Нейромодулятор человека Lynx2: взаимосвязь структура-функция и роль в когнитивных процессах

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 19-74-20176

НазваниеНейромодулятор человека Lynx2: взаимосвязь структура-функция и роль в когнитивных процессах

Руководитель Парамонов Александр Сергеевич, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук , г Москва

Конкурс №31 - Конкурс 2019 года по мероприятию «Проведение исследований на базе существующей научной инфраструктуры мирового уровня» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

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

Ключевые слова никотиновые ацетилхолиновые рецепторы, лиганд-рецепторные взаимодействия, белки Ly6/uPAR, спектроскопия ЯМР, пространственная структура, электрофизиология, поведенческие тесты

Код ГРНТИ34.15.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Никотиновые ацетилхолиновые рецепторы (nAChR) играют важную роль в функционировании центральной нервной системы и когнитивных процессах. Понимание механизмов, лежащих в основе регуляции работы этих рецепторов, является одной из фундаментальных задач нейробиологии. В современной фармакологии nAChR рассматриваются как одна из мишеней для создания новых лекарственных препаратов, нацеленных на улучшение когнитивных функций. В частности, активация nAChR а7 типа, локализованных в гиппокампе и префронтальной коре, оказывает положительное действие на когнитивные процессы и мышление, концентрацию и внимание, стабилизирует эмоциональный фон, повышает устойчивость к стрессовым факторам. В качестве основы для создания новых лекарств могут быть использованы существующие природные лиганды nAChR, например, нейромодуляторы человека семейства Ly6/uPAR. В отличие от классических лигандов агонистов и антагонистов nAChR, связывающихся с ортостерическим сайтом на рецепторе, белки Ly6/uPAR модулируют функцию рецептора в присутствие агониста, вероятно взаимодействуя с не охарактеризованным аллостерическим сайтом. В настоящее время экспериментальные данные о структуре и механизме образования комплексов подобных нейромодуляторов с nAChR отсутствуют. Белок Lynx2 из мозга человека является малоизученным эндогенным модулятором nAChR. Имеющиеся данные указывают на то, что белок Lynx2 у млекопитающих задействован в контроле уровня тревожности. Lynx2 может выступать прообразом новых анксиолитических (противотревожных) препаратов, которые, в отличие от классических транквилизаторов, не обладают седативным эффектом. Для рационального дизайна новых лекарственных препаратов необходимы знания о биохимических эффектах нейромодулятора в мозге, описание влияния нейромодулятора на различные когнитивные процессы, а также детальное понимание механизмов взаимодействия лиганд-рецептор на молекулярном уровне. Однако в настоящее время конкретные мишени, структура и механизм действия Lynx2 остаются неизвестными. Задачами проекта являются изучение пространственной структуры, механизма действия и фармакологических свойств Lynx2, определение структуры комплекса Lynx2/nAChR и исследование роли нейромодулятора в когнитивных процессах и контроле уровня тревожности. Впервые используя методы электрофизиологии на ооцитах Xenopus laevis будет изучено влияние Lynx2 на работу различных подтипов nAChR. Специфичность взаимодействия Lynx2 с различными субъединицами рецептора будет определена методами имунохимии. Для этого с помощью магнитных частиц с иммобилизованным нейромодулятором будет проведена аффинная экстракция белков из препаратов коры мозга грызунов. Методом сайт-направленного мутагенеза будут определены аминокислотные остатки нейромодулятора, важные для взаимодействия с рецепторами. С использованием методов электрофизиологии на срезах мозга грызунов in vitro будет изучено влияние Lynx2 на синаптическую пластичность (долговременную потенциацию), лежащую в основе памяти и обучения. Влияние препарата Lynx2, введенного в мозг, на когнитивные функции и уровень тревожности лабораторных животных (мышей) будет исследовано в поведенческих тестах. Методами ЯМР-спектроскопии высокого разрешения будет определена структура и динамика Lynx2 в растворе, а также впервые исследована структура комплекса Lynx2 с модельным лиганд-связывающим доменом nAChR. В качестве моделей nAChR будет использован водорастворимый внеклеточный (лиганд-связывающий) домен a7-nAChR и ацетилхолин-связывающий белок (AChBP). Использование метода ЯМР для планируемых структурных исследований является абсолютно необходимым, так как нейромодуляторы семейства Ly6/uPAR обладают значительной конформационной подвижностью и, как следствие, не поддаются кристаллизации, как сами по себе, так и в комплексе с nAChR и их доменами. ЯМР-исследование позволит впервые проследить за изменениями в структуре и динамике лиганд-связывающего домена nAChR при взаимодействии с нейромодулятором семейства Ly6/uPAR. Таким образом, в процессе выполнения проекта будет получен ряд уникальных результатов, не имеющих мировых аналогов. Полученные данные дадут ключ к пониманию механизмов передачи сигнала и модуляции работы nAChR и других лиганд-управляемых ионных каналов и позволят значительно продвинуться в понимании роли Ly6/uPAR белков в работе мозга. Результаты проекта также могут лечь в основу разработок новых анксиолитических препаратов направленного действия, не обладающих седативными свойствами.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Аленкин А.А., Шулепко М.А., Шенкарев З.О., Люкманова Е.Н., Парамонов А.С. Bacterial Production and NMR Study of Human Endogenous Neuromodulator Lynx2 FEBS OPEN BIO, 2019 (9)Supl. 1 P: 277 (год публикации - 2019)
10.1002/2211-5463.12675

