Ученые из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН, Института биофизики клетки РАН, Института белка РАН, НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского МГУ, Института биологического приборостроения РАН, Частного колледжа для младших классов в Химедзи (Япония), Факультета биофизики и радиационной биологии Университета Земмельвайса (Венгрия) и Института фундаментальной медицины и биологии КФУ впервые обнаружили новый (особенный) путь обратимого формирования амилоидных агрегатов титина, самого крупного из амилоидных белков. Выявленный механизм позволит приблизиться к терапии неизлечимых нейродегенеративных заболеваний. Результаты работы опубликованы в высокорейтинговом журнале International Journal of Molecular Sciences.
Амилоидозы — это группа неизлечимых заболеваний, которая характеризуется отложением белка в разных органах и тканях. Наиболее известные из таких заболеваний являются болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера, системный амилоидоз, и другие. При амилоидозах в разных органах и тканях откладывается утративший свои функции белок в виде нерастворимых агрегатов. Такие агрегаты за счёт наличия у них особой структуры (кросс бета-структура) становятся жёсткими, нерастворимыми в большинстве растворителей и устойчивыми к ферментативному расщеплению. Причины, по которым белок, выполняющий свои функции в норме, переходит в нефункциональное состояние (амилоидную форму), до сих пор до конца не изучены. Также, до конца не раскрыты пути токсического действия амилоидных структур на клетки органов. Проблемы к пониманию процесса амилоидной агрегации добавляют наличие амилоидных агрегатов, которые не являются токсичными, а наоборот, выполняют какую-то функцию в организме. Их называют функциональными амилоидами.
Различия между патологическими и функциональными амилоидами неясны, однако предполагается, что они заключаются в особенностях структуры их агрегатов. Сложность заключается в том, что для изучения структуры агрегатов белков требуется большое количество методов структурной биологии.
Международный коллектив из 17 ученых, 8 организаций и 3 стран (Россия, Япония, Венгрия) при основном участии ИТЭБ РАН, используя современные передовые методы структурной биологии решили задачу по выяснению особенного пути формирования амилоидных агрегатов самого крупного из ранее изучаемых амилоидных белков.
Работу прокомментировал ведущий научный сотрудник Лаборатории структуры и функции мышечного белка ИТЭБ РАН, кандидат биологических наук Александр Бобылев: «По полученным нами результатам процесс амилоидной агрегации на модели титина происходит по-особенному, ранее не показанному никем пути. Этот путь предполагает формирование обратимых амилоидных агрегатов белка без сильных изменений во внутренней структуре, что не свойственно другим амилоидным белкам. Лёгкость, с которой титин формирует обратимые амилоидные агрегаты, подразумевает низкую энергетическую затратность этого процесса и наводит на предположение о функциональной роли этого процесса в организме, поскольку предпосылки для этого есть. Полученные результаты являются глубоко фундаментальными и формируют представление о самом процессе амилоидной агрегации».
В дальнейшем авторы планируют продолжить исследование в направлении выявления возможной физиологической роли подобного типа амилоидной агрегации в мышечных клетках. В частности, уже ведутся работы по изучению связывания титина с другим мышечных белком – миозин-связывающимся белком С (в мышцах эти белки связаны между собой). Будет исследована способность образовывать амилоидные структуры при взаимодействии этих белков. Доказательство наличия амилоидных структур при взаимодействии этих белков будет указывать на новый, еще никем не показанный тип регуляции упруго-эластичных свойств в мышцах.
Работа поддержана Российским научным фондом (№ 22-24-00805) и Венгерским национальным бюро исследований, разработок и инноваций.
Источник: Bobylev, A.G.; Yakupova, E.I.; Bobyleva, L.G.; Molochkov, N.V.; Timchenko, A.A.; Timchenko, M.A.; Kihara, H.; Nikulin, A.D.; Gabdulkhakov, A.G.; Melnik, T.N.; et al. Nonspecific Amyloid Aggregation of Chicken Smooth-Muscle Titin: In Vitro Investigations. Int. J. Mol. Sci. 2023, 24, 1056. https://doi.org/10.3390/ijms24021056
Материал подготовила: Алсу Дюкина
Пресс-служба ИТЭБ РАН, iteb-press@yandex.ru