Определение структурно-функциональных детерминант мембранных рецепторов, вовлечённых в патогенез возрастных заболеваний, для разработки перспективных лекарственных средств

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 23-74-00024

НазваниеОпределение структурно-функциональных детерминант мембранных рецепторов, вовлечённых в патогенез возрастных заболеваний, для разработки перспективных лекарственных средств

Руководитель Бочаров Эдуард Валерьевич, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" , г Москва

Конкурс №79 - Конкурс 2023 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 структурная биология, биофизика, белковая инженерия, молекулярная динамика, ЯМР спектроскопия, рентгеноструктурные исследования белков, конфокальная флуоресцентная микроскопия, онкологические и нейродегенеративные заболевания, мембранные белки, амилоидогенные белки и пептиды, внутриклеточные органеллы, молекулярные механизмы патогенеза, межмолекулярные взаимодействия, функциональные тесты, таргетные лекарственные препараты

Код ГРНТИ34.15.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Старение организма человека связано с различными возрастными патологиями, в том числе с онкологическими, сердечно-сосудистыми, метаболическими и нейродегенеративными заболеваниями, которые находятся под контролем сложной сети метаболических и сигнальных путей. В большинство из этих процессов вовлечены мембранные белки, такие как рецепторы, которые непосредственно участвуют в поддержании гомеостаза клеток и восприятии ими внешних сигналов, а с их дисфункцией и мутациями напрямую связаны многие социально-значимые заболевания. Поэтому одними из наиболее важных объектов для фармакологических разработок современных «таргетных» лекарственных препаратов и средств ранней диагностики являются именно мембранные рецепторы. При этом, направленное конструирование биологически-активных соединений требует глубокого понимания структурно-динамической организации и функционирования их белковых мишеней. Проект направлен на определение структурно-функциональных детерминант мембранных рецепторов, в том числе локализованных внутри или рядом с поверхностью биологических мембран, которые потенциально являются мишенями для таргетного воздействия на их биологическую активность в целях терапии распространённых возрастных заболеваний. Для этого с помощью интегративного подхода, объединяющего современные физико-химические методы структурной биологии, планируется детально описать межмолекулярные взаимодействия и структурно-динамические свойства ряда мембранных рецепторов и их функциональных фрагментов. В качестве объектов исследования предлагается использовать рецепторную тирозинкиназу семейства инсулиноподобных факторов роста (IGF1R), рецептор конечных продуктов гликозилирования (RAGE) и белок предшественника β-амилоида (APP), непосредственно вовлечённых в патогенез возрастных заболеваний, таких как рак и болезнь Альцгеймера. Суть интегративного подхода заключается в совместном использовании методов таких как, белковая инженерия, флуоресцентная микроскопия, гетероядерная ЯМР-спектроскопия, рентгеновская спектроскопия, электронная микроскопия, атомно-силовая микроскопия и молекулярная динамика, для построения структурно-динамических моделей рецепторов и их функциональных фрагментов в гетерогенном мембранном окружении. Помимо этого, будут детально изучены механизмы межмолекулярных взаимодействий мембранных рецепторов и их функциональных фрагментов с биомолекулами и новейшими фармакологическими соединениями, в том числе на основе D-энантиомерных пептидов, перспективными для терапии возрастных заболеваний. Ключевые исследования методом ЯМР-спектроскопии высокого разрешения будут реализованы на базе объекта научной инфраструктуры ЦКП ИБХ 2020. В результате, впервые на основе интеграции взаимодополняющих методов структурной биологии будут получены пространственные модели для ряда важных рецепторов и их функциональных фрагментов, вовлечённых в патогенез возрастных заболеваний, а также в комплексах с перспективными терапевтическими соединениями. Будет сделано детальное сравнительное описание внутри- и межмолекулярных взаимодействий (белок-белок, белок-липид, белок-вода, белок-катион) для белковых комплексов в мембранном окружении различного состава. Для понимания молекулярных механизмов развития возрастных заболеваний будет проанализировано влияние патогенных мутаций на структурно-динамические и функциональные характеристики рецепторов. Выполнение поставленной задачи позволит выявить структурно-функциональные детерминанты рецепторов и описать биофизические принципы межмолекулярных взаимодействий, отвечающих за процессы их распознавания потенциальными лигандами, предотвращающими патологические процессы. Полученные знания составят фундаментальную и практическую основу для разработки эффективных таргетных фармакологических соединений с направленной доставкой к определенным молекулярным системам, связанных с рядом социально-значимых заболеваний человека.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Краснобаев В.Д., Бершацкий Я.В., Бочарова О.В., Бочаров Э.В., Батищев О.В. Amyloid Precursor Protein Changes Arrangement in a Membrane and Its Structure Depending on the Cholesterol Content Membranes, Issue 8, Volume 13, 28 July 2023, p.706 (год публикации - 2023)
10.3390/membranes13080706

