Протеомный скрининг амилоидных белков у посевного гороха (Pisum sativum L.) и клубеньковой бактерии (Rhizobium leguminosarum)

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 17-16-01100

НазваниеПротеомный скрининг амилоидных белков у посевного гороха (Pisum sativum L.) и клубеньковой бактерии (Rhizobium leguminosarum)

Руководитель Нижников Антон Александрович, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии" , г Санкт-Петербург

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

Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки; 06-104 - Агробиотехнологии

Ключевые слова Амилоид, белковая фибрилла, горох посевной, агробиотехнология, клубеньковая бактерия, бактероид, запасные белки, sym31, Pisum sativum, Rhizobium, протеомика, транскриптомика

Код ГРНТИ68.03.03

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Амилоидами называют белковые фибриллы, обладающие особой общей структурой, основным элементом которой являются формируемые мономерами межмолекулярные бета-слои, расположенные перпендикулярно оси фириллы и стабилизированные многочисленными водородными связями. Такая структура придает амилоидам уникальную стабильность и устойчивость к обработке детергентами, протеиназами и действию высоких температур. На протяжении долгого времени амилоиды воспринимались исключительно как летальные патогены, вызывающие десятки неизлечимых заболеваний у человека и животных. В последние годы стало очевидным, что помимо патологических амилоидов, возникающих вследствие нарушения укладки определенных белков, существует большая группа белков, формирующих амилоиды в норме. Такие амилоиды, получившие название функциональных, вовлечены в выполнение широкого спектра биологических функций у различных организмов, от архей и бактерий, до человека. Примерами функций амилоидов у прокариот является участие в формировании биопленок и запасание токсинов, у грибов – повышение устойчивости к различным химическим соединениям, а у животных – формирование долговременной памяти, регуляция антивирусного ответа, участие в полимеризации меланина, запасании гормонов и биоминерализации зубной эмали. Наиболее крупной и хозяйственно значимой группой организмов, у которых к настоящему времени не идентифицированы белки, формирующие амилоиды в физиологических условиях, являются растения, что обуславливает высокую актуальность исследований по поиску амилоидов у этих организмов. Идентификация новых амилоидов до недавнего времени велась исключительно адресным путем, и не позволяла оценивать амилоидные свойства белков во всем протеоме исследуемых организмов. Настоящий Проект посвящен выявлению амилоидных белков в протеомах посевного гороха Pisum sativum L. и клубеньковой бактерии Rhizobium leguminosarum. Проведенный нами на предварительном этапе биоинформатический анализ показал, что запасные белки семян целого ряда видов растений, включая представителей семейства бобовые, к которым относится и горох, характеризуются повышенной долей амилоидогенных участков, что позволило нам выдвинуть гипотезу о том, что белки семян могут запасться в виде амилоидов. Для проверки этой гипотезы в настоящем Проекте мы используем инновационный метод протеомного скрининга амилоидов PSIA, который впервые позволяет анализировать амилоидогенные свойства белков у различных организмов в масштабах всего протеома. Протеомный скрининг будет проведен в семенах гороха, находящихся на различных стадиях созревания, что позволит не только оценить наличие амилоидных белков, но и отследить динамику формирования амилоидов по мере созревания семян. Прокариоты являются группой организмов, у которой широко распространены функциональные амилоиды, большинство из которых является секретируемыми белками. Клубеньковые бактерии являются важными симбионтами бобовых, необходимыми для биологической фиксации азота, что имеет важное хозяйственное значение. В настоящем Проекте будет проведен протеомный скрининг амилоидных белков у симбионта гороха – бактерии Rhizobium leguminosarum. Эта бактерия может существовать как в свободной форме, так и в виде особых дифференцированных клеток – бактероидов в клубеньках гороха. Кроме того, известен мутант гороха sym31 (Sprint-2Fix-), у которого R. leguminosarum в клубеньках не дифференцируется в бактероиды. Сравнительный протеомный скрининг амилоидных белков у свободноживущей культуры R. leguminosarum, бактероидов, а также клеток, выделенных из клубеньков sym31 (Sprint-2Fix-), позволит выявить амилоидные белки, специфичные для каждой из форм. В случае, если будут идентифицированы амилоидные белки, специфичные для бактероидов, это будет свидетельствовать в пользу возможной функциональной роли таких белков в растительно-микробных взаимодействия, что может быть использовано для получения высокоэффективных штаммов R. leguminosarum и является перспективным для агробиотехнологии. Также в рамках Проекта будет проведен биоинформатический анализ амилоидогенных свойств белков протеомов ряда видов растений, а также клубеньковых бактерий, у которых секвенирован геном. Этот анализ позволит охарактеризовать долю, занимаемую белками с амилоидогенными участками в протеомах исследуемых видов, выявить семейства белков, последовательности которых наиболее обогащены такими участками, проанализировать консервативность амилоидогенных участков и охарактеризовать различия в аминокислотном составе амилоидогенных участков прокариот и эукариот. В целом, в настоящем Проекте впервые будет применен комплексный экспериментально-биоинформатический анализ, направленный на идентификацию амилоидных белков у посевного гороха P. sativum L. и клубеньковой бактерии R. leguminosarum, оценку роли амилоидных белков в растительно-микробных взаимодействиях, а также анализ амилоидогенных свойств протеомов растений и клубеньковых бактерий.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Антонец К.С., Кливер С.Ф., Нижников А.А. Exploring proteins containing amyloidogenic regions in the proteomes of bacteria of the order Rhizobiales Evolutionary Bioinformatics, Т.14, С.1-12 (год публикации - 2018)
10.1177/1176934318768781