2. Люкманова Е.Н. Биоинженерия нейромодуляторов, регулирующих когнитивные функции Acta Naturae, спецвыпуск, том 2, стр. 71 (год публикации - 2019)

3. Парамонов А.С., Кочаровская М.В., Аленкин А.А., Шулепко М.А., Шенкарев З.О., Люкманова Е.Н. Structural and dynamic NMR study of “three-finger” protein Lynx2 EUROIMAR 2019 Abstract book, p. 563 (год публикации - 2019)

4. Евдокимова А.О., Парамонов А.С., Кочаровская М.В., Аленкин А.А., Шулепко М.А., Шенкарев З.О., Люкманова Е.Н. Bacterial production and structural studies of human neuromodulator lynx2 16th ISCM Abstract book, p 102 (год публикации - 2019)

5. Парамонов А.С., Шулепко М.А., Кочаровская М.В., Аленкин А.Е., Евдокимова А.О., Акеньтьев Ф.И., Шенкарев З.О., Кирпичников М.П., Люкманова Е.Н. Bacterial Production and Structural Study of Human Neuromodulator Lynx2 Russian Journal of Bioorganic Chemistry, Vol. 46, No. 6, pp. 1261–1269 (год публикации - 2020)
10.1134/S1068162020060230

6. Парамонов А.С., Кочаровская М.В., Царев А.В., Кульбацкий Д.С., Локтюшов Е.В., Шулепко М.А., Кирпичников М.П., Люкманова Е.Н., Шенкарев З.О. Structural Diversity and Dynamics of Human Three-Finger Proteins Acting on Nicotinic Acetylcholine Receptors Int J Mol Sci, 21 (19) 1–26 (год публикации - 2020)
10.3390/ijms21197280

7. Кочаровская М.В., Парамонов А.С., Царев А.В., Кульбацкий Д.С., Шулепко М.А., Люкманова Е.Н., Шенкарев З.О. Структурное разнообразие и динамика «трехпетельных» белков человека по данным ЯМР-спектроскопии Труды 63-й Всероссийской научной конференции МФТИ 23–29 ноября 2020 года. Биологическая и медицинская физика, - Москва : МФТИ, 2020. стр. 132-134 (год публикации - 2020)

8. Кондратьева Д., Бычков М., Кульбацкий Д., Махонин А., Кочаровская М., Шулепко М., Шенкарев З., Кирпичников М., Люкманова Е., Парамонов А. Human three-finger neuromodulator Lynx2 down-regulates cognition-related processes FEBS OPEN BIO, 2021 (11), Supl 1, p204-205 (год публикации - 2021)

