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 24-24-00071
НазваниеВзаимодействие предполагаемых РНК-шаперонов Mycobacterium tuberculosis с РНК: моделирование, экспериментальная проверка, определение структур.
Руководитель Никулин Алексей Донатович, Доктор химических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт белка Российской академии наук , Московская обл
Конкурс №89 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-202 - Протеомика; структура и функции белков
Ключевые слова Mycobacterium tuberculosis, туберкулез, малые регуляторные РНК, регуляция трансляции, РНК-белковые комплексы, пространственная структура белков
Код ГРНТИ34.15.15
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Исследование регуляции экспрессии генов – чрезвычайно важная научная проблема, поскольку именно этот процесс, в конечном счете, определяет состояние и функцию каждой живой системы (клетки или организма). Экспрессия генов регулируется на нескольких этапах, таких как транскрипция, трансляция, посттранляционные модификации белков. Регуляция экспрессии генов транс-кодируемыми малыми регуляторными РНК (мрРНК) – динамично развивающееся направление молекулярной биологии. Методами биоинформатики (сравнительный анализ) и геномики (RNA-seq и др.) идентифицировано большое число мрРНК M. tuberculosis, однако только для некоторых из них достоверно подтверждено их функциональное значение. В большинстве бактерий важную роль в функционировании мрРНК занимают так называемые РНК-шапероны - белки, способствующие взаимодействию мрРНК с мРНК благодаря своей функции разрушать (плавить) вторичную структуру молекул РНК и обеспечивать непосредственный контакт двух РНК на поверхности белка. Функционирование РНК-шаперонов в целом ряде грам-отрицательных и грам-положительных бактерий активно исследуется, однако их возможное участие в регуляции экспрессии генов в микобактериях практически не изучено.
Наш проект будет направлен на исследование структурно-функциональных свойств предполагаемых белковых РНК-шаперонов M. tuberculosis и их потенциальной вовлеченности в регуляции экспрессии генов посредством малых регуляторных РНК (мрРНК). Полученные результаты послужат научным заделом для дальнейшего исследования участия белков из M. tuberculosis в регуляции экспрессии генов при адаптации бактерии к иммунному ответу макроорганизма и развитии патогенности микобактерий.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Проведен анализ сродства белков CspA, CspB и DUF3107 из M. tuberculosis к трем малым регуляторным РНК методами изменения подвижности в геле и методом поверхностного резонанса плазмонов. Анализ полученных данных показал, что белок MtbCspB имеет наномолярное сродство к исследуемым РНК (5,04 нМ для Mcr11 и 6,45 нМ MTS1338), а для белков MtbCspA и MtbDUF взаимодействие с мрРНК в данных условиях детектировать не удалось. Методом химического пробинга выявлены участки мрРНК Mcr11 и MTS1338 имеющие наибольшее сродство к белку MtbCspB.
Проведен докинг различных вариантов коротких ДНК и РНК к поверхности исследуемых белков. Показано отсутствие взаимодействия белка DUF3107 с ДНК/РНК. Белок MtbCspA показал хорошую стабильность модельных комплексов с оцДНК и малую стабильность комплексов с оцРНК. В процессе моделирования обнаружена новая, ранее не описанная, область взаимодействия с оцДНК/РНК. Удлинение оцДНК/РНК с 6 нуклеотидов до 11, что позволяет контактировать таким олигонуклеотидам как с «классическим», так с «новым» ДНК/РНК связывающими участками белка MtbCspA, что по данным молекулярной динамики значительно повышает стабильность таких комплексов. Показано, что выбранные нами шпилечные участки мрРНК способны взаимодействовать с белками MtbCspA и MtbCspB. Область контактов шпилечных РНК с MtbCspA в целом совпадает с областью связывания оцДНК/РНК, однако стабильность таких комплексов по данным молекулярно-динамических расчетов не велика.