2. Бондарев С.А., Антонец К.С., Кайава А.В., Нижников А.А., Журавлева Г.А. Protein co-aggregation related to amyloids: methods of investigation, diversity and classification International Journal of Molecular Sciences, Т.19, №8, e2292 (год публикации - 2018)
10.3390/ijms19082292

3. Косолапова А.О., Белоусов М.В., Белоусова М.Е., Антонец К.С., Штарк О.Ю., Васильева Е.Н., Нижников А.А. Identification of amyloid-forming proteins in the proteome of Rhizobium leguminosarum FEBS Open Bio, V.8, S.1, P.402. (год публикации - 2018)
10.1002/2211-5463.12453

4. Белоусова М.Е., Антонец К.С., Белоусов М.В., Штарк О.Ю., Косолапова А.О., Нижников А.А. Identification of amyloid-forming proteins in higher plants FEBS Open Bio, V.8, S.1, P.402. (год публикации - 2018)

5. Косолапова А.О., Белоусов М.В., Сулацкая А.И., Белоусова М.Е., Сулацкий М.И., Антонец К.С., Волков К.В., Лихолай А.Н., Штарк О.Ю., Васильева Е.Н., Жуков В.А., Иванова А.Н., Зыкин П.А., Кузнецова И.М., Туроверов К.К., Тихонович И.А., Нижников А.А. Two Novel Amyloid Proteins, RopA and RopB, from the Root Nodule Bacterium Rhizobium leguminosarum Biomolecules, Т.9, №11, e694 (год публикации - 2019)
10.3390/biom9110694

6. Маловичко Ю.В., Нижников А.А., Антонец К.С. Repertoire of the Bacillus thuringiensis virulence factors unrelated to major classes of protein toxins and its role in specificity of host-pathogen interactions Toxins, T.11, №6, e347 (год публикации - 2019)
10.3390/toxins11060347

7. Нижников А.А., Белоусов М., Белоусова М., Косолапова А., Тихонович И., Антонец К. The interdependence between amyloid formation and virulence of Proteobacteria FEBS Open Bio, V.9, S.1, P. 274 (год публикации - 2019)
10.1002/2211-5463.12675

8. Антонец К., Белоусов М., Белоусова М., Штарк О., Андреева Е., Зыкин П., Косолапова А., Лихолай А., Волков К., Маловичко Ю., Тихонович И., Нижников А.А. Proteomic screening revealed functional amyloid proteins in the seeds of garden pea Pisum sativum L. FEBS Open Bio, V.9, S.1, P. 275 (год публикации - 2019)
10.1002/2211-5463.12675

9. Антонец К.С., Белоусов М.В., Сулацкая А.И., Белоусова М.Е., Косолапова А.О., Сулацкий М.И., Андреева Е.А., Зыкин П.А., Маловичко Ю.В., Штарк О.Ю., и соавторы. Accumulation of storage proteins in plant seeds is mediated by amyloid formation bioRxiv, Препринт статьи, bioRxiv, 825091, опубликован 30.10.2019 (год публикации - 2019)
10.1101/825091

10. Маловичко Ю.В., Штарк О.Ю., Васильева Е.Н., Нижников А.А., Антонец К.С. Transcriptomic insights into mechanisms of early seed maturation in garden pea (Pisum sativum L.) Cells, Т.9, №3, e779 (год публикации - 2020)
10.3390/cells9030779

11. Нижников А.А., Антонец К.С. The study of amyloidogenic properties of plant proteomes. The FEBS Journal, V.284, Supplement 1, P. 211, P.3.1.B-001 (год публикации - 2017)
10.1111/febs.14167

12. Антонец К.С., Нижников А.А. Amyloids and prions in plants: Facts and perspectives. Prion, №5, V.11, P.300-312. (год публикации - 2017)
10.1080/19336896.2017.1377875

13. Антонец К.С., Белоусов М.В., Бондарев С.А., Косолапова А.О., Журавлева Г.А., Нижников А.А. Identification of novel amyloids in bacterial proteomes. The FEBS Journal, V.284, Supplement 1, P.211, P.3.1.B-002 (год публикации - 2017)
10.1111/febs.14167

14. Антонец К.С., Нижников А.А. Predicting amyloidogenic proteins in the proteomes of plants. International Journal of Molecular Sciences, №10, V.18, e2155 (год публикации - 2017)
10.3390/ijms18102155

Публикации