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 19-74-10051
НазваниеПостроение новой модели организации фибриллярного актина (F-актина). Определение аминокислотных остатков, задействованных в формировании остова актиновых филаментов
Руководитель Глякина Анна Владимировна, Кандидат физико-математических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт белка Российской академии наук , Московская обл
Конкурс №41 - Конкурс 2019 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» 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 белок-белковые взаимодействия, компьютерное моделирование, актин, филамент, миопатия, ограниченный протеолиз, электронная микроскопия, масс-спектрометрия
Код ГРНТИ34.15.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
На сегодняшний день накопилось много данных, не согласующихся с общепризнанной моделью организации фибриллярного актина (F-актина). Изучение механизма фибриллообразования актина поможет прояснить правильность предложенной новой модели F-актина. Полученные нами предварительные экспериментальные и теоретические данные не согласуются с существующей моделью F-актина, которая была предложена в 1963 году (Hanson and Lowy 1963, J. Mol. Biol., 6:46–60) с использованием электронно-микроскопических изображений и учетом данных по рентгеноструктурному исследованию фибриллярного актина (Selby and Bear 1956, J. Biophysic. and biochem. cytol., 2(1): 71–85). Несмотря на то, что даже учитывая данные рентгеноструктурного анализа, не было сделано однозначного заключения о структурных особенностях актиновых филаментов, в работе 1963 г. предполагается, что F-актин состоит из двух нитей (двухспиральная организация). Представление о двухцепочечной спиральной организации актиновых филаментов остается общепризнанной до настоящего времени.
С развитием рентгеноструктурного анализа и предложения кристаллической структуры мономерного актина (Holmes et al., 1990, Nature, 347: 44–49), его модель стали вписывать в F-актин, подтверждая двухспиральную организацию актинового филамента. Однако, на ЭМ изображениях, у многих авторов можно заметить, что фибриллы актина организованы из молекул актина, уложенных в виде одной нити (см. рисунок 1, данные ЭМ, где хорошо видна кольцевая организация фибриллярного актина).
Изучая механизм формирования амилоидных фибрилл на примере ряда пептидов, мы приблизились к пониманию того, что формирование фибрилл проходит по пути мономер, олигомер, фибрилла. При этом олигомер является основным строительным блоком для формирования фибрилл. Строительные блоки в виде кольцевых олигомеров взаимодействуют друг с другом кольцо к кольцу, выстраиваясь в длинные полимерные образования. Молекула актина сама по себе может представлять готовый строительный блок, поскольку ее трехмерные параметры (ширина, высота) подходят к параметрам актиновых филаментов. Наше представление о структурной организации F-актина отличается от принятого к настоящему времени. Однако, ряд данных и прежде всего сильный полиморфизм F-актина (Galkin et al., 2011, Nat Struct Mol Biol., 17(11):1318–23), могли бы послужить серьезным основанием попытаться объяснить полиморфизм с учетом иной интерпретации структурной организации фибриллярного актина. Обширная литература показывает, что F-актин не может быть описан одной структурной моделью, так как эта модель не может объяснить введение сшивок (S-S связей) внутри филамента (Oztug Durer et al., 2010, J. Mol. Biol. 395(3): 544–557). Эти результаты свидетельствуют о большой степени пластичности и гетерогенности внутри F-актина.
Полученные нами предварительные данные не согласуются с существующей моделью фибриллярного актина. Мы не видим двойной спирали актина, и это никак не следует из ранних рентгеноструктурных данных, полученных Astbury в 1947 году (Astbury, W. T., X-ray study of actin. Nature, 1947, 160, 388) и принятых за основание для предположения о двойной нити фибриллярного актина. Основной функцией не мышечного актина является поддержание формы клетки, то есть структурная функция. Для бактериальных гомологов актина также была предложена двухспиральная организация (Orlova et al., 2007, Nat. Struct. Mol. Biol., 14: 921–926). Однако, следует обратить внимание на данные для фибриллярного кренактина (архейного), который имеет только 20% идентичности с эукариотическим актином, но филогенетически его помещают намного ближе к эукариотическому актину, чем к бактериальному. Такой фибриллярный актин имеет одноцепочечную структуру и это при том, что Pyrobacculum calidifontis (источник кренактина) существует при экстремально высокой температуре, что из общих соображений требует большой стабильности цитоскелета (Braun et al., 2015, PNAS, 112(30):9340–5).
Научная новизна настоящего проекта состоит в том, что мы на основании ряда несоответствий наших экспериментальных и теоретических данных, анализа литературных источников впервые поставили под сомнение правильность двухцепочечной модели актиновых филаментов.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