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 23-74-01038
НазваниеКооперативное взаимодействие белков толстых нитей запирательных мышц двустворчатых моллюсков с актином и их роль в запирательном тонусе
Руководитель Вятчин Илья Геннадьевич, Кандидат биологических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Национальный научный центр морской биологии им. А.В. Жирмунского" Дальневосточного отделения Российской академии наук , Приморский край
Конкурс №84 - Конкурс 2023 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» 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 Запирательный тонус, модель сократительного аппарата, миозин, миород
Код ГРНТИ34.15.45
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект направлен на изучение механизма запирательного тонуса мышц-замыкателей двустворчатых моллюсков, состояния, в котором низкие затраты потребляемой мышцей энергии сочетаются с высоким значением развиваемой ею силы. Это явление исследуется вот уже более 100 лет. За это время были предложены и опровергнуты около десятка научных гипотез, объясняющих механизм запирательного тонуса, однако конкретный механизм, ответственный за формирование запирательного тонуса так и не был найден. Недавно нами была опровергнута остававшаяся актуальной на протяжении полутора десятка лет гипотеза формирования запирательного тонуса – гипотеза твитчиновых сшивок. Вместе с тем образовался идейный вакуум, потому как руководствуясь прежней парадигмой исследований установить механизм запирательного тонуса, очевидно, не удалось. В рамках данного проекта мы предлагаем совершенно иной подход к изучению запирательного тонуса. Он основывается на изучении кооперативного действия белков сократительного аппарата. Планируется изучать не возможность формирования запирательного тонуса отдельными белками запирательной мышцы, а изучить их кооперативный эффект на состояния, развиваемые сократительным аппаратом. Для этого будет изучено взаимодействие с актином различных полимеров и сополимеров белков толстых нитей. Для управления взаимодействием белков входящих в состав полимеров планируется не только использование ранее описанные методов их модификации фосфорилированием/дефосфорилированием, но и разработка нового подхода. В его основе будет лежать неодинаковая устойчивость полимеров и сополимеров миозина, миорода и парамиозина к нуклеозидфосфатам, а также разница во влиянии последних на взаимодействие белков толстых нитей с актином. Предложенный подход позволит нам проверить тезис, что способность к запирательному тонусу является интегральным свойством если не всего сократительного аппарата в целом, то как минимум толстых нитей запирательной мышцы, как единой белковой структуры.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1.
Вятчин И.Г., Шевченко У.В.
Gelsolin from mussel's catch muscle
Biochemical and Biophysical Research Communications, Vol. 688, P. 149221. (год публикации - 2023)
10.1016/j.bbrc.2023.149221
2.
Вятчин И.Г., Шевченко У.В., Дячук В.А.
Does muscle-type myosin have ADPase activity?
Biochemical and Biophysical Research Communications, Vol. 693, P. 149371. (год публикации - 2024)
10.1016/j.bbrc.2023.149371
3.
Вятчин И.Г., Дячук В.А.
New insight into functional role of myorod
Biochemical and Biophysical Research Communications, Volume 741, P. 151066 (год публикации - 2024)
https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2024.151066
4.
Вятчин И.Г., Дячук В.А.
The unique biology of catch muscles: insights into structure, function, and robotics innovations
Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, V.13, pp.1478626 (год публикации - 2025)
10.3389/fbioe.2025.1478626
Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Второй год работы в рамках проекта имел целью проверку «синергетической» гипотезы запирательного тонуса. Эта гипотеза объясняет уникальное состояние запирательного тонуса мышц двустворчатых моллюсков (пребывая в котором, мышца не расходует энергию на поддержание развитого ей усилия), кооперативной работой белков сократительного аппарата. Она является логическим развитием гипотезы миородовых сшивок, но учитывает полученные ранее данные о достаточно низком сродстве миорода и актина. Эта гипотеза объясняет слабость формируемых чистым миородом мостиков между толстыми и тонкими нитями необходимостью кооперативной работы сразу двух белков толстых нитей – миозина и миорода. Для проверки этой гипотезы на данном этапе исследования нами были найдены условия, в которых оказалось возможно оценить индивидуальный вклад миозина и миорода во взаимодействие с актином. Комплексы миорода и миозина, а также эти белки по-отдельности были протестированы биохимическими и биофизическими методами. В итоге, было установлено, что миород всё же способен самостоятельно, в отсутствии иных белков, формировать устойчивые, силовые сшивки с актином. Более того, эти сшивки, впервые, удалось наблюдать в сократительной модели in vitro. Полученные в исследовании данные подтверждают «миородовую» гипотезу запирательного тонуса. О перспективах практического применения полученных в работе данных и предложенных наработок вышли материалы на сайте РАН (https://new.ras.ru/activities/news/issledovanie-morskikh-biologov-zadayet-napravlenie-razvitiya-robotekhniki/), и научно-информационном портале «Поиск» (https://poisknews.ru/biologiya/budushhee-robotehniki-issledovanie-morskih-biologov-zadaet-napravlenie-razvitiya-biosinteticheskih-aktuatorov/).
Публикации
1.
Вятчин И.Г., Шевченко У.В.
Gelsolin from mussel's catch muscle
Biochemical and Biophysical Research Communications, Vol. 688, P. 149221. (год публикации - 2023)
10.1016/j.bbrc.2023.149221
2.
Вятчин И.Г., Шевченко У.В., Дячук В.А.
Does muscle-type myosin have ADPase activity?
Biochemical and Biophysical Research Communications, Vol. 693, P. 149371. (год публикации - 2024)
10.1016/j.bbrc.2023.149371
3.
Вятчин И.Г., Дячук В.А.
New insight into functional role of myorod
Biochemical and Biophysical Research Communications, Volume 741, P. 151066 (год публикации - 2024)
https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2024.151066
4.
Вятчин И.Г., Дячук В.А.
The unique biology of catch muscles: insights into structure, function, and robotics innovations
Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, V.13, pp.1478626 (год публикации - 2025)
10.3389/fbioe.2025.1478626
Возможность практического использования результатов
Основное применение результатов данной работы видится в возможности воспроизведения описываемых молекулярных механизмов в биоробототехнике. Полученные данные о свойствах сложных сополимеров белков запирательной мышцы, и механизмов, отвечающих за свойства этих полимеров (длину, устойчивость к нуклеозидфосфатам и сложные функции), будут полезны при разработке биосинтетических мышц, и структур, ими вдохновленных.