotics resistance is a major threat to global health, so development of novel classes of antibiotics is urgently needed. Lantibiotics are natural compounds that effectively control bacterial populations, thus study of the molecular mechanisms of recognition of their targets in bacterial membrane may drive creation of novel antibiotic molecules. Many of them target lipid II - unique molecule of bacterial membranes that limits synthesis of cell wall. The core of recognition pattern is a pyrophosphate group, which can represent a pharmaceutical target. Here we present the realistic model of lipid II in native environment and establish a pharmacophore of pyrophosphate recognition by nisin molecule.

PDF ↗

The role of hydrophobic /hydrophilic balance in the activity of structurally flexible vs rigid cytolytic polypeptides and analogues developed on their basis

2018 · ARTICLE · en

Introduction: Being important representatives of various proteomes, membrane-active cationic peptides (CPs) are attractive objects as lead compounds in the design of new antibacterial, anticancer, antifungal, and antiviral molecules. Numerous CPs are found in insect and snake venoms, where many of them reveal cytolytic properties. Due to advances in omics technologies, the number of such peptides is growing dramatically. Areas covered: To understand structure-function relationships for CPs in a living cell, detailed analysis of their hydrophobic/hydrophilic properties is indispensable. We consider two structural classes of membrane-active CPs - latarcins (Ltc) from spider and cardiotoxins (CTXs) from snake venoms. While the former are void off disulphide bonds and conformationally flexible, the latter are structurally rigid and cross-linked with disulphide bonds. In order to elucidate structure-activity relationships behind their antibacterial, anticancer, and hemolytic effects, the properties of these polypeptides are considered on a side-by-side basis. Expert commentary: An ever increasing number of venom-derived membrane-active polypeptides requires new methods for identification of their functional propensities and sequence-based design of novel pharmacological substances. We address these issues considering a number of the designed peptides, based either on Ltc or CTX sequences. Experimental and computer modeling techniques required for these purposes are delineated.

DOI ↗ PDF ↗

Fine Tuning of Microscopic Properties in Two-Component Zwitterionic- Anionic Lipid Bilayers: Determinant Role of H-Bonding

2018 · ARTICLE · en

Structure, dynamics, and functioning of hydrated lipid bilayers - model cell membranes - are governed by a thin balance of intermolecular interactions between constituents of these systems. Besides the hydrophobic effect, which determines the overall bilayer skeleton, important contribution is made by Hbonds between lipids, water, and ions. This determines crucial phenomena in cell membranes: dynamic clustering, hydration, fine tuning of microscopic physico-chemical properties, which permit fast adaptation of membranes to external agents (e.g., proteins). Characteristics of H-bonds (strength, spatial location, etc.) dramatically depend on local polarity properties of water-lipid environment. Here, we calculated free energies of H-bonded complexes between lipids and water in explicit solvents of different polarity (water, methanol, chloroform) mimicking membrane environment at different depth. The strongest H-bonds were observed in nonpolar environment, although the overall bilayer organization imposes serious limitations on the distribution of various types of H-bonds over hydrophobic/hydrophilic regions (corresponding to dielectric media with low and high permeability). This creates a delicate balance, which determines a unique H-bonding pattern for each particular lipid bilayer. This was confirmed via atomistic molecular dynamics (MD) of several hydrated lipid bilayers. Understanding of the factors regulating H-bonding propensities in such systems is indispensable for rational design of new membranelike materials with predefined properties. One example - an artificial lipid with engineered hydroxyl group - is studied via MD simulations. It is shown that such lipids can induce significant changes of key characteristics of model membranes. This opens new avenues in goal-oriented design of artificial membranes with engineered properties.

PDF ↗

Behavior of Doxorubicin Lipophilic Conjugates in Liposomal Lipid Bilayers.

2018 · ARTICLE · en

Получение липосомальных препаратов путем включения водорастворимых лекарств в липидный бислой в виде липофильных пролекарств представляет значительный интерес. Ранее мы синтезировали диолеоилглицеридный и олеоильный конъюгаты доксорубицина, предназначенные для встраивания в жидкофазный бислой липосом. В данной работе исследовано влияние структуры липидных производных доксорубицина на их поведение в бислоях из пальмитоилолеоилфосфатидилхолина и димиристоилфосфатидилхолина с помощью флуоресцентных методов и молекулярного моделирования. Показано, что конъюгаты обладают ограниченной подвижностью в липидном бислое, что во многом обусловлено образованием водородных связей между агликоном доксорубицина и фосфатными группами липидов. Молекулы липофильных конъюгатов также склонны к кластеризации в мембране липосом за счет взаимодействий между остатками доксорубицина. При этом олеоильные остатки вытягиваются к центру бислоя под действием латерального давления. Олеоильный конъюгат сильнее зафиксирован в бислое, по сравнению с диглицеридным. Обнаруженные свойства производных доксорубицина могут влиять как на возможность их включения в липидный бислой в достаточных (с точки зрения терапевтического эффекта) количествах, так и на внутриклеточное высвобождение антибиотика за счет ферментолиза.

DOI ↗ PDF ↗

Lipid II as a Target for Novel Antibiotics:Structural and Molecular Dynamics Studies.