2. ОХРИМЕНКО И.С., ВОЛЫНСКИЙ П.Е., ЕФРЕМОВ Р.Г., БОЧАРОВ Э.В. D-ЭНАНТИОМЕРНЫЙ ПЕПТИД, РАЗРАБОТАННЫЙ ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ БОЛЕЗНИ АЛЬЦГЕЙМЕРА, ДИНАМИЧЕСКИ ВЗАИМОДЕЙСТВУЕТ С АМИЛОИДОГЕННЫМ УЧАСТКОМ ПРЕДШЕСТВЕННИКА β-АМИЛОИДА Biophysical Reviews, v. 15, pages 1425–1861, S1.8. (год публикации - 2023)
10.1007/s12551-023-01150-w

3. С. М. Долотова, Я. В. Бершацкий, Ю. А. Загрядская, П. К. Кузьмичев, А. В. Камынина, К. В. Павлов, И. С. Охрименко, Э. В. Бочаров ПОЛУЧЕНИЕ МУТАНТНЫХ ФОРМ ТРАНСМЕМБРАННОГО ДОМЕНА РЕЦЕПТОРА КОНЕЧНЫХ ПРОДУКТОВ ГЛИКИРОВАНИЯ RAGE ДЛЯ СТРУКТУРНЫХ ЯМР-ИССЛЕДОВАНИЙ ИПЦ НГУ, 323 (год публикации - 2023)
10.25205/978-5-4437-1526-1-173

4. А. А. Гавриленкова, И. Е. Деев, Э. В. Бочаров, И. С. Охрименко, О. В. Серова ИЗУЧЕНИЕ МЕХАНИЗМОВ АКТИВАЦИИ РЕЦЕПТОРА ИНСУЛИНОПОДОБНОГО ФАКТОРА РОСТА (IGF-IR) С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МУТАНТНЫХ ФОРМ РЕЦЕПТОРА ИПЦ НГУ, 593 (год публикации - 2023)
10.25205/978-5-4437-1526-1-306

5. БОЧАРОВ Э.В. СТРУКТУРНЫЕ ОСНОВЫ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛА ПОСРЕДСТВОМ ТРАНСМЕМБРАННОГО ДОМЕНА БИТОПНЫХ РЕЦЕПТОРОВ МЕТОДОМ ЯМР-СПЕКТРОСКОПИИ ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ VII СЪЕЗДА БИОФИЗИКОВ РОССИИ Сборник материалов съезда. В 2-х томах. Краснодар, 2023, 121-122 (год публикации - 2023)
10.26297/SbR6.2023.001

6. Гавриленкова А.А., Деев И.Е., Бочаров Э.В., Серова О.В. ИЗУЧЕНИЕ МЕХАНИЗМОВ АКТИВАЦИИ РЕЦЕПТОРА ПОДОБНОГО РЕЦЕПТОРУ ИНСУЛИНА (IRR) С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МУТАНТНЫХ ФОРМ РЕЦЕПТОРА ФИЦ ПНЦБИ РАН, Пущино, Сборник тезисов 26-ой Пущинской школы-конференции молодых ученых с международным участием «БИОЛОГИЯ – НАУКА XXI ВЕКА». Пущино: ФИЦ ПНЦБИ РАН, 2023. – 358 с. (год публикации - 2023)

7. Охрименко И.С., Волынский П.Е., Бершацкий Я.В., Злобина В.В., Долотова С.М., Кузьмичев П.К., Камынина А.В., Загрядская Ю.А., Павлов К.В., Ефремов Р.Г., Бочаров Э.В. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПЕПТИДОВ β-АМИЛОИДОВ, КАК НЕУПОРЯДОЧЕННЫХ БЕЛКОВ, И ПЕРСПЕКТИВНЫХ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ Сборник трудов международной научной конференции «Актуальные проблемы развития биоорганической химии»: материалы конференции (13–14 ноября 2023 г.), ИБОХ АН РУз, Ташкент, стр. 43 (год публикации - 2023)

8. Бочаров Э.В. Трансмембранный белок — предшественник β-амилоида в патогенезе болезни Альцгеймера и не только Сборник тезисов докладов: VI Международная конференция ПОСТГЕНОМ’2024, XI Российский симпозиум БЕЛКИ И ПЕПТИДЫ, Российско-китайский конгресс в области наук о жизни (ПСБ «Патриот», 29 октября – 2 ноября 2024) - М.: Издательство «Перо», Сборник тезисов докладов: VI Международная конференция ПОСТГЕНОМ’2024, XI Российский симпозиум БЕЛКИ И ПЕПТИДЫ, Российско-китайский конгресс в области наук о жизни (ПСБ «Патриот», 29 октября – 2 ноября 2024), стр. 263 (год публикации - 2024)