9. Парамонов А.С., Бычков М.Л., Кульбацкий Д.С., Кондратьева Д.А., Махонин А.М., Кочаровская М.В., Шулепко М.А., Кирпичников М.П., Шенкарев З.О., Люкманова Е.Н Структурно-функциональные исследования трехпетельного нейромодулятора Lynx2 человека и его роли в когнитивных процессах X РОССИЙСКИЙ СИМПОЗИУМ «БЕЛКИ И ПЕПТИДЫ» СБОРНИК ТЕЗИСОВ ДОКЛАДОВ, Том 2, с.90 (год публикации - 2021)

10. Заиграев М.М., Чугунов А.О., Шенкарев З.О., Люкманова Е.Н., Парамонов А.С. Компьютерное моделирование взаимодействия нейромодулятора Lynx2 с α4β2-никотиновым ацетилхолиновым рецептором X РОССИЙСКИЙ СИМПОЗИУМ «БЕЛКИ И ПЕПТИДЫ» СБОРНИК ТЕЗИСОВ ДОКЛАДОВ, Том 2, с 115 (год публикации - 2021)

11. Парамонов А.С., Шулепко М.А., Махонин А.М., Бычков М.Л., Кульбацкий Д.С., Черников А.М., Мышкин М.Ю., Шабельников С.В., Шенкарев З.О., Кирпичников М.П., Люкманова Е.Н. New Three-Finger Protein from Starfish Asteria rubens Shares Structure and Pharmacology with Human Brain Neuromodulator Lynx2 Marine Drugs, 20(8), 503 (год публикации - 2022)
10.3390/md20080503

12. Бычков М.Л., Парамонов А.С., Шулепко М.А., Кульбацкий Д.С., Махонин А.М., Черников А.М., Шенкарев З.О., Люкманова Е.Н. New three-finger protein acting on nicotinicacetylcholine receptor from starfish FEBS Open Bio, Volume 12, Issue S1, p 261 (год публикации - 2022)
10.1002/2211-5463.13440

13. Бычков М.Л., Кириченко А.В., Парамонов А.С. Кирпичников М. П., Люкманова Е.Н. Накопление бета-амилоида приводит к снижению экспрессии lynx1 и lypd6b в гиппокампе и увеличению экспрессии провоспалительных цитокинов в гиппокампе и сыворотке крови Доклады Российской академии наук. Науки о жизни (год публикации - 2022)

14. Парамонов А.С., Заиграев М.М., Кочаровская М.В., Кульбацкий Д.С. Шулепко М.А. Чугунов А.О., Люкманова Е.Н., Шенкарев З.О. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СТРУКТУРНО-ДИНАМИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ ТРЕХПЕТЕЛЬНЫХ БЕЛКОВ - МОДУЛЯТОРОВ НИКОТИНОВЫХ АЦЕТИЛХОЛИНОВЫХ РЕЦЕПТОРОВ Всероссийская с международным участием конференция Российского нейрохимического общества 22-24 мая 2022 года Тезисы докладов, с29-30 (год публикации - 2022)

15. Люкманова Е., Бычков М., Кульбацкий Д., Заиграев М., Кочаровская М., Шулепко М., Чугунов А., Кирпичников М., Шенкарев З., Парамонов А. HUMAN NEUROMODULATOR LYNX2: STRUCTURE, TARGET AND IMPACT ON COGNITIVE-RELATED PROCESSES Всероссийская с международным участием конференция Российского нейрохимического общества 22-24 мая 2022 года Тезисы докладов, с86 (год публикации - 2022)

16. Заиграев М.М., Люкманова Е.Н., Парамонов А.С., Шенкарев З.О., Чугунов А.О. Orientational Preferences of GPI-Anchored Ly6/uPAR Proteins Int. J. Mol. Sci., 24(1):11 (год публикации - 2022)
10.3390/ijms24010011

Публикации