Роль агрегации и коагрегации белков в развитии патологий нервной системы

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 22-74-10042

НазваниеРоль агрегации и коагрегации белков в развитии патологий нервной системы

Руководитель Бондарев Станислав Александрович, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" , г Санкт-Петербург

Конкурс №71 - Конкурс 2022 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 амилоиды, кросс-сидинг, амилоидозы, микробиом, альфа-синуклеин, коагрегация

Код ГРНТИ34.15.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Амилоиды – это особая группа белковых агрегатов с рядом необычных свойств, среди которых - высокая устойчивость к действию детергентов и протеаз, а также способность индуцировать переход некоторых белков из растворимой формы в агрегированную. Многочисленные исследования амилоидов сегодня особенно актуальны в связи с увеличивающейся частотой заболеваний, которые они вызывают, например, болезни Альцгеймера, Паркинсона, Хантингтона, диабет второго типа и т.д. Открытие амилоидогенных белков, способных коагрегировать друг с другом, продемонстрировало наличие нового и пока неизученного вида межмолекулярных взаимодействий. В последнее время становится всё более очевидным, что такие взаимосвязи могут играть важную роль в патогенезе амилоидных заболеваний у человека и животных. Сейчас известен ряд примеров коагрегации белков, связанных с различными амилоидозами человека, в частности, показана коагрегация следующих белков: амилоид-бета и альфа-синуклеин (aSyn), амилоид-бета и амилин, амилоид-бета и PrP. Не так давно этот список пополнился примерами коагрегации белков разных видов, в частности aSyn и CsgA Escherichia coli, aSyn и PSMαs Staphylococcus aureus, aSyn и N белок SARS-CoV-2, амилоид-beta и FapCS Pseudomonas aeruginosa. Вероятно, этот список далеко не полон. В рамках представленного проекта мы проведём первый в своём роде масштабный поиск новых примеров коагрегации aSyn и амилоидных белков бактерий с помощью мультидисциплинарных подходов. В том числе мы предложим новую уникальную экспресс методику для проверки способности амилоидных фибрилл экспонированных на поверхности клеток E. coli запускать агрегацию рекомбинантных белков. Достоинство этой методики заключается в том, что она может быть в дальнейшем легко перенесена на живые объекты. Исследуемые штаммы бактерий могут быть использованы для заражения лабораторных животных с целью мониторинга развития у них амилоидозов. Ключевым результатом этой части будет список видов бактерий, белки которых могут ускорять агрегацию aSyn и, как следствие, вызывать развитие синуклеинопатий. Исследование молекулярных механизмов коагрегации белков в составе амилоидов, в частности вклада ионных взаимодействий, является другой важной задачей проекта. В результате её решения мы сможем обоснованно предлагать ингибиторы для коагрегации различных белков. Поскольку первая часть проекта направлена на поиск бактериальных белков, вызывающих агрегацию aSyn мы планируем предложить специфические ингибиторы для выявленных взаимодействий. Немаловажным и уникальным результатом может стать получение амилоидных фибрилл из пептидов с разными зарядами, а также проверка возможности контроля их сборки. По результатам проекта будет описана роль сверхпродукции и агрегации NOS1AP в гибели нервных клеток, а также развитии симптомов шизофрении у лабораторных животных. Возможность агрегации этого белка впервые была показана в нашей лаборатории. Интерес к его дальнейшему исследованию обоснован тем, что ген NOS1AP ассоциирован с развитием шизофрении, а белок вовлечён в различные процессы, связанные с гибелью нервных клеток. Последнее обстоятельство наталкивает на гипотезу о возможных токсических эффектах агрегации NOS1AP. Важно отметить, что данные об экспрессии этого гена и продукции белка в животных моделях шизофрении отсутствуют. Мы рассчитываем заполнить этот пробел, а также описать интерактом NOS1AP в масштабе всего протеома.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Бондарев С.А., Трубицина Н.П., Землянко О.М., Каява А.В., Журавлева Г.А. Подходы для поиска белков, способных к коагрегации с амилоидами Материалы XXIII Зимней молодежной школы ПИЯФ по биофизике и молекулярной биологии. 26 февраля - 2 марта 2024. Санкт-Петербург, стр. 19-20 (год публикации - 2024)

2. Трубицина Н.П., Матиив А.Б., Рогоза Т.М., Зудилова А.А., Безгина М.Д., Журавлева Г.А., Бондарев С.А. Role of the Gut Microbiome and Bacterial Amyloids in the Development of Synucleinopathies Biochemistry (Moscow), 89, 3, 523-542 (год публикации - 2024)
10.1134/S0006297924030118

3. Трубицина Н.П., Землянко О.М., Журавлева Г.А., Бондарев С.А. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БАКТЕРИАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ C-DAG ДЛЯ АНАЛИЗА СПОСОБНОСТИ АМИЛОИДОВ ИНДУЦИРОВАТЬ АГРЕГАЦИЮ БЕЛКА IN VITRO Микробиология (год публикации - 2024)

4. Бондарев С.А., Успенская М.В., Леклерк Д., Фальгароне Т., Журагвлева Г.А., Каява А.В. AmyloComp: A Bioinformatic Tool for Prediction of Amyloid Co-aggregation Journal of Molecular Biology, 168437 (год публикации - 2024)
10.1016/j.jmb.2024.168437

5. Трубицина Н.П., Землянко О.М., Журавлева Г.А., Бондарев С.А. Поиск белков кишечных бактерий человека, способных индуцировать агрегацию альфа-синуклеина Материалы 4-го Российского Микробиологического Конгресса, 24-29.09. Томск., стр. 126 сборника тезисов конференции (год публикации - 2023)

