КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 14-15-00702

НазваниеПути фосфорилирования CD45 ассоциированного протеина (CD45-AP) и его роль в процессах активации лимфоцитов человека

РуководительФилатов Александр Васильевич, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научный центр "Институт иммунологии" Федерального медико-биологического агентства, г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ 2014 г. - 2016 г. 

Конкурс№1 - Конкурс 2014 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины, 05-108 - Иммунология

Ключевые словадифференцировочные антигены лимфоцитов человека, поверхностные рецепторы, активация лимфоцитов, каскад фосфорилирования, киназы, клеточный сигналинг

Код ГРНТИ76.03.55


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Фосфатаза CD45 контролирует в лимфоцитах уровень фосфорилирования ряда рецепторов и сигнальных молекул и таким образом является важным регулятором процесса активации лимфоцитов. Однако, что управляет активностью самого CD45 остается невыясненным до настоящего времени. На роль регулятора может претендовать так называемый «CD45 ассоциированный протеин» (CD45-AP). Этот белок образует надмолекулярный комплекс не только с CD45, но также взаимодействует с корецептором CD4 и киназой Lck. Имеются веские основания полагать, что белок CD45-AP выполняет в клетке какие-то важные, но пока неизвестные функции. Прежде всего, сама ассоциация CD45-AP с CD45, CD4 и Lck очевидно не является случайной, а отражает тесные взаимодействия между этими молекулами. Во-вторых, известно, что белок CD45-AP может фосфорилироваться, а это является указанием на его возможную регуляторную роль белка CD45-AP. В третьих, степень его фосфорилирования зависит от активации клетки. Целью проекта является выяснение функции молекулы CD45-AP. Научная новизна. Протеин CD45-AP не принадлежит ни к одному известному семейству белков и не имеет гомологов. Доменная организация этого белка неизвестна, а функция не определена, поэтому в данном исследовании придется решать абсолютно новые научные задачи. Актуальность. В рецепторном комплексе лимфоцитов, состоящем из молекул CD3-TCR, CD4, Lck, CD45 и CD45-AP именно CD45-AP остается наименее изученной молекулой. Исследование планируется начать с определения сайтов фосфорилирования CD45-AP. Для этого будет проведен направленный мутагенез молекулы CD45-AP с заменой фосфорилируемых остатков Ser, Thr и Tyr на нефосфорилируемый Ala. Уровень фосфорилирования мутантных белков будет определен при временной трансфекции в клетки HEK293T, а также при стабильной трансфекции в Т-клеточные линии Jurkat и CEM. Стабильная трансфекция будет осуществляться с помощью лентивирусных векторов в клетки, которые предварительно будут нокаутированы по гену CD45-AP. Нокаутирование будет достигаться применением бактериальной нуклеазы Cas9 и guide RNA. Cайты фосфорилирования будут подтверждены в независимых экспериментах методом тандемной масс-спектрометрии (MS/MS) эндогенного CD45-AP без использования каких-либо мутаций. Масс-спектрометрический анализ будет выполнен как на нормальных, так и на активированных клетках. Далее работа будет сосредоточена на определение функциональной значимости обнаруженных сайтов фосфорилирования и поиске киназ, специфически фосфорилирующих CD45-AP. С этой целью в тесте фосфорилирования in vitro против рекомбинантного CD45-AP будет скринировано более 200 различных Ser/Thr и около 100 Tyr киназ. Идентифицированные сайты будут использованы для получения моноклональных антител распознающих отдельные фосфоформы белка. Полученные антитела позволят количественно учитывать появление различных фосфоформ белка в ответ на активационные стимулы. В конечном счете будет выяснено участие белка CD45-AP в том или ином сигнальном каскаде, а также определено его конкретное место в цепи передачи активационного сигнала.

