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 22-14-00088

НазваниеИзучение роли модуляторов ионных каналов в аритмогенезе

РуководительСоколова Ольга Сергеевна, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова», г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ 2022 г. - 2024 г. 

Конкурс№68 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни, 04-204 - Биофизика

Ключевые словаАритмия, синдром удлиненного интервала QT, LQTS, Kv7.1, Kv11.1, фосфорилирование, Yotiao, Mirp1, MinK, молекулярное моделирование, электрофизиология, структура, электронная микроскопия

Код ГРНТИ76.03.39

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Ионные каналы - это порообразующие белки, которые помогают устанавливать и контролировать градиент потенциала через плазматическую мембрану клеток, обеспечивая поток ионов по электрохимическому градиенту. Их можно классифицировать по характеру, видам ионов, проходящих через эти ворота, и по количеству ворот (пор). Существует ряд химических веществ и генетических вариантов, которые нарушают нормальное функционирование ионных каналов и имеют катастрофические последствия для организма. Модуляция свойств мембранных ионных каналов имеет фундаментальное значение для регуляции электрической активности отдельных отделов сердца. Развитие новых мощных молекулярно-биологических и биофизических подходов позволило получить новые важные представления о структуре и функции ионных каналов и открыть их как динамические образования, активность которых можно регулировать. В рамках проекта планируется провести комплексное - биохимическое, физиологическое, молекулярно-биологическое и структурное исследование ионных каналов в присутствии белков-модуляторов, что позволит выявить новые до сих пор неизвестные закономерности во взаимодействии каналов с белками-модуляторами. Будут оценен спектр генетических вариантов в генах, кодирующих канал-ассоциированные белки: AKAP9, Mirp1, MinK у пациентов с удлинением интервала QT и другими первичными аритмогенными синдромами; найденные новые и неописанные мутации будут введены в последовательности, кодирующие ионные каналы и с применением подходов электрофизиологии проявления этих мутаций будут исследованы. Будут построены модели для канала Kv11.1 с дополнительной субъединицей Mirp1 и Kv7.1 с субъединицей MinK1. Полученные данные значительно расширят существующие фундаментальные знания о структуре белков-модуляторов и их взаимодейcтвии с ионными каналами. Актуальность, новизна и научная значимость целей и задач исследования определяют мировой уровень планируемых к получению результатов.

Ожидаемые результаты
В рамках настоящего проекта планируется объединить опыт и комплементарные компетенции научных групп из МГУ имени М.В. Ломоносова и Российского Научного Центра Хирургии имени Б.В.Петровского с целью создания научного задела для изучения вариабельности генов KCNQ1 и KCNH2, определения частот и спектра мутаций в российской популяции и характеризации физиологических проявлений новых мутаций, найденных у больных с хроническими сердечными заболеваниями (первичные аритмии). Основными ожидаемыми результатами проекта являются: - Будет изучена вариабельность генов KCNQ1 и KCNH2 и определены частоты и спектр мутации в российской популяции; - Будут охарактеризованы токи, переносимые каналами, кодируемыми генами KCNQ1, KCNH2, экспрессированными в клетках CHO в контрольном фенотипе, гомо- и гетерозиготы; - Будут получены генетические конструкции белков-модуляторов активности ионных каналов (Yotiao, Mirp1) с введенными мутациями; - Будут охарактеризованы токи, переносимые каналами, кодируемыми генами KCNQ1, KCNH2, ко-экспрессированные с белками-модуляторами; - Будет изучено влияние мутаций на распределение каналов, кодируемых генами KCNQ1, KCNH2, в мембранах эукариотических клеток; - Будет проведено моделирование структуры С-концевой суперспирали канала Kv7.1 (KCNQ1) с рядом аминокислотных замен и оценена стабильность полученных моделей; - Будет проведено моделирование структуры субъединицы Mirp1 (KCNE2), в окружении липидного бислоя; - Будет проведено моделирование структуры комплекса канала Kv11.1 (KCNH2) с модулирующими субъединицами Mirp1 (KCNE2); - Будет получена структура канала, кодируемого геном KCNQ1, в присутствии белков-модуляторов. Практическая значимость планируемых научных результатов очевидна, прежде всего с точки зрения полученных в ходе выполнения проекта генетических и физиологических данных, имеющих прямое значение для понимания процессов модуляции ионных каналов (в частности, роль мутаций в белках-модуляторах при заболеваниях сердца). Кроме этого, такие данные значительно расширят существующие фундаментальные знания о структуре белков-модуляторов и их взаимодействии с ионными каналами. Актуальность, новизна и научная значимость целей и задач исследования определяют мировой уровень планируемых к получению результатов.

