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 проекта 23-74-01038
НазваниеКооперативное взаимодействие белков толстых нитей запирательных мышц двустворчатых моллюсков с актином и их роль в запирательном тонусе
Руководитель Вятчин Илья Геннадьевич, Кандидат биологических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Национальный научный центр морской биологии им. А.В. Жирмунского" Дальневосточного отделения Российской академии наук , Приморский край
Конкурс №84 - Конкурс 2023 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-202 - Протеомика; структура и функции белков
Ключевые слова Запирательный тонус, модель сократительного аппарата, миозин, миород
Код ГРНТИ34.15.45
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект направлен на изучение механизма запирательного тонуса мышц-замыкателей двустворчатых моллюсков, состояния, в котором низкие затраты потребляемой мышцей энергии сочетаются с высоким значением развиваемой ею силы. Это явление исследуется вот уже более 100 лет. За это время были предложены и опровергнуты около десятка научных гипотез, объясняющих механизм запирательного тонуса, однако конкретный механизм, ответственный за формирование запирательного тонуса так и не был найден. Недавно нами была опровергнута остававшаяся актуальной на протяжении полутора десятка лет гипотеза формирования запирательного тонуса – гипотеза твитчиновых сшивок. Вместе с тем образовался идейный вакуум, потому как руководствуясь прежней парадигмой исследований установить механизм запирательного тонуса, очевидно, не удалось. В рамках данного проекта мы предлагаем совершенно иной подход к изучению запирательного тонуса. Он основывается на изучении кооперативного действия белков сократительного аппарата. Планируется изучать не возможность формирования запирательного тонуса отдельными белками запирательной мышцы, а изучить их кооперативный эффект на состояния, развиваемые сократительным аппаратом. Для этого будет изучено взаимодействие с актином различных полимеров и сополимеров белков толстых нитей. Для управления взаимодействием белков входящих в состав полимеров планируется не только использование ранее описанные методов их модификации фосфорилированием/дефосфорилированием, но и разработка нового подхода. В его основе будет лежать неодинаковая устойчивость полимеров и сополимеров миозина, миорода и парамиозина к нуклеозидфосфатам, а также разница во влиянии последних на взаимодействие белков толстых нитей с актином. Предложенный подход позволит нам проверить тезис, что способность к запирательному тонусу является интегральным свойством если не всего сократительного аппарата в целом, то как минимум толстых нитей запирательной мышцы, как единой белковой структуры.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Второй год работы в рамках проекта имел целью проверку «синергетической» гипотезы запирательного тонуса. Эта гипотеза объясняет уникальное состояние запирательного тонуса мышц двустворчатых моллюсков (пребывая в котором, мышца не расходует энергию на поддержание развитого ей усилия), кооперативной работой белков сократительного аппарата. Она является логическим развитием гипотезы миородовых сшивок, но учитывает полученные ранее данные о достаточно низком сродстве миорода и актина. Эта гипотеза объясняет слабость формируемых чистым миородом мостиков между толстыми и тонкими нитями необходимостью кооперативной работы сразу двух белков толстых нитей – миозина и миорода. Для проверки этой гипотезы на данном этапе исследования нами были найдены условия, в которых оказалось возможно оценить индивидуальный вклад миозина и миорода во взаимодействие с актином. Комплексы миорода и миозина, а также эти белки по-отдельности были протестированы биохимическими и биофизическими методами. В итоге, было установлено, что миород всё же способен самостоятельно, в отсутствии иных белков, формировать устойчивые, силовые сшивки с актином. Более того, эти сшивки, впервые, удалось наблюдать в сократительной модели in vitro. Полученные в исследовании данные подтверждают «миородовую» гипотезу запирательного тонуса. О перспективах практического применения полученных в работе данных и предложенных наработок вышли материалы на сайте РАН (https://new.ras.ru/activities/news/issledovanie-morskikh-biologov-zadayet-napravlenie-razvitiya-robotekhniki/), и научно-информационном портале «Поиск» (https://poisknews.ru/biologiya/budushhee-robotehniki-issledovanie-morskih-biologov-zadaet-napravlenie-razvitiya-biosinteticheskih-aktuatorov/).
Публикации
1.
Вятчин И.Г., Дячук В.А.
New insight into functional role of myorod
Biochemical and Biophysical Research Communications, Volume 741, P. 151066 (год публикации - 2024)
https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2024.151066
2.
Вятчин И.Г., Дячук В.А.
The unique biology of catch muscles: insights into structure, function, and robotics innovations
Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, V.13, pp.1478626 (год публикации - 2025)
10.3389/fbioe.2025.1478626
Возможность практического использования результатов
Основное применение результатов данной работы видится в возможности воспроизведения описываемых молекулярных механизмов в биоробототехнике. Полученные данные о свойствах сложных сополимеров белков запирательной мышцы, и механизмов, отвечающих за свойства этих полимеров (длину, устойчивость к нуклеозидфосфатам и сложные функции), будут полезны при разработке биосинтетических мышц, и структур, ими вдохновленных.