9. Гавриленкова А.А., Деев И.Е., Бочаров Э.В., Серова О.В. The role of the transmembrane domain in the activation of the insulin-like growth factor receptor (IGF-IR) Сборник тезисов международной конференции «BIOMEMBRANES 2024» 07.10.2024-11.10.2024. Долгопрудный: МФТИ, 2024., Сборник тезисов международной конференции «BIOMEMBRANES 2024» 07.10.2024-11.10.2024. Долгопрудный: МФТИ, стр. 272 (год публикации - 2024)

10. Крючкова А. К., Гавриленкова А. А., Каплун Д. С., Долотова С. М., Охрименко И. С., Бочаров Э. В. Expression of RAGE receptor in HEK293 cells Всероссийская школа-конференция «Современные методы биофизических исследований живых и модельных биологических систем» (г. Казань, Россия, 11-14 ноября 2024 г.) Сборник тезисов, Всероссийская школа-конференция «Современные методы биофизических исследований живых и модельных биологических систем» (г. Казань, Россия, 11-14 ноября 2024 г.) Сборник тезисов, П. 25 (год публикации - 2024)

11. Гавриленкова А.А., Деев И.Е., Бочаров Э.В., Серова О.В. Влияние мутаций в трансмембранном домене рецептора инсулиноподобного фактора роста (IGF-IR) на активацию рецептора XXIII Зимняя молодежная школа по биофизике и молекулярной биологии: тезисы докладов Молодежной конференции, Санкт-Петербург, 26 февраля – 2 марта 2024 г. – Гатчина: Изд-во НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ, 2024, XXIII Зимняя молодежная школа по биофизике и молекулярной биологии: тезисы докладов Молодежной конференции, Санкт-Петербург, 26 февраля – 2 марта 2024 г. Стр. 28-29 (год публикации - 2024)

12. Долотова С.М., Бершацкий Я.В., Лушпа В.А., Плащинская Д.Д., Охрименко И.С., Бочаров Э.В. Структурно-динамические исследования трансмембранного домена рецептора RAGE дикого типа и мутантной формы XXIII Зимняя молодежная школа по биофизике и молекулярной биологии: тезисы докладов Молодежной конференции, Санкт-Петербург, 26 февраля – 2 марта 2024 г. – Гатчина: Изд-во НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ, 2024, XXIII Зимняя молодежная школа по биофизике и молекулярной биологии: тезисы докладов Молодежной конференции, Санкт-Петербург, 26 февраля – 2 марта 2024 г. Стр. 58-59 (год публикации - 2024)

13. Бтейх Т.А., Охрименко И.С., Загрядская Ю.А., Каплун Д.С. The study of amyloid beta peptide precursor intramolecular interactions for the development of methods for the treatment of neurodegenerative diseases Т78 Труды 66-й Всероссийской научной конференции МФТИ, 1–6 апреля 2024 г. Фундаментальная и прикладная физика. — М: Физматкнига, 2024, Т78 Труды 66-й Всероссийской научной конференции МФТИ, 1–6 апреля 2024 г. Фундаментальная и прикладная физика. Стр. 61-62 (год публикации - 2024)

14. Охрименко И. Molecular interactions of promising drugs based on D-enantiomeric peptides with the β-amyloid precursor protein С23 Сборник тезисов международной конференции «BIOMEMBRANES 2024» 07.10.2024-11.10.2024. Долгопрудный: МФТИ, 2024, С23 Сборник тезисов международной конференции «BIOMEMBRANES 2024» 07.10.2024-11.10.2024. Долгопрудный: МФТИ, 2024. (год публикации - 2024)

15. Серёгина Е.С., Камынина А.В., Короев Д.О., Вольпина О.М., Винокуров А.Ю., Абрамов А.Ю. RAGE induces physiological activation of NADPH oxidase in neurons and astrocytes and neuroprotection The FEBS Journal, номер 9, том 291, стр. 1944-1957 (год публикации - 2024)
10.1111/febs.17086