6. Зудилова А.А., Матиив А.Б., Данилов Л.Г., Рогоза Т.М., Бондарев С.А., Журавлева Г.А. Агрегаты и мономеры NOS1AP вовлечены в образование белковых скоплений, содержащих белки стресс-гранул, при сверхпродукции в клетках HEK293T Материалы XXIII Зимней молодежной школы ПИЯФ по биофизике и молекулярной биологии. 26 февраля - 2 марта 2024. Санкт-Петербург, стр. 66-67 (год публикации - 2024)

7. Матиив А.Б., Рогоза Т.М., Разговорова И.А., Марков А.Г., Журавлева Г.А., Бондарев С.А. Использование дизоцилпина не приводит к изменению уровня экспрессии гена NOS1AP у крыс и в клетках линии SH-SY5Y Материалы XXIII Зимней молодежной школы ПИЯФ по биофизике и молекулярной биологии. 26 февраля - 2 марта 2024. Санкт-Петербург, стр.106-107 (год публикации - 2024)

8. Жданова М. И., Бондарев С.А., Журавлева Г.А. NMDA увеличивает экспрессию NOS1AP в клеточной линии SH-SY5Y Пущино: ФИЦ ПНЦБИ РАН, Сборник тезисов 28-й Пущинской школы-конференции молодых ученых с международным участием «БИОЛОГИЯ – НАУКА XXI ВЕКА». Пущино: ФИЦ ПНЦБИ РАН, 2025. – 668 с. (год публикации - 2025)

9. Бондарев С.А., Матиев А.Б., Рогоза Т.М., Разговорова И.А., Жданова М.И., Трубицина Н.П., Зудилова А.А., Москаленко С.Е., Данилов Л.Г., Марков А.Г., Журавлёва Г.А. NOS1AP AGGREGATION AND ITS POTENTIAL ASSOCIATION WITH THE DEVELOPMENT OF SYNUCLEINOPATHIES 3rd Joint Meeting “NEUROSCIENCE WEEK-2025” , Abstract book of 3rd Joint Meeting “NEUROSCIENCE WEEK-2025” May 16-19, 2025 Yerevan, Armenia (год публикации - 2025)

10. Зудилова А.А., Матиив А.Б., Данилов Л.Г., Журавлева Г.А., Бондарев С.А. NOS1AP Aggregates Formed upon Its Overproduction in HEK293T Cells do Not Possess Amyloid Properties Cell and Tissue Biology (год публикации - 2025)

11. Трубицина Н.П., Землянко О.М., Рогоза Т.М., Данилов Л.Г., Журавлева Г.А., Бондарев С.А. Поиск белков, способных коагрегировать с альфа‑синуклеином в протеомах бактерий Издательский дом «Петрополис», Санкт‑Петербург, Сборник тезисов международного конгресса «VIII Съезд Вавиловского общества генетиков и селекционеров, посвященного 300‑летию российской науки и высшей школы». Саратов, 14–19 июня 2024 года, Издательский дом «Петрополис», Санкт‑Петербург, 2024. — 804 с. (год публикации - 2024)

12. Матиив А.Б., Рогоза Т.М., Разговорова И.А., Жданова М.И., Трубицина Н.П., Безгина М.Д., Исаева И.Г., Марков А.Г., Журавлева Г.А., Бондарев С.А. Dizocilpine Does Not Alter NOS1AP Gene Expression in Rats and in Cell Cultures Int. J. Mol. Sci. , 26(11), 5329 (год публикации - 2025)
10.3390/ijms26115329

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Амилоиды – это особая группа белковых агрегатов с кросс-β-структурой и рядом необычных свойств, среди которых - высокая устойчивость к действию детергентов и протеаз, а также способность индуцировать переход некоторых белков из растворимой формы в агрегированную. Открытие амилоидогенных белков, способных коагрегировать друг с другом, продемонстрировало наличие нового, и пока неизученного, вида межмолекулярных взаимодействий. Сейчас известны многочисленные примеры коагрегации белков, связанных с различными амилоидозами, в частности, показана коагрегация следующих белков: амилоида-β и α-синуклеина (aSyn), амилоида-β и амилина, амилоида-бета и PrP. Не так давно этот список пополнился примерами коагрегации белков разных видов, в частности aSyn человека и CsgA Escherichia coli, aSyn и PSMαs Staphylococcus aureus, aSyn и N-белок SARS-CoV-2, амилоид-β и FapCS Pseudomonas aeruginosa. В рамках проекта мы провели первый в своём роде масштабный биоинформатический поиск новых примеров коагрегации aSyn человека и амилоидогенных белков бактерий. Для последующей экспериментальной проверки результатов на примере двух белков была отработана методика индукции агрегации рекомбинантных белков в присутствии клеток бактерий E. coli с амилоидными фибриллами на своей поверхности. За отчётный период была проведена серия дополнительных экспериментов с целью перепроверить данные об отсутствии влияния дизоцилпина (MK-801), блокатора NMDA-рецепторов, на экспрессию и продукцию NOS1AP. В результате мы убедились, что инъекции этого вещества в малых дозах не влияют на количество данного белка в различных отделах мозга крыс. Аналогичный эффект был показан на различных клеточных линиях как при малых, так и при высоких концентрациях дизоцилпина в среде.

Публикации

Возможность практического использования результатов
Отсутствует