Фактор восприимчивости eIF4E: рациональный дизайн мутаций и получение растений, устойчивых к вирусу Y картофеля

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 24-44-04007

НазваниеФактор восприимчивости eIF4E: рациональный дизайн мутаций и получение растений, устойчивых к вирусу Y картофеля

Руководитель Никонов Олег Станиславович, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт белка Российской академии наук , Московская обл

Конкурс №96 - Конкурс 2024 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами» (VAST)

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

Ключевые слова вирус картофеля Y, потивирусы, Пасленовые, инициация трансляции, eIF4E, кэп-связывающий фактор, рентгеноструктурный анализ, белковая инженерия, белок-белковые взаимодействия, РНК-белковые взаимодействия, модификация генома, вирусоустойчивость

Код ГРНТИ34.15.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В данной работе мы планируем изучить один из важнейших аспектов жизни культурных растений, а именно их реакцию на вирусную инфекцию. Возникновение вирусоустойчивости растений и ее преодоление вирусом представляет собой постоянный эволюционный процесс. В случае культурных растений понимание этого процесса имеет огромное значение не только с точки зрения фундаментальной науки, но и непосредственно прикладное, т.к. фитопатогены вирусной природы представляют собой одну из наиболее значимых угроз продовольственной безопасности человечества. Несмотря на активные научные изыскания в данной области до сих пор нет четкого представления о молекулярных механизмах, лежащих в основе формирования и преодоления вирусоустойчивости у растений. В качестве объекта исследований мы выбрали представителей семейства Пасленовых, к которым относится множество сельскохозяйственных культур, и Y вирус картофеля, который является одним из наиболее часто встречающихся и вредоносных вирусных патогенов для этих растений. Критически важным моментом развития вирусной инфекции в растительной клетке для Y вируса картофеля является взаимодействие белка VPg с кэп-связывающими белками eIF4E клетки-хозяина. Белок VPg представляет собой с функциональной точки зрения имитацию кэп структуры и ковалентно связан с вирусной мРНК. В ходе инициации трансляции мРНК вируса этот белок узнает и связывает фактор инициации трансляции 4E (eIF4E) растений. Без формирования такого специфичного и стабильного комплекса жизненный цикл вируса будет прерван. Следует отметить, что у растений существует несколько изоформ белков семейства eIF4E. С чем связано разнообразие eIF4E, до сих пор не вполне ясно. Вирус избирательно взаимодействует с одной из изоформ eIF4E. В процессе формирования устойчивости растением VPg может переключиться на использование другой изоформы растительного кэп связывающего фактора или компенсировать возникновение устойчивости появлением аминокислотных замен в своей последовательности. На данный момент отсутствует экспериментальная информация, позволяющая детально рассмотреть взаимодействие белков семейства eIF4E и VPg со структурной точки зрения на уровне изучения образующихся при этом межмолекулярных интерфейсов. Более того, такой информации крайне не хватает как для отдельно взятых растительных факторов, так и для вирусных белков. Биохимических данных, позволяющих провести исчерпывающий анализ специфичности и прочности образующихся комплексов, на данный момент тоже явно недостаточно. Именно эти пробелы и призвана заполнить данная работа. В результате выполнения проекта будет определен молекулярный механизм взаимодействия eIF4E представителей Solonaceae с VPg, а также получены генетически редактированные растения.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В ходе выполнения данного проекта были построены теоретические модели белков семейства eIF4E (эукариотических факторов инициации трансляции 4E) картофеля, включающих в себя – eIF4E1, eIF4E2, eIF(iso)4E, как в свободном состоянии, так и в комплексе с белком VPg вируса Y картофеля. Были проведены молекулярно-динамические исследования полученных моделей и выявлена взаимосвязь между отличиями в конформационной динамике диких форм белков семейства eIF4E и их способностью образовывать функциональные комплексы. Полученные теоретические результаты прекрасно согласуются с полученными экспериментальными биохимическими данными. На основе полученных данных выполнен рациональный дизайн и предложен ряд мутаций в eIF4E1, которые, как ожидается, могут привести к полной потере взаимодействия с вирусным белком, но не скажутся на способности данного белка выполнять основную функцию в клетке, а именно взаимодействовать с кэп-структурой и eIF4G.Для экспериментальной проверки влияния данных мутаций in vitro проведена подготовительная работа. Получены следующие рекомбинантные белки: дикие формы белков семейства eIF4E картофеля, а также несколько мутантных вариантов этих белков, PVY VPg и фрагмент SteIF4G. Определены кинетические параметры взаимодействия SteIF4E1, SteIF4E2, SteIF(iso)4E, а также некоторых мутантных вариантов данных белков с белком PVY VPg . Показано, что все все рекомбинантные белки SteIF4E взаимодействуют с белком PVY VPg и с аналогом кэп-структуры. Созданы генетические конструкции для получения фрагментов мРНК и отработана методика их посттранскрипционного кэпирования

Публикации

1. Вклад N-концевого фрагмента в растворимость eIF4E1 Impact of the N-terminal fragment on solubility of eIF4E1 Solanum tuberosum Open Biotechnology Journal , 19, 2025 (год публикации - 2025)
10.2174/0118740707373184250328061309

2. В. В. Колесникова, О. С. Никонов, Ф.Т. До, Е. Ю. Никонова РАЗНООБРАЗИЕ БЕЛКОВ СЕМЕЙСТВА EIF4E В СОСТАВЕ EIF4F КОМПЛЕКСА Biochemistry (Moscow) + Успехи биологической химии, 90, 2025 (год публикации - 2025)
10.1134/S0006297924603721

