Роль агрегации и коагрегации белков в развитии патологий нервной системы

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 форму. 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 известны многочисленные примеры коагрегации белков, связанных с различными амилоидозами, 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 sSyn 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 в рамках проекта, а также описать интерактом NOS1AP в масштабе всего протеома.