Ожидаемые результаты
На основании биоинформационного анализа первичной последовательности CD45-AP, по результатам направленного мутагенеза молекулы CD45-AP, а также по данным масс-спектрометрии будут определены сайты фосфорилирования молекулы CD45-AP. Будут идентифицированы киназы, которые способны фосфорилировать белок CD45-AP. Является общепринятым, что киназы представляют собой наиболее перспективные мишени для поиска новых лекарств. Идентификация киназ, участвующих в фосфорилировании CD45-AP, позволит более направленно искать новые физиологически активные соединения, которые в последующем могут использоваться в лечении опухолевых и воспалительных заболеваний. Будут получены моноклональные антитела, которые специфически распознают отдельные фосфоформы белка CD45-AP. Полученные антитела упростят процедуру определения отдельных фосфоформ белка CD45-AP до уровня рутинной иммунофлуоресценции или Вестерн блота. С помощью антител будет установлено участие CD45-AP в определенных сигнальных путях, приводящих к активации лимфоцитов, и таким образом установлена функция молекулы CD45-AP. В работе будут использованы современные методы исследования соответствующие мировому уровню. Например, технология получения нокаутных клеток с применением бактериальной нуклеазы Cas9 и guide RNA только недавно была описана в литературе (например, Cong et al., 2013 Science). Применение этой технологии не просто планируется в нашем проекте, но с ее помощью нами уже получена первая линия клеток, нокаутных по гену CD45-AP. Практическим выходом работы будут являться новые моноклональные антитела, различающие фосфоформы белка CD45-AP. Антитела найдут свое применение при определении субпопуляций лимфоцитов и иммунофенотипировании лимфом и лейкозов. Полученные результаты планируется опубликовать в Journal of Biological Chemistry (Импакт фактор за 2012 г. – 4.65), а также в журнале FEBS Journal (Импакт фактор за 2012 г. – 4.25).


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2014 году
Первичная последовательность белка CD45-AP была проанализирована с помощью биоинформационных ресурсов. Было определено, что в молекуле CD45-AP можно выделить до 13 потенциальных сайтов фосфорилирования. С помощью направленного мутагенеза были получены экспрессионные плазмиды, кодирующие белок CD45-AP в котором отмеченные сайты фосфорилирования были мутированы на алинин. Влияние отдельных точечных мутаций на уровень фосфорилирования определяли при временной трансфекции полученных плазмид в клетки HEK293T. Только мутация Ser153Ala приводила к падению уровня фосфорилирования молекулы CD45-AP. Для того чтобы определить особенности фосфорилирования белка CD45-AP в лимфоидных клетках были получены стабильные трансфектомы, экспрессирующие мутантные формы молекулы CD45-AP. В качестве родительской линии при получении стабильных трансфектом была использована Т-клеточная линия CCRF-CEM. Для того чтобы избежать интерференции эндогенного и экзогенного белка CD45-AP предварительно была получена сублиния клеток CEM нокаутная по белку CD45-AP. Нокаутирование осуществляли по технологии CRISPR-Cas9. В экспериментах на стабильных трансфектомах было показано, что Ser99 в молекуле CD45-AP подвергается фоосфорилированию. Участие этих и других сайтов в фосфорилировании молекулы CD45-AP было подтверждено в независимых экспериментах с применением масс-спектрометрии. Было показано, что фосфорилирование по Ser99 значительно снижается при активации лимфоцитов. Полученные данные помогут в установлении функции белка CD45-AP, которая до сих пор остается неизвестной.

 

Публикации

1. Филатов А.В., Мешкова Т.Д., Мазуров Д.В. Эпитопное картирование лимфоцитарного фосфатазо-ассоциированного фосфопротеина Биохимия, № 12, т. 79, с. 1707 – 1716 (год публикации - 2014) https://doi.org/10.1134/S0006297914120153


Аннотация результатов, полученных в 2015 году
Основной задачей 2015 года было определение статуса фофсорилирования молекулы CD45-AP в норме и при активации. С помощью метода дифференциального гель-электрофореза (2D-DIGE) было показано, что белок CD45-AP существует в виде 7 протеоформ. Из них 6 протеоформ являются фосфоформами, а седьмая представляет собой нефосфорилированный белок. Обнаруженные фосфоформы соответствуют моно-, ди- и три-фосфорилированным формам белка CD45-AP. Анализ интенсивностей пятен показал, что наиболее представленными являлись моно- и ди-фосфорилированные формы белка, которые составляли 40% и 24% от общего содержания белка CD45-AP соответственно. Отмеченные протеоформы были характерны для лимфоидных клеток различного происхождения: Т-клетки (CEM, Jurkat и HUT78), В-клетки (Raji и Ramos), NK-клетки (YT) и миелоидные клетки (KG1a) (Filatov et al., Clinical & Translational Immunology, 2015, v. 4, e44; doi:10.1038/cti.2015.22.2015). Это показывает, что киназы и фосфатазы, ассоциированные с CD45-AP, являются общими для всех лимфоидных клеток. Для того чтобы обеспечить обнаруженное многообразие фосфоформ, необходимо допустить существование по крайней мере четырех сайтов фосфорилирования. Обилие сайтов фосфорилирования для такого маленького белка как CD45-AP предполагает, что этот белок является регулятором в процессах активации клетки. Активация клеток с помощью форболмиристатацетата приводила к изменению набора пятен белка CD45-AP на двумерных гелях. Это показывает, что при активации клетки происходит дефосфорилирование одних сайтов и фосфорилирование других сайтов, характерных для активированного состояния клетки. В тесте фосфорилирования рекомбинантного белка CD45-AP in vitro нами были протестированы 229 различных Ser/Thr киназ. Большая часть киназ была неактивна в отношении белка CD45-AP. Слабую активность проявляла киназа легкой цепи миозина (MYLK2) и кальмодулин зависимая протеин киназа 2-ого типа (CAMK2A). Высокую активность демонстрировало семейство протеин киназ С (PKC), при этом наибольшей активностью обладали изоформы альфа и бета1. Две изоформы (mu и nu), принадлежащие к семейству «новых» PKC, были не активны в отношении CD45-AP. Эксперименты с сублинией Jurkat, дефицитной по киназе Lck, показали, что ни сама киназа Lck, ни другие киназы, лежащие в сигнальных путях ниже Lck, не участвует в фосфорилировании белка CD45-AP. Таким образом белок CD45-AP является динамично фосфорилируемой молекулой, функция которой будет установлена после определения киназ и фосфатаз контролирующих статус фосфорилирования этой молекулы.