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Ионные каналы это порообразующие белки, которые помогают устанавливать и контролировать градиент потенциала через плазматическую мембрану клеток, обеспечивая поток ионов по электрохимическому градиенту. Существует ряд генетических вариантов, которые нарушают нормальное функционирование ионных каналов и имеют катастрофические последствия для организма. Модуляция свойств мембранных ионных каналов имеет фундаментальное значение для регуляции электрической активности отдельных отделов сердца. Развитие новых мощных молекулярно-биологических и биофизических подходов позволило получить новые важные представления о структуре и функции ионных каналов и открыть их как динамические образования, активность которых можно регулировать. В 2022 г был создан задел для изучения влияния модуляторов на ионные каналы при сердечных заболеваниях. Мы сосредоточились на сердечном канале Kv7.1, кодируемом геном KCNQ1. Мутации в этом канале приводят к тяжелым случаям аритмии и синдрома удлинения интервала QT (LQTS) и внезапной сердечной смерти. Для этого вначале было выполнено генетическое исследование ряда миссенс-мутаций у 64 пациентов с подозрением на первичные аритмогенные синдромы. Пациенты обращались в Российский научный Центр хирургии им академика Б.В.Петровского. Исследования были выполнены в лаборатории медицинской генетики. Редкие варианты вводили в плазмиду, кодирующую канал Kv7.1 и изучали с помощью электрофизиологических подходов. Были исследованы несколько миссенс-мутаций, приводящих к аритмии и LQTS. Показано, что все эти мутации связаны с потерей функции каналом, однако, разные мутации могут нарушать модуляцию канала по-разному. Этими различиями мы планируем заниматься в следующем году. Кроме этого, белок канала был экспрессирован в гетерологичной системе и очищен с помощью полимеров и детергентов. Получена предварительная структура канала с субъединицей KCNE1. Структура цитоплазматической части канала исследована также с помощью молекулярного моделирования и показано, что влияние мутаций в гене KCNQ1, приводящих к возникновению LQTS, имеет в своей основе нарушение взаимодействия с белками-партнёрами.

 

Публикации

1. Мария Карлова, Денис В. Абрамочкин, Ксения Б. Пустовит, Татьяна Нестерова, Валерий Новоселецкий, Жильдас Луссуарн, Елена Заклязьминская, Ольга С. Соколова Disruption of a Conservative Motif in the C-Terminal Loop of the KCNQ1 Channel Causes LQT Syndrome International Journal of Molecular Sciences, V. 23, 7953 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.3390/ijms23147953

2. Соколова О.С., Кравчук Е., Качер Ю., Гибадуллина С., Карлова М.Г., Глухов Г.С., Багров Д.В. Use of lipodiscs in structural studies of ion channels The Thirteenth International Multiconference (04–08 July 2022, Novosibirsk, Russia); Abstracts, The Thirteenth International Multiconference (04–08 July 2022, Novosibirsk, Russia); Abstracts, p. 327-328 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.18699/SBB-2022-183

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
При поддержке РНФ проводились исследования нарушений в сердечных каналах Kv7.1 и Kv11.1. Выполнено генетическое исследование ряда миссенс-мутаций у 62 неродственных пациентов с подозрением на первичные аритмогенные синдромы. диагноз синдрома удлиненного интервала QT был установлен 35 пробандам, диагноз синдром Бругада был заподозрен на основании типичных изменений на ЭКГ у 15 пробандов, у 2 пробандов был выявлен синдром короткого интервала QT. Дополнительно к плану в гене АКАР9 были выявлены два редких генетических варианта (миссенс) у пациентов с нарушениями реполяризации. Выполнен расчёт молекулярной динамики (МД) 10 экспериментальных моделей субъединицы Mirp, взятых в исходной конформации, в бислое POPC. Проведено моделирование структуры тандемной суперспирали HC-HD как в изолированном виде, так и в составе полной структуры канала Kv7.1. Изучено воздействие мутантного полилизинового пептида на канал Kv7.1. Эти исследования имеют прикладное значение, так как мы, видимо, идентифицировали пептид, который закрывает канал. Возможность закрытия канала с помощью пептида может помочь при укорочении длительности потенциала действия в сердечных миоцитах. Были также исследованы две мутации - в гене канала Kv7.1 и в гене его модуляторного белка Yotiao. Электрофизиологические исследования показали, что эти мутации, видимо, нарушают взаимодействие канала с модулятором, что выражается в нарушениях проводимости канала.

 

Публикации

1. Александр Пашков, Мария Карлова, Анастасия Мойсенович, Денис Абрамочкин, Елена Заклязьминская, Ольга Соколова Comparative Characterization of the Expression Profiles of Cardiac Kv7.1 Channels Containing Two Rare Genetic Variants Microscopy and Microanalysis, 29 (S1), 2023, 1118–1119 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1093/micmic/ozad067.573

2. Глухова А.А., Лу Г., Шайтан К.В., Багров Д.В., Глухов Г.С. Single-molecule imaging of ion channels isolated in detergent and styrene-maleic acid copolymer Moscow University Biological Sciences Bulletin, - (год публикации - 2023)