16. Бочаров Э.В. Структурные основы передачи сигнала посредством трансмембранного домена битопных рецепторов Сборник тезисов докладов: VI Международная конференция ПОСТГЕНОМ’2024, XI Российский симпозиум БЕЛКИ И ПЕПТИДЫ, Российско-китайский конгресс в области наук о жизни (ПСБ «Патриот», 29 октября – 2 ноября 2024) - М.: Издательство «Перо», Сборник тезисов докладов: VI Международная конференция ПОСТГЕНОМ’2024, XI Российский симпозиум БЕЛКИ И ПЕПТИДЫ, Российско-китайский конгресс в области наук о жизни (ПСБ «Патриот», 29 октября – 2 ноября 2024), стр. 332 (год публикации - 2024)

17. Гавриленкова А.А., Деев И.Е., Бочаров Э.В., Серова О.В. Изучение механизмов активации рецептора инсулина (IR) с использованием мутантных форм рецептора Биоинформатика регуляции и структуры геномов / системная биология: Четырнадцатая международная мультиконференция : Тез. докл. (Россия, Новосибирск, 5–10 авг. 2024 г.) / Ин-т цитологии и генетики СО РАН; Новосиб. нац. исслед. гос. ун-т. – Новосибирск: ИЦиГ СО РАН, Биоинформатика регуляции и структуры геномов / системная биология: Четырнадцатая международная мультиконференция : Тез. докл. (Россия, Новосибирск, 5–10 авг. 2024 г.) стр. 468-470 (год публикации - 2024)
10.18699/bgrs2024-3.1-05

18. Бочаров Э.В. Молекулярные взаимодействия пептидов β-амилоидов, как неупорядоченных белков, и перспективных лекарственных средств на основе D-энантиомерных пептидов Биоинформатика регуляции и структуры геномов / системная биология: Четырнадцатая международная мультиконференция : Тез. докл. (Россия, Новосибирск, 5–10 авг. 2024 г.) / Ин-т цитологии и генетики СО РАН; Новосиб. нац. исслед. гос. ун-т. – Новосибирск: ИЦиГ СО РАН, Биоинформатика регуляции и структуры геномов / системная биология: Четырнадцатая международная мультиконференция : Тез. докл. (Россия, Новосибирск, 5–10 авг. 2024 г.) стр. 631-633 (год публикации - 2024)
10.18699/bgrs2024-3.2-02

19. Крючкова А., Бтейх Т., Каплун Д., Загрядская Ю., Бочаров Э., Охрименко И. The study of interactions between amyloid-beta precursor protein and promising drug based on all-D-enantiomeric-peptide С23 Сборник тезисов международной конференции «BIOMEMBRANES 2024» 07.10.2024-11.10.2024. Долгопрудный: МФТИ, 2024, Сборник тезисов международной конференции «BIOMEMBRANES 2024» 07.10.2024-11.10.2024. стр. 192 (год публикации - 2024)

20. Крючкова А.К., Бтейх Т., Каплун Д.С., Бочаров Э.В., Охрименко И.С. Определение константы диссоциации комплекса D-энантиомерного пептида, разработанного для лечения болезни Альцгеймера, с мембранным доменом белка предшественника пептида β-амилоида Сборник тезисов 27-ой школы-конференции молодых ученых «Биология-наука XXI века», Пущино, 22-25 апреля 2024, Сборник тезисов 27-ой школы-конференции молодых ученых «Биология-наука XXI века», Пущино, 22-25 апреля 2024, с.31 (год публикации - 2024)

21. Бочаров Э.В. Структурные основы передачи сигнала посредством трансмембранного домена битопных рецепторов в норме и патологии Биохимия человека: материалы всероссийской конференция с международным участием, 17–19 октября 2024 г. / под общей редакцией В.С. Покровского. — М.: ООО "Е-ното", Москва, 2024. — 448 с. , Биохимия человека: материалы всероссийской конференция с международным участием, 17–19 октября 2024 г., стр. 420 (год публикации - 2024)

22. А. Камынина, Е. Серегина, Д. Короев, О. Вольпина, А. Винокуров, А. Абрамов Влияние активации рецептора RAGE на производство свободных радикалов в нейронах и астроцитах Сборник тезисов докладов: VI Международная конференция ПОСТГЕНОМ’2024, XI Российский симпозиум БЕЛКИ И ПЕПТИДЫ, Российско-китайский конгресс в области наук о жизни (ПСБ «Патриот», 29 октября – 2 ноября 2024) - М.: Издательство «Перо», Сборник тезисов докладов: VI Международная конференция ПОСТГЕНОМ’2024, XI Российский симпозиум БЕЛКИ И ПЕПТИДЫ, Российско-китайский конгресс в области наук о жизни (ПСБ «Патриот», 29 октября – 2 ноября 2024), стр. 268 (год публикации - 2024)

