Гай Додсон (; 13 января 1937, Палмерстон-Норт, Новая Зеландия — 24 декабря 2012, Йорк, Великобритания) — новозеландский , специалист по кристаллографии белка. Основатель лабораторий структурной биологии в Университете Йорка и в Национальном институте медицинских исследований (NIMR).
Член Лондонского королевского общества (1994), Европейской организации молекулярной биологии (EMBO) (1997), Академии медицинских наук (2002).
Биография Гай Додсон родился 13 января 1937 года в Палмерстон-Норт, Новая Зеландия в семье инструктора пасечного хозяйства Университета Мэссей Френсиса Додсона и Молли Додсон, пчеловодов, переехавших в Новую Зеландию из Лондона в 1927 году. У Гая были две старшие сестры, Анна и Дейдре, и брат-близнец Морис.
С началом Второй мировой войны Френсис Додсон добровольно отправился священником в Новозеландскую армию. В 1944 году семья Додсонов переехала в Окленд.
В 1946 году Гай и Морис поступили в школу Джеймса Дилуорта—оклендского филантропа, приехавшего из Ольстера. Преподаваемые в школе предметы включали английский язык, историю, математику и химию.Dodson E. Guy Dodson. 13 January 1937—24 December 2012 // Biogr. Mems Fell. R. Soc., 2020, V. 68, P. 151—174.
В 1955 году Гай и Морис поступили в Оклендский университет. Оба выбрали научные направления: Морис—математику, физику и химию, а Гай—химию и геологию.
В 1958 году Гай Додсон получил степень бакалавра, а в 1959 году — степень магистра. По окончании университета Гай поступил в аспирантуру в группу химической кристаллографии под руководством Дэвида Холла и Нила Уотерса. В 1962 году защитил докторскую диссертацию, которая была посвящена установлению структуры хлороплатинатного производного алкалоида, выделенного из растения Senecio kirkii.
В январе 1962 году Додсон переехал в Оксфорд и присоединился к научной группе Дороти Ходжкин, где работал над установлением структуры инсулина и занимался биохимическими исследованиями. Эти исследования привели к установлению структуры 2Zn-формы инсулина в 1969 году. В 1972—1976 годах был научным сотрудником колледжа Вольфсона в Оксфорде.
В 1976 году Гай Додсон был приглашён на химический факультет Университета Йорка, где основал Лабораторию структурной биологии (YSBL). Он занимался дальнейшим изучением инсулина, а также исследованиями гемоглобина и ферментов. Эти работы включали использование подходов биоинформатики, развитие программного обеспечения, использование синхротронного излучения для установления структур и применение сайт-направленного мутагенеза для получения белков в лаборатории. В 1976 году Додсон был назначен лектором по химии, в 1985 году стал профессором.
В 1993 году Гай Додсон занял должность по совместительству в Национальном институте медицинских исследований (NIMR, Милл Хилл), где также создал группу структурных исследований и развивал структурные подходы. Милл Хилл был мировым центром исследований гриппа, его подразделения занимались также изучением паразитологии, туберкулеза и малярии, а также математической биологией.
Научная деятельность
Установление структуры и исследование биохимии инсулина (Оксфорд 1962—1976, Йорк 1976—2012) Для установления структуры инсулина был использован метод множественного изоморфного замещения, суть которого заключается в модификации кристалла путем введения различных тяжелых атомов, благодаря чему становится возможным оценить фазы для каждого сигнала. В случае инсулина основная сложность заключалась в получении таких модифицированных кристаллов из-за отсутствия реакционноспособных групп для связывания с металлом и малого содержания растворителя в кристаллической решётке.
Благодаря исследованиям датской фармацевтической компании Novo Terapeutisk было известно, что кристаллы инсулина представляют собой гексамеры, которые могут существовать в двух формах: 2Zn-инсулин и 4Zn-инсулин—содержащих 2 и 4 иона цинка на гексамер, соответственно. В дальнейшем для изучения структуры была использована 2Zn-форма, дававшая лучшую дифракционную картину.