На основе полученных данных можно заключить, что белок DUF3107 из M. tuberculosis не обладает ДНК/РНК связывающими свойствами. Белок CspA из M. tuberculosis может связывать оцДНК со значимой константой связывания. Его сродство к оцРНК значительно ниже, а к шпилечным участкам РНК отсутствует. По полученным нами данным белок CspA из M. tuberculosis не может выполнять роль РНК шаперона. Из трех исследуемых белков M. tuberculosis только белок CspB может претендовать такой функционал.
Публикации
1.
Панкратова П.Ю., Леконцева Н.В., Смольянова Н.А., Никулин А.Д.
Идентификация РНК-связывающего участка белка с доменом холодового шока CspA из Mycobacterium tuberculosis методами молекулярного докинга и молекулярной динамики
Биоинформатика регуляции и структуры геномов / системная биология: Четырнадцатая
международная мультиконференция : Тез. докл. (Россия, Новосибирск, 5–10 авг. 2024 г.) /
Ин-т цитологии и генетики СО РАН; Новосиб. нац. исслед. гос. ун-т. – Новосибирск: ИЦиГ
СО РАН, 2024. – XXXVI с., 2372 с., Биоинформатика регуляции и структуры геномов / системная биология: Четырнадцатая
международная мультиконференция : Тез. докл. (Россия, Новосибирск, 5–10 авг. 2024 г.) /
Ин-т цитологии и генетики СО РАН; Новосиб. нац. исслед. гос. ун-т. – Новосибирск: ИЦиГ
СО РАН, 2024. – XXXVI с., 2372 с. – ISBN 978-5-91291-067-8 (год публикации - 2024)
10.18699/bgrs2024-3.2-10
2. Панкратова П.Ю., Леконцева Н.В., Никонов О.С., Никулин А.Д. ИДЕНТИФИКАЦИЯ РНК-СВЯЗЫВАЮЩИХ УЧАСТКОВ БЕЛКА CspA MYCOBACTERIUM TUBERCULOSIS МЕТОДАМИ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ДИНАМИКИ И ДОКИНГА Сборник тезисов 27-й Пущинской школы-конференции молодых ученых с международным участием «БИОЛОГИЯ – НАУКА XXI ВЕКА». Пущино: ФИЦ ПНЦБИ РАН, 2024. – 428 с., Сборник тезисов 27-й Пущинской школы-конференции молодых ученых с международным участием «БИОЛОГИЯ – НАУКА XXI ВЕКА». Пущино: ФИЦ ПНЦБИ РАН, 2024. – 428 с. (год публикации - 2024)
3. А.Д. Никулин, П.Ю. Панкратова, Н.А. Смольянова, Н.В. Леконцева ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ БЕЛКОВ - РНК-ШАПЕРОНОВ С РНК: МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТ VI Международная конференция ПОСТГЕНОМ’2024 XI Российский симпозиум БЕЛКИ И ПЕПТИДЫ Российско-китайский конгресс в области наук о жизни (ПСБ «Патриот», 29 октября – 2 ноября 2024). Сборник тезисов докладов. – М.: Издательство «Перо», 2024. – 7,2 Мб [Электронное издание], VI Международная конференция ПОСТГЕНОМ’2024 XI Российский симпозиум БЕЛКИ И ПЕПТИДЫ Российско-китайский конгресс в области наук о жизни (ПСБ «Патриот», 29 октября – 2 ноября 2024). Сборник тезисов докладов. – М.: Издательство «Перо», 2024. – 7,2 Мб [Электронное издание] (год публикации - 2024)
4. Смольянова Н.А., Леконцева Н.В., Никулин А.Д. ИССЛЕДОВАНИЕ РНК-СВЯЗЫВАЮЩИХ СВОЙСТВ БЕЛКОВ ХОЛОДОВОГОШОКА ИЗ MYCOBACTERIUM TUBERCULOSIS Сборник тезисов 27-й Пущинской школы-конференции молодых ученых с международным участием «БИОЛОГИЯ – НАУКА XXI ВЕКА». Пущино: ФИЦ ПНЦБИ РАН, 2024. – 428 с. (год публикации - 2024)