23. Гавриленкова А.А., Деев И.Е., Бочаров Э.В., Серова О.В. Роль трансмембранного домена в активации рецептора инсулиноподобного фактора роста (IGF-IR) Т78 Труды 66-й Всероссийской научной конференции МФТИ, 1–6 апреля 2024 г. Биологическая и медицинская физика. — М: Физматкнига, 2024, Т78 Труды 66-й Всероссийской научной конференции МФТИ, 1–6 апреля 2024 г. Биологическая и медицинская физика. стр. 16-17 (год публикации - 2024)

24. Гавриленкова А., Деев И., Бочаров Э., Серова О. Анализ фосфорилирования мутантных форм инсулиноподобного фактора роста (IGF-IR) XXXVI международная зимняя молодёжная научная школа «Перспективные направления физико-химической биологии и биотехнологии» Сборник тезисов, 7–9 февраля 2024 г., Москва, Издательство: Институт биоорганической химии им. акад. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, XXXVI международная зимняя молодёжная научная школа «Перспективные направления физико-химической биологии и биотехнологии» Сборник тезисов, 7–9 февраля 2024 г., Москва, стр. 11 (год публикации - 2024)

25. Гавриленкова А.А., Деев И.Е., Бочаров Э.В., Серова О.В. Влияние мутаций в трансмембранном домене на активацию рецептора инсулиноподобного фактора роста (IGF-IR) Материалы IX Молодежной школы-конференции по молекулярной и клеточной биологии Института ци-тологии РАН, С.-Петербург, 15–18 октября 2024 г. – СПб. : Астерион, 2024. , Материалы IX Молодежной школы-конференции по молекулярной и клеточной биологии Института цитологии РАН, С.-Петербург, 15–18 октября 2024 г. стр. 94 (год публикации - 2024)
10.53115/9785001885320

26. Гавриленкова А.А., Деев И.Е., Бочаров Э.В., Серова О.В The role of the transmembrane domain in the activation of the insulin-like growth factor receptor (IGF-IR) Всероссийская школа-конференция «Современные методы биофизических исследований живых и модельных биологических систем» (г. Казань, Россия, 11-14 ноября 2024 г.) Сборник тезисов, Всероссийская школа-конференция «Современные методы биофизических исследований живых и модельных биологических систем» (г. Казань, Россия, 11-14 ноября 2024 г.) Сборник тезисов, П. 10 (год публикации - 2024)

27. Долотова С.М., Бершацкий Я.В., Лушпа В.А., Плащинская Д.Д., Охрименко И.С., Бочаров Э.В. Исследование олигомеризации трансмембранного домена рецептора RAGE при внесении соматической мутации методом ЯМР-спектроскопии Т78 Труды 66-й Всероссийской научной конференции МФТИ, 1–6 апреля 2024 г. Биологическая и медицинская физика. — М: Физматкнига, 2024, Т78 Труды 66-й Всероссийской научной конференции МФТИ, 1–6 апреля 2024 г. Биологическая и медицинская физика. стр. 102 (год публикации - 2024)

28. Крючкова А.К., Бтейх Т., Каплун Д.С., Загрядская Ю.А., Бочаров Э.В., Охрименко И.С. Изучение взаимодействий перспективных лекарственных средств с белком предшественником пептида бета-амилоида как терапевтической мишенью Сборник тезисов 27-ой школы-конференции молодых ученых «Биология-наука XXI века», Пущино, 22-25 апреля 2024, Сборник тезисов 27-й Пущинской школы-конференции молодых ученых с международным участием. Пущино, 22-25 апреля 2024, стр 43 (год публикации - 2024)

29. Камынина А., Серегина Е., Короев Д., Вольпина О., Винокуров А., Абрамов А. Активация рецептора конечных продуктов гликозилирования индуцирует образование активных форм кислорода в нервных клетках Объединенный научный форум «VIII съезд физиологов СНГ, XV Съезд аллергологов и иммунологов СНГ, Симпозиум «Белки и пептиды», Сборник научных трудов – М.: Издательство «Медицина–Здоровье», 2025. – 105с. , стр. 40 (год публикации - 2025)

30. Бочаров Э.В. Signal transduction via transmembrane domains of bitopic receptors studied by high-resolution NMR IV international scientific conference : abstract book – Vladivostok : Publishing House of the Far Eastern Federal University, 2025. – [166 p.], стр. 26 (год публикации - 2025)
10.24866/7444-6012-9

31. Сударева С.М., Бершацкий Я.В., Урбан А.С., Загрядская Ю.А., Алипер Е.Т., Ефремов Р.Г., Чжу Д., Охрименко И.С., Бочаров Э.В. Transmembrane Domain of Wild Type Spike Protein from SARS-CoV-2: Cell-Free Expression and Fast Purification for Structural-Dynamic NMR Studies Biochemistry (Moscow) Supplement Series A: Membrane and Cell Biology, номер 4, том 19, страницы 491-497 (год публикации - 2025)
10.1134/S1990747825700497

