Исследование структурно-функциональных особенностей комплексообразования мультидоменных мышечных белков in vitro

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 22-24-00805

НазваниеИсследование структурно-функциональных особенностей комплексообразования мультидоменных мышечных белков in vitro

Руководитель Бобылёва Лия Гивиевна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и экспериментальной биофизики Российской академии наук , Московская обл

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-203 - Общая биохимия

Ключевые слова Титин, миозин-связывающий белок С (C-белок), амилоиды, амилоидная агрегация, агрегация белков, функциональные амилоиды, структурный анализ

Код ГРНТИ34.17.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Агрегация белков – распространенный процесс в клетках живых организмов. Известно, что пептиды и белки обладают способностью переходить из нативных конформационных состояний в агрегированные состояния. Наиболее интересна науке амилоидная агрегация белка, поскольку она чаще всего связана с заболеваниями человека и животных, известных как амилоидозы. К данным заболеваниям относятся болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, системные амилоидозы, прионные заболевания и др. Однако амилоиды привлекают внимание не только из-за связи с болезнями, но также благодаря их функциональной роли в организме. Например, амилоиды, формируемые протеолитическими фрагментами белка Pmel17 в меланосомах, защищают клетки от токсического действия предшественников меланина, а амилоидная агрегация белка CPEB в мозге ассоциирована с процессами консолидации памяти, и играет ключевую роль в длительных синаптических изменениях. К настоящему времени не ясны механизмы формирования амилоидных агрегатов в организме. Нет данных, которые могли бы объяснить основные отличия между функциональными и патологическими амилоидными агрегатами. Модели амилоидообразования in vitro являются хорошим инструментом для решения данной научной проблемы, поскольку формирование белками и пептидами амилоидо-подобных структур является универсальным свойством полипептидных цепей. В ранних исследованиях нами было показано, что титин гладких мышц и миозин-связывающий белок С (С-белок) способны формировать амилоидные агрегаты в достаточно мягких (физиологических) условиях. Эти белки относятся к белкам семейства титина, имеют схожее строение и состоят из иммуноглобулин-подобных (Ig) и фибронектин 3 типа-подобных (Fn-III) доменов. Основной особенностью данных агрегатов является относительно высокая скорость агрегации и отсутствие изменений во вторичной структуре белков при формировании ими агрегатов. Таким образом, мы предположили, что для формирования амилоидной структуры данными белками не требуется сильных структурных перестроек как для других амилоидных белков. Этому предположению способствовали литературные данные о том, что Ig домены могут разворачиваться фактически без применения дополнительной энергии. Эти данные предполагают возможность раскрытия (разворачивания) доменов белков семейства титина в саркомерах работающей мышцы. В свою очередь, мы предположили, что формирование амилоидных агрегатов возможно благодаря формированию водородных связей между раскрытыми доменами соседних молекул белка. Титин и С-белок, являясь структурными белками, связаны между собой в мышечных саркомерах, создавая своеобразный цитоскелетный каркас. Исходя из этого, мы предположили, что свойство формировать in vitro амилоидные агрегаты может обеспечивать функциональную роль подобной агрегации in vivo. Эта роль может сводиться к обеспечению нужных упруго-эластичных свойств в саркомерах. В данном проекте мы хотим изучить возможность образования комплексов между титином и С-белком и изучить их амилоидные свойства. Результатом таких исследований станут впервые полученные данные о возможном формировании амилоидных агрегатов, состоящих из молекул разных белков, а также новые фундаментальные представления о возможной функциональной роли амилоидных агрегатов в организме. В случае отрицательного результата, мы, тем не менее, сможем не только исследовать структурные переходы при формировании агрегатов (комплексов) данными беками с применением множества современных методов структурного анализа, но и ответить на вопрос о том, почему склонные к агрегации in vitro белки, имеющие схожую структуру, в комплексе не формируют амилоиды. Ответы на оба этих вопроса важны для понимания механизмов регуляции процесса амилоидообразования.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Бобылёва Л.Г., Габдулхаков А.Г., Салмов Н.Н. , Вихлянцев И.М., Бобылёв А.Г. In vitro Study of the Aggregation Properties of Muscle X-Protein Pleiades Publishing, Biophysics, 2022, Vol. 67, No. 4, pp. 518–522. (год публикации - 2022)
10.1134/S0006350922040042