 

Публикации

1. Filatov A., Kruglova N., Meshkova T., Mazurov D. Lymphocyte phosphatase-associated phosphoprotein proteoforms analyzed using monoclonal antibodies Clinical & Translational Immunology, 4, e44 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1038/cti.2015.22


Аннотация результатов, полученных в 2016 году
Основной задачей 2016 года была идентификация сайтов фосфорилирования молекулы CD45-AP при экспрессии белка в лимфоидных клетках. Эта задача решалась с помощью трех независимых методов: направленного мутагенеза, масс-спектрометрического анализа и путем создания фосфо-специфических антител. На основе Т-клеточной линии CEM, нокаутной по гену CD45-AP, была получена серия стабильных трансфектантов, экспрессирующих различные мутантные варианты молекулы CD45-AP. Были определены точечные и делеционные мутации, приводящие к потере тех или иных фосфоформ белка CD45-AP. Было установлено, что в покоящихся Т-клетках молекула CD45-AP фосфорилирована по Ser-99, Ser-153 и Ser-172. Тройной мутант S99A/S153A/S172A существовал только в полностью нефосфорилированной форме. Обнаруженные сайты фосфорилирования были подтверждены масс-спектрометрическим анализом белка CD45-AP, а также с помощью полученных нами фосфо-специфических поликлональных антител. При стимуляции Т-лимфоцитов с помощью форболмиристата (PMA), который является активатором протеин-киназы С, наблюдалось дефосфорилирование модифицированных остатков Ser-99 и Ser172, но не Ser-153. Наряду с этим отмечалось фосфорилирование остатка Ser-163, который в покоящемся состоянии остается дефосфорилированным. Дефосфорилирование Ser-99 и Ser-172 развивалось в течении 5 мин после стимуляции, а фосфорилирование Ser-163 происходило в течении 30 мин. Быстрая кинетика фосфорилирования/дефосфорилирования молекулы CD45-AP совпадает с временными характеристиками фосфорилирования сигнальных молекул из Ras-зависимого пути активации. Все это указывает на возможное участие CD45-AP в сигналинге клетки. Двумерные электрофореграммы белка CD45-AP для первичных лимфоцитов и клеток линии CEM совпадали. Это позволяет утверждать, что сайты фосфорилирования идентифицированные для клеток линии CEM соответствуют таковым для периферических лимфоцитов. Был проведен анализ мотивов, в которые входят идентифицированные сайты фосфорилирования. Этот анализ показал, что в процессах фосфорилирования молекулы CD45-AP могут принимать участие такие ферменты как казеин киназы I и II типа, а также митоген-активируемые протеин киназы (MAPK). Мы предполагаем, что процессы обратимого фосфорилирования/дефосфорилирования молекулы CD45-AP могут сопровождать такие физиологические процессы, как например активацию Т-лимфоцитов при антиген-специфической стимуляции через TCR рецептор. Мы надеемся, что изучение путей фосфорилирования CD45-AP в конечном счете приведет к установлению функциональной роли этой молекулы.

 

Публикации

1. Круглова Н.А., Мешкова Т.Д., Копылов А.Т., Мазуров Д.В., Филатов А.В. Constitutive and activation-dependent phosphorylation of lymphocyte phosphatase-associated phosphoprotein (LPAP) Public Library of Science, 12(8): e0182468 (год публикации - 2017) https://doi.org/10.1371/journal.pone.0182468

2. Круглова Н.А., Филатов А.В. Метод секвенирования РНК (RNA-seq) в иммунологических исследованиях Иммуннология, - (год публикации - 2016)


Возможность практического использования результатов
не указано