Охарактеризована структура белка-мишени для терапии нейродегенеративных заболеваний
Сотрудники Института цитологии РАН (Санкт-Петербург) впервые определили структуру и геометрические параметры «коротких олигомеров» актина — структуры актина, которая накапливается в клетках в стрессовых условиях и при нейродегенеративных заболеваниях, в частности, при болезнях Хантингтона и Альцгеймера.
Результаты исследования, опубликованные в научном журнале Biochemical and Biophysical Research Communications, могут быть существенны для понимания причин дегенеративных нарушений нервной системы человека и животных, могут быть востребованы в методах ранней диагностики этих заболеваний.
Актин является одним из самых распространённых белков в клетках эукариот (растений, грибов, простейших и животных, включая человека). Известно, что актин существует в природе в мономерной форме (G-актин) и полимерной форме (F-актин) — цепочке из мономеров G-актина. F-актин играет значительную роль в работе мышечной ткани и является одним из основных белков цитоскелета немышечных клеток. G-актин — это мономерная форма F-актина в цитоплазме клетки, он также участвует в важнейших ядерных процессах, в частности, необходим для функционирования ДНК.
Кроме G- и F-формы актина существует ещё одно состояние актина, которое первоначально учёные считали промежуточной формой между G- и F-формами. Оно получило название «инактивированного актина» (I-актин). Однако ранее исследователи ИНЦ РАН показали, что I-актин представляет собой структуру, состоящую из 14–16 мономеров актина, структура которых отличается от структуры G-актина.
Изучение структуры I-актина представляет интерес в связи с тем, что в стрессовых условиях и при различных нейродегенеративных заболеваниях происходит накопление так называемых «коротких олигомеров» актина, которые отличаются от полимерного F-актина. «Короткие олигомеры» ядерного актина могут быть объектом терапии таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера и Хантингтона. Однако ни механизмы образования персистентных «коротких олигомеров» актина, ни их структура до сих пор не были изучены.
«В нашем исследовании мы предположили, что основой „коротких олигомеров“ ядерного актина может быть I-актин. В ходе проверки гипотезы мы впервые предложили многоступенчатую модель их образования, а также впервые установили размер, форму и принцип сборки коротких олигомеров актина», — рассказала главный научный сотрудник лаборатории структурной динамики, стабильности и фолдинга белков ИНЦ РАН Ирина Кузнецова.
На основании данных метода SEC-SAXS (позволяющего определять форму, размер и агрегатное состояние биомолекул в растворе) и электронной микроскопии показано, что «короткие олигомеры» представляют собой I-актин, который имеет форму плоских дискообразных олигомерных «бусинок» с радиусом около 8–9 нанометров.
Структура «бусинок» I-актина была охарактеризована методами собственной триптофановой флуоресценции, флуоресценции гидрофобного зонда АНС, а также время-разрешённой анизотропии флуоресценции. Показано, что «бусинки» могут собираться в вытянутые частицы, которые выглядят как неразветвлённые цепочки типа «бусинок на ниточке», напоминающие структуру F-актина, но гораздо толще и короче.
«Определение структуры „коротких олигомеров“ актина, а также структур, образующих их субъединиц и факторов, приводящих к образованию этих соединений, может прояснить причины инициации нейродегенеративных заболеваний, что чрезвычайно важно как для ранней диагностики, так и для терапии этих заболеваний», — пояснила Ирина Кузнецова.
Исследования были выполнены совместно с сотрудниками Научно-исследовательского центра молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний Московского физико-технического института (МФТИ) при поддержке гранта РНФ (№ 23-15-00494).
Источник: пресс-служба ИНЦ РАН.