32. Бершацкий Я.В., Бочарова О.В., Урбан А.С., Охрименко И.С., Бочаров Э.В. Expression and Purification of Transmembrane Domain of Insulin Receptors for Structural-Dynamic NMR Studies Biochemistry (Moscow) Supplement Series A: Membrane and Cell Biology, номер 4, том 19, страницы 398-403 (год публикации - 2025)
10.1134/S1990747825700369

33. Волынский П.Е., Урбан А.С., Павлов К.В., Бершацкий Я.В., Бочарова О.В., Крючкова А.К., Злобина В.В., Гавриленкова А.А., Долотова (Сударева) С.М., Камынина А.В., Зангиева О.Т., Талдаев А.А., Батищев О.В., Охрименко И.С., Ракитина Т.В., Ефремов Р.Г., Бочаров Э.В. Diverse Interactions of Sterols with Amyloid Precursor Protein Transmembrane Domain Can Shift Distribution Between Alternative Amyloid-β Production Cascades in Manner Dependent on Local Lipid Environment International Journal of Molecular Sciences, выпуск 2, том 26, стр. 553 (год публикации - 2025)
10.3390/ijms26020553

34. Долотова (Сударева) С.М., Плащинская Д.Д., Бершацкий Я.В., Лушпа В.А., Крючкова А.К., Чжу Д., Охрименко И.С., Бочаров Э.В. Expression and Purification of Transmembrane Domain of RAGE for Structural-Dynamic NMR Studies Biochemistry (Moscow), Supplement Series A: Membrane and Cell Biology, номер 1, том 19, страницы 35-40 (год публикации - 2025)
10.1134/S1990747824700429

35. Бочаров Э.В. Трансмембранный белок — предшественник β-амилоида — межмолекулярные взаимодействия в патогенезе болезни Альцгеймера Объединенный научный форум «VIII съезд физиологов СНГ, XV Съезд аллергологов и иммунологов СНГ, Симпозиум «Белки и пептиды», Сборник научных трудов – М.: Издательство «Медицина–Здоровье», 2025. – 105с. , стр. 16 (год публикации - 2025)

36. Бочаров Э.В. От структуры-динамики белков методом ЯМР до функции-патогенеза Современные вызовы молекулярной биологии. Материалы II школы молодых ученых. Шерегеш, 30 марта– 4 апреля 2025 г. – Новосибирск. ООО «Офсет-ТМ». 2025. – 97 стр., Материалы II школы молодых ученых, стр. 25 (год публикации - 2025)

