Молекулярные механизмы дисфункции скелетной мускулатуры, ассоциированной с наследственными миопатиями человека. Поиск тестов для ранней диагностики миопатий

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 17-14-01224

НазваниеМолекулярные механизмы дисфункции скелетной мускулатуры, ассоциированной с наследственными миопатиями человека. Поиск тестов для ранней диагностики миопатий

Руководитель Боровиков Юрий Сергеевич, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт цитологии Российской академии наук , г Санкт-Петербург

Конкурс №18 - Конкурс 2017 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-202 - Протеомика; структура и функции белков

Ключевые слова Cкелетные мышцы, наследственные миопатии, изоформы тропомиозина, точечные мутации, регуляция мышечного сокращения, актин-миозиновое взаимодействие, конформационные изменения белков, поляризованная флуоресценция

Код ГРНТИ34.15.65, 34.15.45, 34.17.21

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Известно, что в основе мышечного сокращения лежит циклическое взаимодействие миозина и актина, сопровождаемое гидролизом аденозинтрифосфорной кислоты. Регуляция сокращения скелетных мышц ионами Са2+ осуществляется тропонин-тропомиозиновым комплексом, расположенным на актиновой нити. Результаты кинетических исследований и трехмерной реконструкции на основе электронно-микроскопических данных позволили предположить, что Са2+ и миозин вызывают конформационные перестройки тропонина и смещение тропомиозиновых тяжей по поверхности актиновой нити и таким образом кооперативно ее активируют. Показано, что точечные мутации в тропомиозине и других белковых компонентах мышечного волокна могут приводить к нарушению регуляции мышечного сокращения и к возникновению тяжелых заболеваний мышечной ткани человека – наследственных миопатий. Нарушение структуры и функции мышц часто возникает с самого рождения, и проявления болезни варьируют от незначительной слабости скелетных мышц до дыхательной и сердечной недостаточности, приводящих к смерти в первые годы жизни. Диагностика этих заболеваний крайне затруднена в связи с клинической, генетической и гистологической разнородностью признаков. Молекулярные механизмы, лежащие в основе нарушения сократительной функции мышц, вызванного точечными мутациями, практически неизвестны, поэтому до сих пор не предложено эффективного лечения скелетных миопатий – применяется только симптоматическая терапия, направленная на улучшение метаболизма и микроциркуляции крови в мышцах. Молекулярно-генетические исследования показали, что различные мутации в генах мышечных белков могут привести к конкретным заболеваниям, что дает возможность анализировать молекулярные основы взаимосвязи генотип-фенотип. В настоящей работе планируется исследовать несколько, практически не исследованных мутаций в генах TPM2 и TPM3 (кодирующих, соответственно, β- и γ-изоформы тропомиозина), которые приводят к возникновению тяжелых заболеваний человека, известных как немалиновая миопатия, кэп-миопатия, дистальный артрогрипоз и врожденная диспропорция типов мышечных волокон. Основной задачей работы является выявление критических нарушений в характере Са2+-зависимых конформационных перестроек сократительных и регуляторных белков, происходящих под влиянием мутантных форм тропомиозина в цикле гидролиза АТФ, и поиск тестов для идентификации различных миопатий на ранних стадиях развития болезни. Поскольку молекула тропомиозина состоит из двух α-спиральных субъединиц, причем суперспираль может быть гомодимером и гетеродимером, планируется исследовать как гомо-, так и гетеродимерные мутантные формы тропомиозина. В работе будет использован разработанный в нашей лаборатории высокочувствительный метод поляризационной микрофлуориметрии, который позволяет исследовать в одиночном мышечном волокне как локальные, так и глобальные конформационные перестройки сократительных и регуляторных белков и, что очень важно, без нарушения их функциональных свойств и целостности волокна. Полученная информация будет носить приоритетный характер, поскольку в настоящее время поляризационная микрофлуориметрия является одним из немногих методов, позволяющих получать такую информацию, а мутантные формы тропомиозина, которые будут использованы в исследованиях, ранее практически не изучались. Будет использован широкий набор методов исследования, включая конфокальную микроскопию и другие спектрально-флуоресцентные методы, молекулярно-генетические методы получения рекомбинантных белков, а также биохимические методы изучения функциональных свойств белков. Комплексное применение этих методов и оригинальных подходов, предложенных участниками проекта, позволит получить результаты, соответствующие мировому уровню исследований в данной области.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Рысев НА, Карпичева ОЕ, Сиренко ВВ, Симонян АО, Редвуд ЧС, Боровиков ЮС The Effect of the Arg91Gly and Glu139del Mutations in beta-Tropomyosin Associated with Congenital Myopathy of Human Skeletal Muscles on Actin–Myosin Interaction Cell and Tissue Biology, 12(3):238–246 (год публикации - 2018)
10.1134/S1990519X18030112