3. Скрылев В. И. , Колесникова В. В., Никонова Е. Ю., Андрейцев В. В., До Ф.Т., Никонов О. С. Получение экспрессионных векторов для наработки изоформ белка eIF4E томата Издательство: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук", Пущино, 121 c (год публикации - 2025)

4. Колесникова В.В.1,2, Никонова Е.Ю.1, Андрейцев В.В.1, Балобанов В.А.1,Леконцева Н.В.1, Михайлина А.О.3, До Ф.Т.3, Никонов О.С. КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К ИЗУЧЕНИЮ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ VPG ВИРУСА Y КАРТОФЕЛЯ И EIF4E Издательство: ООО "Издательство "Перо", Москва, 282 с (год публикации - 2024)

5. Nikonova E.Yu, Kolesnikova V.V.,Andreitsev V.V., Do P.T., Lekontseva N.V., Mikhaylina A.O., Moraru E.A., Nikonov O.S. POTATO EIF4E FAMILY PROTEINS: FUNCTIONAL AND BIOINFORMATICS STUDIES ICISE, Quy Nhon, 12 c (год публикации - 2025)

6. Колесникова В.В. а* , Никонова Е.Ю. а, Андрейцев В.В. а,б , Балобанов В.А. а, Леконцева Н.В. а, Михайлина А.О. а, До Ф.Т. в , Никонов О.С. EIF4E1 – ПЕРСПЕКТИВНАЯ МИШЕНЬ В БОРЬБЕ С ВИРУСОМ Y КАРТОФЕЛЯ Издательство Московского университета, Москва, 117 с (год публикации - 2025)
10.55959/MSU012229-9-2025

7. Колесникова В.В. а* , Никонова Е.Ю. а, Андрейцев В.В. а,б , Балобанов В.А. а, Леконцева Н.В. а, Михайлина А.О. а, До Ф.Т. в , Никонов О.С. Семь раз проверь - один раз отредактируй: проверка влияния предсказанных замен в белках семейства EIF4E на связывание с вирусным белком VPG PVY Издательство: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук", Пущино, 52 с (год публикации - 2025)

8. Сабсаби Н.С., Андрейцев В.В., Никонов О.С., Колесникова В.В.,Никонова Е.Ю. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ БЕЛКОВ EIF4E ПАСЛЕНОВЫХ С НЕТРАНСЛИРУЕМОЙ ОБЛАСТЬЮ ПРЕДСТАВИТЕЛЯ ПОТИВИРУСОВ Издательство: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук", Пущино, 116 с (год публикации - 2025)

9. Linh Khanh Ly1, Linh Khanh Chu1, Cuong Xuan Nguyen1, Oleg Stanislavovich Nikonov2, Ekaterina Yu Nikonova2, Ha Hoang Chu1,3, Phat Tien Do1,3* A RUBY-based in vivo hairy root induction system for rapid assessment of transformant and genome editing efficiency in potato Journal of Genetic Engineering and Biotechnology (год публикации - 2026)

10. Victoria V. Kolesnikova 1, Ekaterina Yu. Nikonova 1, Simis I.B. 1, Vladimir V. Andreitsev 1, T. Phat Do 2, Oleg. S. 5 Nikonov * Interspecific MSA, coupled with structural analysis of consensus models, confirms the functional role of arginine in the α1-α2 hairpin VPg PVY MDPI (год публикации - 2026)

11. Nikonov O.S., Kolesnikova V.V., Andreitsev V.V., Do P.T., Lekontseva N.V., Mikhaylina A.O., Nikonova E.Yu. IMPORTANCE OF THE STRUCTURAL STUDIES OF THE EIF4E INTERACTIONS WITH VPG TO PREVENT THE DEVELOPMENT OF POTYVIRAL INFECTION ICISE, Quy Nhon, 31 c (год публикации - 2025)

12. Андрейцев В.В., Колесникова В.В., Никонова Е.Ю., НиконовО.С. ПОЛУЧЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ, КОДИРУЮЩИХ ФАКТОРЫ ИНИЦИАЦИИ ТРАНСЛЯЦИИ EIF4G И EIF4G(ISO)SOLANUM TUBEROSUM Издательство: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук", Пущино, 9 с (год публикации - 2025)

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Результаты работы в этом году позволили еще на шаг приблизиться к достижению основной цели проекта. В ходе проведения масштабной работы по уточнению и оптимизации теоретических моделей комплексов белков семейства eIF4E картофеля и VPg PVY удалось получить модели, которые хорошо описывают уже имеющиеся экспериментальные данные, а также позволяют с высокой достоверностью предсказывать эффект введения аминокислотных замен в ту или иную область молекулы. Также на основе этих результатов построены модели белков семейства eIF4E томата и их комплексов с VPg PVY. Был проведен рациональный дизайн мутаций для белков семейства eIF4E томата. Выявленные в прошлом отчетном периоде в ходе рационального дизайна замены в eIF4E1 картофеля, привели не к уменьшению сродства, как ожидалось, а к полной потере способности данного белка взаимодействовать с VPg PVY в условиях in vitro. Также было показано, что данные замены не сказываются на способности eIF4E выполнять свои нативные функции в клетке. В этом году эксперимент был расширен: был учтен возможный эффект компенсаторных замен в VPg PVY. Также было охарактеризовано влияние замен в ближайшем среди данного семейства белков картофеля гомологе eIF4E1 - eIF4E2. Нам удалось определить, что все представители белков семейства eIF4E картофеля способны взаимодействовать с eIF4G (в нашем эксперименте использовался фрагмент данного белка, в состав которого входит соответствующий сайт узнавания eIF4E), а также связывать кэп-РНК.

Публикации