5. Н.В. Леконцева, А.Д. Никулин ИССЛЕДОВАНИЕ РНК-СВЯЗЫВАЮЩИХ СВОЙСТВ CSPB ИЗ MYCOBACTERIUM TUBERCULOSIS И ЕГО МУТАНТНЫХ ФОРМ VI Международная конференция ПОСТГЕНОМ’2024 XI Российский симпозиум БЕЛКИ И ПЕПТИДЫ Российско-китайский конгресс в области наук о жизни (ПСБ «Патриот», 29 октября – 2 ноября 2024). Сборник тезисов докладов. – М.: Издательство «Перо», 2024. – 7,2 Мб [Электронное издание], VI Международная конференция ПОСТГЕНОМ’2024 XI Российский симпозиум БЕЛКИ И ПЕПТИДЫ Российско-китайский конгресс в области наук о жизни (ПСБ «Патриот», 29 октября – 2 ноября 2024). Сборник тезисов докладов. – М.: Издательство «Перо», 2024. – 7,2 Мб [Электронное издание] (год публикации - 2024)
Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Определены участки взаимодействия белка MtbCspB на последовательностях MTS0997 и MTS1338 мрРНК из M. tuberculosis. Получены и наработаны три разных коротких фрагмента мрРНК, включающие эти участки. Показано, что сродство белка MtbCspB к коротким фрагментам РНК на два порядка ниже, чем к полноразмерным мрРНК. Повышении ионной силы буфера со 150 мМ NaCl до 250 мМ приводило к значительному снижению сродства MtbCspB к коротким РНК, в то время как полноразмерные мрРНК в таких условиях с белком не взаимодействовали. Предложена гипотеза, объясняющий такой эффект.
Проведена экспериментальная оценка сродства белка MtbCspB к фрагментам мрРНК и к фрагментам мРНК, включающие комплементарные участки мРНК. Показано, что все мРНК-мрРНК пары формируют дуплекс, однако комплекс с белком формируют только две пары из трех. Отмечено, что белок имеет к фрагментам мрРНК большее сродство чем к фрагментам мРНК.
Получены расчетные модели структур комплексов РНК с димером белка MtbCspB. Стабильность структур этих РНК-белковых комплексов оценена молекулярной динамикой в программе GROMACS 2022.2. Было показано, что исследуемые РНК-белковые комплексы делятся на две группы по взаимному расположению РНК относительно белка: в области С-концевого домена из четырех α-спиралей или в области N-концевого домена холодового шока. Полученная оценка стабильности комплексов с помощью молекулярной динамики совпали с результатами по оценке стабильности методами гель-шифта и поверхностного резонанса плазмонов.
Определена и депонирована в банк данных PDB структура MtbCspB (PDB ID 9XW3). Анализ кристаллической упаковки показал формирование белком димера посредством С-концевого домена с формированием пучка четырех α-спиралей. Димер белка MtbCspB в кристалле имеет компактную форму, но наличие длинных неупорядоченных участков между N- и С-концевыми доменами позволяет принимать димеру белка вытянутую форму, которая может быть реализована в растворе либо при связывании с длинной РНК.
На основании полученных нами результатов можно заключить, что белок CspB из M. tuberculosis имеет высокое сродство к мрРНК MTS0997 и MTS1338, а также может связываться с короткими комплементарными двуцепочечными участками пар мрРНК/мРНК, что указывает на его потенциальную возможность выполнять роль РНК-шаперона в микобактериях.
Публикации
1.
Леконцева Н., Михайлина А., Панкратова П., Никулин А.
The Cold Shock Protein CspB from Mycobacterium tuberculosis Binds to MTS0997 sRNA and MTS1338 sRNA as a Dimer
International Journal of Molecular Science, Int J Mol Sci. 2026 Jan 9;27(2):663. doi: 10.3390/ijms27020663. (год публикации - 2026)
0.3390/ijms27020663
Возможность практического использования результатов
На данный момент прямое применение результатов проекта невозможно из-за только лишь начального этапа исследований этой тематики.