2. Бобылёв А.Г., Якупова Э.И., Бобылёва Л.Г., Молочков Н.В., Тимченко А.А., Тимченко М.А., Кихара Х., Никулин А.Д., Габдулхаков А.Г., Мельник Т.Н., Пеньков Н.В., Лобанов М.Ю., Казаков А.С., Келлермайер М., Мартонфалви Ж., Галзитская О.В., Вихлянцев И.М. Nonspecific Amyloid Aggregation of Chicken Smooth-Muscle Titin: In Vitro Investigations International Journal of Molecular Sciences, Int J Mol Sci. 2023 Jan 5;24(2):1056. (год публикации - 2023)
10.3390/ijms24021056

3. Бобылёва Л.Г., Тимченко М.А., Якупова Э.И., Вихлянцев И.М., Бобылёв А.Г. The Peculiarities of Oligomerization of Smooth Muscle Titin and Skeletal Muscle Myosin-Binding Protein C Биофизика, Biophysics, 2023, Vol. 68, No. 3, pp. 365–368. (год публикации - 2023)
10.1134/S0006350923030041

4. Л.Г.Бобылёва, Т.А. Урюпина, Н.В.Пеньков, М.А.Тимченко, А.Д.Уланова, А.Г.Габдулхаков, И.М.Вихлянцев, А.Г.Бобылёв СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ АГРЕГАТОВ СКЕЛЕТНОМЫШЕЧНОГО ТИТИНА МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ (год публикации - 2024)

5. Урюпина Т.А., Бобылёв А.Г., Бобылёва Л.Г., Вихлянцев И.М. Изучение структуры агрегатов титина скелетных и гладких мышц in vitro СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ VII СЪЕЗДА БИОФИЗИКОВ РОССИИ, 2023 г., Т. 1, с. 233-234. (год публикации - 2023)
10.26297/SbR6.2023.001

6. Урюпина Т.А., Бобылёва Л.Г., Тимченко М.А., Некрасов П.В., Вихлянцев И.М., Бобылёв А.Г. Структурные особенности амилоидных агрегатов титина скелетных мышц кролика XXXV ЗИМНЯЯ МОЛОДЁЖНАЯ НАУЧНАЯ ШКОЛА "ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ФИЗИКО- ХИМИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИ И БИОТЕХНОЛОГИИ, 2023. С. 37. (год публикации - 2023)

7. Бобылёва Л.Г., Урюпина Т.А., Молочков Н.В., Тимченко А.А., Тимченко М.А., Пеньков Н.В., Галзитская О.В., Вихлянцев И.М., Бобылёв А.Г. Исследование амилоидной агрегации мультидоменного гигантского белка титина Теоретическая и экспериментальная биофизика, 2023. С. 18-21. (год публикации - 2023)

8. Урюпина Т.А., Бобылёва Л.Г., Тимченко М.А., Вихлянцев И.М., Бобылёв А.Г. Исследование морфологии комплексов титина и миозин-связывающего белка с методом атомно-силовой микроскопии БИОЛОГИЯ - НАУКА XXI ВЕКА, 2023 г. с. 262-263. (год публикации - 2023)

9. Бобылѐва Л.Г., Урюпина Т.А., Тимченко М.А., Удальцов С.Н., Вихлянцев И.М., Бобылѐв А.Г. К ВОПРОСУ О ПУТИ АМИЛОИДНОЙ АГРЕГАЦИИ ТИТИНА Биофизика (год публикации - 2023)

Публикации