2018 · ARTICLE · en

Ввиду нарастающей проблемы антибиотикорезистентности в медицине, большое внимание уделяется антимикробным веществам, действующим на небелковые молекулы, устроенные более консервативно, чем белки. Одной из наиболее перспективных и изученных таких мишеней является компонент биосинтетического пути формирования бактериальной клеточной стенки — липид II, который присутствует только в мембране бактерий и имеет консервативную химическую структуру. Существуют несколько классов природных антибиотиков, действующих на липид II, часть из которых блокируют синтез пептидогликанового слоя клеточной стенки, связывая липид II в прочный комплекс, а другие имеют дополнительный бактерицидный механизм, заключающийся в нарушении целостности мембраны. В обзоре рассмотрены перспективы использования таких антибактериальных веществ в качестве новых лекарств для борьбы с устойчивыми к антибиотикам патогенами. Основной акцент сделан на исследованиях структуры липида II и механизмов его распознавания антибиотиками, а также на компьютерном моделировании их взаимодействия.

DOI ↗ PDF ↗

Производительность современных вычислительных платформ при обработке данных расчетов молекулярной динамики мембранных и белок-мембранных систем

2018 · ARTICLE · ru

Проведено исследование производительности 2-х алгоритмов обработки результатов молекулярной динамики (МД): расчета радиальной функции распределения (RDF) и расчета энергии на современных вычислительных платформах. Показано, что оба алгоритма эффективно распараллеливаются как на системах с общей памятью, так и на кластерах с распределенной памятью. Для обработки результатов МД систем среднего размера эффективность распараллеливания расчета RDF близка к 1 в диапазоне до 100 ядер, а при расчете энергии ‒ до 500 ядер. Показано, что при расчете энергии при небольшом числе ядер выгоднее использовать параллелизацию по индексам атомов, а при большом числе ядер - по объему

DOI ↗ PDF ↗

Производительность современных вычислительных платформ в расчетах молекулярной динамики белок - мембранных систем

2018 · ARTICLE · ru

На примере программного пакета Gromacs проведено исследование скорости расчета классической молекулярной динамики на различных компьютерных системах: настольных компьютерах, кластеров на основе процессоров x86_64, многоядерных процессоров архитектуры MIC, а также гетерогенных систем с использованием «игровых» видеокарт или графических ускорителей. Рассмотрен вопрос выбора оптимальной платформы для проведения расчетов молекулярной динамики.

PDF ↗

Helix-helix interactions in membrane domains of bitopic proteins: Specificity and role of lipid environment

2017 · ARTICLE · en

Interaction between transmembrane helices often determines biological activity of membrane proteins. Bitopic proteins, a broad subclass of membrane proteins, form dimers containing two membrane-spanning helices. Some aspects of their structure-function relationship cannot be fully understood without considering the protein-lipid interaction, which can determine the protein conformational ensemble. Experimental and computer modeling data concerning transmembrane parts of bitopic proteins are reviewed in the present paper. They highlight the importance of lipid-protein interactions and resolve certain paradoxes in the behavior of such proteins. Besides, some properties of membrane organization provided a clue to understanding of allosteric interactions between distant parts of proteins. Interactions of these kinds appear to underlie a signaling mechanism, which could be widely employed in the functioning of many membrane proteins. Treatment of membrane proteins as parts of integrated fine-tuned proteolipid system promises new insights into biological function mechanisms and approaches to drug design. This article is part of a Special Issue entitled: Lipid order/lipid defects and lipid-control of protein activity edited by Dirk Schneider.

DOI ↗ PDF ↗

C-Terminal residues in small potassium channel blockers OdK1 and OSK3 from scorpion venom fine-tune the selectivity.

2017 · ARTICLE · en

We report isolation, sequencing, and electrophysiological characterization of OSK3 (α-KTx 8.8 in Kalium and Uniprot databases), a potassium channel blocker from the scorpion Orthochirus scrobiculosus venom. Using the voltage clamp technique, OSK3 was tested on a wide panel of 11 voltage-gated potassium channels expressed in Xenopus oocytes, and was found to potently inhibit Kv1.2 and Kv1.3 with IC50 values of ~ 331 nM and ~ 503 nM, respectively. OdK1 produced by the scorpion Odontobuthus doriae differs by just two C-terminal residues from OSK3, but shows marked preference to Kv1.2. Based on the charybdotoxin-potassium channel complex crystal structure, a model was built to explain the role of the variable residues in OdK1 and OSK3 selectivity.

DOI ↗ PDF ↗

The Conformation of the Epidermal Growth Factor Receptor Transmembrane Domain Dimer Dynamically Adapts to the Local Membrane Environment

2017 · ARTICLE · en

The epidermal growth factor receptor (EGFR) family is an important class of receptor tyrosine kinases, mediating a variety of cellular responses in normal biological processes and in pathological states of multicellular organisms. Different modes of dimerization of the human EGFR transmembrane domain (TMD) in different membrane mimetics recently prompted us to propose a novel signal transduction mechanism based on protein-lipid interaction. However, the experimental evidence for it was originally obtained with slightly different TMD fragments used in the two different mimetics, compromising the validity of the comparison. To eliminate ambiguity, we determined the nuclear magnetic resonance (NMR) structure of the bicelle-incorporated dimer of the EGFR TMD fragment identical to the one previously used in micelles. The NMR results augmented by molecular dynamics simulations confirm the mutual influence of the TMD and lipid environment, as is required for the proposed lipid-mediated activation mechanism. They also reveal the possible functional relevance of a subtle interplay between the concurrent processes in the lipid and protein during signal transduction.

DOI ↗ PDF ↗

Курсы (4)