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Проект направлен на определение структурно-функциональных детерминант мембранных рецепторов, в том числе локализованных внутри или рядом с поверхностью биологических мембран, которые потенциально являются мишенями для таргетного воздействия на их биологическую активность в целях терапии распространённых возрастных заболеваний. Для этого с помощью интегративного подхода, объединяющего современные физико-химические методы структурной биологии, планируется детально описать межмолекулярные взаимодействия и структурно-динамические свойства ряда мембранных рецепторов и их функциональных фрагментов. В качестве объектов исследования выбраны рецептор конечных продуктов гликозилирования (RAGE), рецепторные тирозинкиназы семейства инсулиноподобных факторов роста (IGF1R) и эпидермальных факторов роста (HER1), а также белок предшественника β-амилоида (APP), непосредственно вовлечённых в патогенез возрастных заболеваний, таких как рак и болезнь Альцгеймера. В 2024 г. для изучения влияния патогенных мутаций на структурно-динамические свойства и димеризацию ТМ доменов рецепторов с помощью метода гетероядерной ЯМР-спектроскопии были исследованы ТМ фрагменты рецепторов IGF1R (с двойной активирующей мутацией G949E-G950R) и RAGE (с онкогенной мутацией G356R), солюбилизированных в цвиттерионных мицеллах ДФХ. Для отнесения 1H,13С,15N-резонансов, расчета пространственной структуры и описания внутримолекулярной динамики для образцов ТМ фрагментов рецепторов IGF1R и RAGE с активирующими мутациями в частично мономерной и димерной форме (равновесие мономер-димер) были накоплены наборы гетероядерных ЯМР-спектров на ЯМР-спектрометре Bruker AVANCE III 600 МГц, укомплектованного крио-датчиком повышенной чувствительности (предоставленном ОИ «ЦКП ИБХ 2020»). На основе ЯМР данных рассчитана структура и динамика субъединиц мембранных фрагментов рецепторов IGF1R и RAGE с активирующими мутациями, а также установлен интерфейс их димеризации в мембраноподобном окружении. Для полученных структур была проведена энергетическая МД-релаксация в явно заданном бислое ПОФХ с ЯМР-ограничениями для адаптации к липидному окружению. В итоге из предварительного анализа полученных данных следует, что двойная замена G949E-G950R в ТМ сегменте стабилизирует рецептор IGF1R в активной конформации, по-видимому, вследствие переключения мембранного домена IGF1R в димерное состояние, соответствующего активному состоянию рецептора, за счет образования солевых мостиков между его ТМ доменами внутри плазматической мембраны. Для рецептора RAGE показано, что онкогенная мутация G356R, по-видимому, приводит к его димеризации в искаженной конформации по сравнению с рецептором дикого типа. В то же время, биохимическим анализом определена степень активации с задействованием одного из альтернативных внутриклеточного сигнального каскада в клеточных линиях HEK293 для мутантных форм полноразмерной рецепторной тирозинкиназы IGF1R в клеточной мембране. Показано, что самоактивация в отсутствии лиганда и последующее фосфорилирование мутантной формы рецептора IGF1R с двойной заменой G949E-G950R приводит к активации внутриклеточного каскада, связанного с сигнальным белком IRS-1, что свидетельствует об образовании функционально активного димера рецептора. Для разработки эффективных стратегий терапии болезни Альцгеймера с помощью гетероядерной ЯМР-спектроскопии и охарактеризованы сайты взаимодействия спин-меченого D-энантиомерного пептида D3 с ТМ фрагментом рецептора АРР (остатки 672-726, Aβ1-55) в мембраноподобном окружении в виде цвиттерионных мицелл ДФХ. Методом микроскопического термофореза измерены константы диссоциации с флюоресцентно-меченым D-энантиомерным пептидом D3. В результате на основе экспериментальных ЯМР-данных были получены пространственные модели и динамические характеристики лиганд-белок комплекса перспективного терапевтического D3-пептид/АРР-фрагмент в присутствии катионов цинка. Таким образом продемонстрировано, что ионы цинка значительно потенцируют динамическое связывание терапевтических D3-подобных пептидов с мембрано-связанными фрагментами АРР, что имеет важное практическое значение для дальнейшей оптимизации D3-подобных соединений для таргетного воздействия на патогенез болезни Альцгеймера. Для понимания молекулярных механизмов биологической активности рецепторов и поиска потенциальных мишеней для таргетного воздействия в целях терапии возрастных заболеваний, было исследовано влияние фрагментов рецептора RAGE на продукцию активных форм кислорода в первичных нейронах и астроцитах. Было обнаружено, что синтетический фрагмент из V-домена RAGE (остатки 60–76) и его защищенный аналог Ac-(60–76)-NH2 вызывают продукцию активных форм кислорода в нейронах и астроцитах через RAGE-зависимую активацию НАДФН-оксидазы (NOX). Эта активация НАДФН-оксидазы не вызывает окислительный стресс и гибель клеток. Таким образом показано, что активация RAGE играет важную роль в окислительно-восстановительной сигнализации через активацию НАДФН-оксидазы, что может быть частью защитного механизма клеток мозга. По результатам исследований влияния фрагментов рецептора RAGE на продукцию активных форм кислорода в первичных нейронах и астроцитах опубликована статья в журнале The FEBS Journal. Результаты исследований мембранных фрагментов рецепторов IGF1R, RAGE и АРР были представлены на обсуждение научной общественности в 2024 году на нескольких международных и российских конференциях, а также молодежных научных школах-конференциях.