2. Рысев НА, Невзоров ИA, Карпичева ОЕ, Аврова СВ, Левицкий ДИ, Боровиков ЮС The effect of Gly126Arg substitution in alpha-tropomyosin on interaction of myosin with actin in the ATP hydrolysis cycle Cell and Tissue Biology, 12(6):510-516 (год публикации - 2018)
10.1134/S1990519X1806010X

3. Симонян АО, Сиренко ВВ, Карпичева ОЕ, Робашкевич К, Сливинска М, Морачевска И, Крутецкая ЗИ, Боровиков ЮС The primary cause of muscle disfunction associated with substitutions E240K and R244G in tropomyosin is aberrant behavior of tropomyosin and response of actin and myosin during ATPase cycle Archives of Biochemistry and Biophysics, 644:17-28 (год публикации - 2018)
10.1016/j.abb.2018.03.002

4. Аврова СВ, Карпичева ОЕ, Рысев НА, Симонян АО, Сиренко ВВ, Редвуд ЧС, Боровиков ЮС The reason for the low Ca2+-sensitivity of thin filaments associated with the Glu41Lys mutation in the TPM2 gene is "freezing" of tropomyosin near the outer domain of actin and inhibition of actin monomer switching off during the ATPase cycle Biochemical and Biophysical Research Communications, 502(2):209-214 (год публикации - 2018)
10.1016/j.bbrc.2018.05.145

5. Рысев НА, Невзоров ИA, Карпичева ОЕ, Аврова СВ, Левицкий ДИ, Боровиков ЮС Влияние замены Gly126Arg в альфа-тропомиозине на взаимодействие миозина с актином в цикле гидролиза АТФ Цитология, 60(8):639-644 (год публикации - 2018)
10.31116/tsitol.2018.08.08

6. Рысев НА, Невзоров ИА, Карпичева ОЕ, Аврова СВ, Левицкий ДИ, Боровиков ЮС The effect of the Gly126Arg mutation in Tpm1.1 on the interaction between myosin and actin in ATP hydrolysis cycle Abstracts of 47th European Muscle Conference, Budapest, Hungary, стр. 103 (год публикации - 2018)

7. Симонян АО, Карпичева ОЕ, Сиренко ВВ, Редвуд ЧС, Боровиков ЮС The E173A substitution in γ-tropomyosin disturbs the transition of contractile system to relaxation Abstracts of 47th European Muscle Conference, Budapest, Hungary, стр.104 (год публикации - 2018)

8. Аврова СВ, Боровиков ЮС, Карпичева ОЕ, Симонян АО, Сиренко ВВ, Рысев НА, Редвуд ЧС Molecular mechanisms of muscle dysfunction resulting from the myopathy-causing E41K mutation in the TPM2 gene Abstracts of 47th European Muscle Conference, Budapest, Hungary, Стр. 131 (год публикации - 2018)

9. Карпичева ОЕ, Симонян АО, Рогозовец ЕА, Редвуд ЧС, Боровиков ЮС Destabilization of blocked functional state of thin filaments by cap myopathy-causing mutation Glu150Ala in TPM3 gene Abstracts of 47th European Muscle Conference, Budapest, Hungary, Стр. 131 (год публикации - 2018)

10. Рогозовец ЕА, Симонян АО, Сиренко ВВ, Редвуд ЧС, Боровиков ЮС, Карпичева ОЕ Improper thin filament activation by γ-tropomyosin with the Arg90Pro mutation associated with congenital fibre type disproportion Abstracts of 47th European Muscle Conference, Budapest, Hungary, Стр. 132 (год публикации - 2018)

11. Боровиков ЮС, Карпичева ОЕ, Симонян АО, Аврова СВ, Рогозовец ЕА, Сиренко ВВ, Редвуд ЧС The Primary Causes of Muscle Dysfunction Associated with the Point Mutations in Tpm3.12; Conformational Analysis of Mutant Proteins as a Tool for Classification of Myopathies International Journal of Molecular Sciences, 19(12), 3975 (год публикации - 2018)
10.3390/ijms19123975