Эти исследования способствовали развитию новых идей, включая идею использования некристаллографической симметрии, разработанную Д. Блоу и М. Россманном. Один из методов решения проблемы фаз был основан на аномальном рассеянии от тяжелых атомов. Для использования этого явления были необходимы точные измерения, что привело к сбору качественных данных, а также разработке теории и соответствующего программного обеспечения. Другое важное достижение использовало метод извлечения цинка при помощи этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА) и последующей замены его ионами других металлов, предложенный Б. Тиландером и Б. Страндбергом. Таким образом в кристаллическую решётку инсулина удалось ввести свинец и кальций для получения модификаций с тяжелым атомом. Кроме того, было получено и введено в кристалл ртуть-содержащее производное бензальдегида, а также замещенное производное фторида уранила.
Благодаря этим подходам, к началу 1969 года была получена интерпретируемая карта с разрешением 2.8Å, которая была представлена на конференции Международного союза кристаллографов (IUCr) 1969 года в Стони Брук, Нью-Йорк, США.
В последующие годы акцент исследований сместился на два новых направления.
Первое из них заключалось в уточнении структуры, для которого потребовался сбор данных высокого разрешения, а затем развитие методов уточнения структуры. В это время в научной группе активно развивали новые методы и создавали программное обеспечение. Кристаллографические программы, по мере возможности организованные в библиотеки, позднее были оформлены в ССР4.
Под руководством биохимика Дэна Мерколы, присоединившегося к лаборатории в 1970 году, было организовано второе направление, связанное со всесторонним исследованием биохимических свойств инсулина и его роли в эндокринологии и биологии с точки зрения структуры. В рамках этого направления развивались подходы биоинформатики и молекулярной динамики.Blundell T. L., Cutfield J. F., Cutfield S. M., Dodson E. J., Dodson G. G., Hodgkin D. C., Mercola D. A. Three-dimensional atomic structure of insulin and its relationship to activity // Diabetes, 1972, V. 21 (2 Suppl.), P. 492—505.Blundell T., Dodson G., Hodgkin D., Mercola D. Insulin: the structure in the crystal and its reflection in chemistry and biology // Adv. Prot. Chem., 1972, V. 26(C), P. 279—402.
Исследования инсулина продолжились и в Лаборатории структурной биологии Йорка. С 1976 по 1988 год Дороти Ходжкин и Гай Додсон продолжали уточнять и анализировать карты 2Zn-инсулина с разрешением 1,5 Å для детального выяснения структурных особенностей.Baker E. N., Blundell T. L., Cutfield J. F., Cutfield S. M., Dodson E. J., Dodson G. G. et al. The structure of 2Zn pig insulin crystals at 1.5Å resolution // Phil. Trans. R. Soc. Lond. B, 1988, V. 319, P. 369—456.
Дальнейшие исследования, проводимые совместно с компанией Novo, были направлены на поиск наиболее подходящих для терапии инсулинов, в частности, с использованием рационального дизайна для получения более эффективных генетически сконструированных инсулинов. Это привело к получению клинически используемых мономерных инсулинов.Whittingham J. L., Dodson G. G., Chaudhuri S., Dodson E. J., Moody P. C. E. X-ray crystallographic studies on hexameric insulins in the presence of helix-stabilising agents, thiocyanate, methylparaben, and phenol // Biochemistry, 1995, V. 34, P. 15553-15563.Whittingham J. L., Dodson G. G., Havelund S., Jonassen I. Crystal structure of a prolonged-acting insulinwith albumin-binding properties // Biochemistry, 1997, V. 36, P. 2826—2831.Whittingham J. L., Edwards D. J., Antson A. A., Clarkson J. M., Dodson, G. G. Interactions of phenol and m-cresol in the insulin hexamer, and their effect on the association properties of B28 Pro → Asp insulin analogues // Biochemistry, 1998, V. 37, P. 11516-11523.Whittingham J. L., Jonassen I., Havelund S., Roberts S. M., Dodson E. J., Verma C. S. et al. Crystallographic and solution studies of N-lithocholyl insulin: a new generation of prolonged-acting human insulins // Biochemistry, 2004, V. 43, P. 5987-5995. В 2000-е гг. Гай Додсон совместно с международной командой работал над разработкой суперактивных аналогов инсулина. Эти исследования привели к дальнейшему пониманию механизма связывания инсулина с рецептором.Menting J. G., Whittaker J., Margetts M. B., Whittaker L. J., Kong G. K.-W., Smith B. J. et al. Insulin engages its primary binding site on the insulin receptor // Nature, 2013, V. 493, P. 241—245.