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Проект направлен на определение структурно-функциональных детерминант мембранных рецепторов, в том числе локализованных внутри или рядом с поверхностью биологических мембран, которые потенциально являются мишенями для таргетного воздействия на их биологическую активность в целях терапии распространённых возрастных заболеваний. В качестве объектов исследования выбраны рецептор конечных продуктов гликозилирования (RAGE), рецепторные тирозинкиназы семейства инсулиноподобных факторов роста (IGF1R) и эпидермальных факторов роста (HER1), а также белок предшественника β-амилоида (APP), непосредственно вовлечённых в патогенез возрастных заболеваний, таких как рак и болезнь Альцгеймера. В 2025 г. для изучения влияния патогенных мутаций на структурно-динамические свойства и димеризацию ТМ доменов рецепторов на основе экспериментальных ЯМР данных (полученных с использованием оборудования ОИ «ЦКП ИБХ 2020») и МД-релаксации в явно заданном бислое ПОФХ установлена пространственная структура и охарактеризована внутримолекулярная динамика основной цепи ТМ фрагментов рецепторов IGF1R и RAGE дикого типа и их мутантных форм IGF1R в димерном состояниях. Получены карты изменений вторичной структуры и белок-белок, белок-липид и белок-вода взаимодействий вдоль рассчитанных МД-траекторий, охарактеризованы структурно-функциональные детерминанты в ТМ доменах и примембранных сегментах рецепторов IGF1R и RAGE дикого типа и мутантных форм. Показано, что в ТМ домене рецептора IGF1R есть 2 сайта димеризации, включающих слабополярные остатки с малыми боковыми цепями, из которых один N-концевой мотив, остатки А939-А943, задействован в димеризации в мицеллах ДФХ для рецептора дикого типа. В то же время, в мутантной форме IGF1R G949E-G950R усиливается полярность C-концевого мотива, с возможным замыканием дополнительных водородный связей между боковыми цепями остатков E и R субъединиц димерного ТМ-домена, что приводит к альтернативной конформации димера ТМ-домена, индуцирующую лиганд-независимую активацию рецептора IGF1R. Для рецептора RAGE идентифицированы 3 сайта димеризации, включающих слабополярные остатки с малыми боковыми цепями, из которых один протяженный N-концевой мотив, остатки G346-G350-A354, задействован в димеризации в мицеллах ДФХ для рецептора дикого типа. При этом возможно смещение интерфейса димеризации ТМ домена RAGE на центральный сайт G349-T353, что может объяснить наблюдаемое в ЯМР-спектрах дополнительное уширение кросс-пиков от амидных групп остатков в центральной области ТМ спирали из-за локального конформационного обмена. В свою очередь, онкогенная мутация G359R значительно усиливает полярность C-концевого мотива G352-A355-G359R с возможным замыканием дополнительных водородный связей между боковыми цепями остатков R и W из противоположных субъединиц, что приводит к альтернативной конформации димера ТМ-домена и в конечном итоге изменению общей конфигурации рецептора RAGE и иному клеточному ответу. Для структурных и биофизических исследований (в том числе методом атомно-силовой спектроскопии) на основе клеточных линий HEK293 получены полноразмерные рецепторы IGF1R, полноразмерный рецептор RAGE и его функциональные фрагменты, содержащие только внеклеточный и трансмембранные домены. На основе методики, разработанной для исследования взаимодействия ТМ фрагмента рецептора АРР с холестерином, описано влияние молекул холестерина и его спин-меченых аналогов на структурно-динамические свойства ТМ домена рецептора HER1 с учетом молекулярных механизмов сигнальной трансдукции рецептора в клеточной мембране. С помощью гетероядерной ЯМР-спектроскопии (с использованием оборудования ОИ «ЦКП ИБХ 2020») в мембраноподобных средах и МД-релаксации получены структуры комплекса ТМ-домен HER1/холестан в явно заданном липидном бислое ПОФХ для мономера и димера, соответствующего активному состоянию рецептора. Проведено детальное описание картирование межмолекулярных взаимодействий для комплексов ТМ-домен HER1/холестан и ТМ-домен HER1/холестерин. Предварительный анализ полученных уникальных данных (в том числе с использованием оборудования ОИ «ЦКП ИБХ 2020») позволил идентифицировать паттерн остатков в ТМ-домена HER1, специфически взаимодействующих с холестерином и его аналогами, по которым проводится мутагенез с проверкой активности рецептора HER1. Проведено исследование влияния катионов цинка на специфические взаимодействия N-концевого фрагмента прионного белка huPrP (huPrP-N, остатки 23-144) с мембрано-связанными фрагментом АРР (АРРmc, остатки 672-726, соответствует Aβ1-55) в присутствии ионов цинка. На основе данных ЯМР (полученных с использованием оборудования ОИ «ЦКП ИБХ 2020») и МД-релаксации в явно заданном липидном бислое ПОФХ проведен сравнительный анализ структурно-динамических свойств и межмолекулярных взаимодействий комплекса методом картирования эволюции вторичной структуры белка и близких внутри и межмолекулярных контактов (белок-белок, белок-катион, белок-липид, белок-вода). Продемонстрировано, что ионы цинка значительно потенцируют динамическое связывание huPrP-N с мембрано-связанным фрагментом АРРmc, предшественником Aβ пептидов. По результатам исследований опубликованы 4 статьи в научных изданиях. Результаты исследований мембранных фрагментов рецепторов IGF1R, RAGE, АРР и HER1 были представлены на обсуждение научной общественности в 2025 году на международных и российских конференциях, а также молодежных научных школах-конференциях.

Публикации