12. Аврова СВ, Карпичева ОЕ, Симонян АО, Сиренко ВВ, Редвуд ЧС, Боровиков ЮС The molecular mechanisms of a high Ca2+-sensitivity and muscle weakness associated with the Ala155Thr substitution in Tpm3.12 Biochemical and Biophysical Research Communications, 515 (2): 372-377 (год публикации - 2019)
10.1016/j.bbrc.2019.05.146

13. Карпичева ОЕ, Сиренко ВВ, Симонян АО, Редвуд ЧС, Боровиков ЮС Different skeletal myopathies caused by tropomyosin mutations: distinctive features of the primary disturbances JOURNAL OF MUSCLE RESEARCH AND CELL MOTILITY, 40: 254 (год публикации - 2019)
10.1007/s10974-019-09534-w

14. Карпичева ОЕ, Сиренко ВВ, Симонян АО, Рогозовец ЕА, Аврова СВ, Редвуд СВ, Боровиков ЮС Mechanisms of muscle dysfunction in the presence of point mutations in tropomyosin Abstracts of ХII All-Russian Symposium with International participation «Biological Motility», Pushchino, Russia, 118-121 (год публикации - 2019)

15. Боровиков Ю.С., Карпичева О.Е., Аврова С.В., Симонян А.О., Сиренко В.В., Редвуд Ч.С. The molecular mechanism of muscle dysfunction associated with the R133W mutation in Tpm2.2 Biochemical and Biophysical Research Communications (год публикации - 2019)

16. Рысев Н.А., Карпичева О.Е., Сиренко В.В., Рэдвуд Ч.С., Боровиков Ю.С. Влияние мутаций Arg91Gly и Glu139del в бета-тропомиозине, связанных с наследственной миопатией скелетных мышц человека, на актин-миозиновое взаимодействие Цитология, 59 (12): 888-896 (год публикации - 2017)

17. Карпичева О.Е., Симонян А.О., Рэдвуд Ч.С., Боровиков Ю.С. Влияние мутации Arg90Pro в γ-тропомиозине, ассоциированной с врожденной диспропорцией типов мышечных волокон, на конформационные перестройки актина в АТФазном цикле Цитология, 59 (11): 764 (год публикации - 2017)

18. Симонян А., Карпичева О., Чернев А., Боровиков Ю., Морачевска И. The effect of Ala155Thr substitution in tropomyosin on the modulation of actin-myosin interaction during simulated stages of ATPase cycle FEBS Journal, 284 (Suppl. 1): 28 (год публикации - 2017)
10.1111/febs.14170

19. Карпичева О., Симонян А., Рысев Н., Сиренко В., Рэдвуд Ч., Боровиков Ю. The high Ca2+-sensitivity associated with the Glu139del and Arg91Gly mutations in tropomyosin is caused by freezing of tropomyosin near the closed position Journal of Muscle Research and Cell Motility, 38 (3): P10-20 (год публикации - 2017)
10.1007/s10974-017-9490-8

20. Карпичева О.Е., Сиренко В.В., Рысев Н.А., Симонян А.О., Борис Д., Морачевска И., Боровиков Ю.С. Deviations in conformational rearrangements of thin filaments and myosin caused by the Ala155Thr substitution in hydrophobic core of tropomyosin Biochimica et Biophysica Acta - Proteins and Proteomics, 1865: 1790–1799 (год публикации - 2017)
10.1016/j.bbapap.2017.09.008

21. Боровиков Ю.С., Рысев Н.А., Карпичева О.Е., Сиренко В.В., Аврова С.В., Пирс А., Рэдвуд Ч.С. Molecular mechanisms of dysfunction of muscle fibres associated with Glu139 deletion in TPM2 gene Scientific Reports, 7: 16797 (год публикации - 2017)
10.1038/s41598-017-17076-9

22. Боровиков Ю.С., Симонян А.О. Карпичева О.Е., Аврова С.В., Рысев Н.А., Сиренко В.В., Пирс А., Рэдвуд Ч.С. The reason for a high Ca2+-sensitivity associated with Arg91Gly substitution in TPM2 gene is the abnormal behavior and high flexibility of tropomyosin during the ATPase cycle Biochemical and Biophysical Research Communications, 494: 681-686 (год публикации - 2017)
10.1016/j.bbrc.2017.10.161

Публикации