Гемоглобин Исследование гемоглобина под руководством Гая Додсона началось в 1978 году, с приездом из Польши Зигмунта Деревенда, который совместно с Анджеем Мареком Брозозовски вырастил новую кристаллическую форму гемоглобина в аэробных условиях.
В Лаборатории структурной биологии Йорка были получены данные с разрешением 3,5 Å и определено местоположение тетрамеров гемоглобина при помощи молекулярного замещения. Полученные результаты свидетельствовали о некотором связывании кислорода в Т-состоянии гема, что было крайне интересно: это было первым примером гемоглобина, зафиксированного в переходном состоянии. Последующее изучение аллостерических путей связывания привело к длительному сотрудничеству с Максом Перутцем.
Для подтверждения предполагаемых аллостерических стадий были необходимы рентгеновские данные более высокого разрешения, которые были получены на установке синхротронного излучения LURE в Париже. Это было первое исследование структуры гемоглобина, позволившее установить, что гем в Т-состоянии является выпуклым, а не плоским.Brzozowski A., Derewenda Z., Dodson E., Dodson G., Grabowski M., Liddington R., et al. Bonding of molecular oxygen to T state human haemoglobin // Nature, 1984, V. 307, P. 74-76.
Эти результаты вместе с расчётами молекулярной динамики позволили объяснить аллостерические эффекты связывания кислорода, что подтвердило оригинальный аллостерический механизм Перутца, но значительно обогатило его деталями.11. Perutz M. F., Dodson G. G., Wilkinson A. J., Paoli M. The stereochemical mechanism of the cooperative effects in hemoglobin revisited // Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct., 1988, V. 27, P. 1-34.
Исследовательские проекты по химии ферментов (Йорк, 1980—2012) В качестве части проекта по белковой инженерии Лаборатория структурной биологии Йорка получила грант на изучение фермента пенициллин-G-ацилазы (пенициллин амидогидролаза, КФ 3.5.1.11, PGA). Фермент был клонирован и кристаллизован, и структура была полностью установлена в 1995 году Эти исследования позволили установить специфический механизм, характерный для целой группы на первый взгляд не связанных между собой ферментов, все из которых имеют каталитически активный N-концевой аминокислотный остаток и обладают необычной 4-слойной упаковкой αββα, где нуклеофил и другие каталитические группы занимают эквивалентные позиции. Это структурное надсемейство было названо Ntn (N-концевой нуклеофил) гидролазы.Brannigan J. A., Dodson G., Duggleby H. J., Moody P. C. E., Smith J. L., Tomchick D. R., Murzin A. G. A protein catalytic framework with an N-terminal nucleophile is capable of self-activation // Nature, 1995, V. 378, P. 416—419. Исследования фермента пенициллин-V-ацилазы (PVA), проводившиеся совместно с индийскими учёными, позволили в 1999 году установить его структуру, которая, несмотря на совершенно другую последовательность аминокислотных остатков, имеет аналогичное строение каталитического центра.
В рамках сотрудничества с компанией Novozymes была исследована и в 1990 году опубликована структура гидролитического фермента липазы, которая демонстрировала классическую трипсиноподобную каталитическую триаду Ser-His-Asp с активным серином.Brady L., Brzozowski A. M., Derewenda Z. S., Dodson E., Dodson G., Tolley S. et al. A serine protease triad forms the catalytic centre of a triacylglycerol lipase // Nature, 1990, V. 343, P. 767—770.