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 24-74-10022
НазваниеВыяснение молекулярных механизмов действия бактериальных SMC-подобных комплексов
Руководитель Ведяйкин Алексей Дмитриевич, Кандидат биологических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" , г Санкт-Петербург
Конкурс №98 - Конкурс 2024 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» 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 SMC, сегрегация ДНК, пространственная организация ДНК, экструзия петель, loop extrusion, ДНК-транслоказа
Код ГРНТИ34.15.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Белковые комплексы типа SMC (от англ. Structural maintenance of chromosomes, далее в тексте - комплексы SMC) являются ключевыми участниками пространственной организации ДНК во всех живых организмах - в бактериях, археях и эукариотах. В бактериях имеется несколько гомологов комплексов SMC, которые выполняют, на первый взгляд, несвязанные друг с другом функции, однако действуют, по-видимому, посредством очень похожих между собой, консервативных механизмов. За последние годы установлено, что комплексы SMC способны осуществлять формирование петель из ДНК (так называемую экструзию петель), что позволяет рассматривать их как отдельный класс ДНК-транслоказ. Интересно отметить, что ключевое свойство для комплексов SMC – экструзия петель – до сих пор напрямую не продемонстрировано для комплексов SMC бактерий, в отличие от комплексов SMC эукариот. Точный механизм экструзии пока не установлен, но было предложено несколько моделей, которые требуют экспериментального подтверждения. Для комплексов SMC, в том числе бактериальных, имеется множество вопросов, среди которых, кроме механизма экструзии петель, одним из наиболее важных вопросов является полный состав комплексов SMC, включая регуляторные белки, активирующие или ингибирующие активность комплексов. До сих пор неясно, какие именно факторы управляют работой SMC-подобных комплексов - например, обеспечивают согласование их работы с клеточным циклом, а также позволяют осуществлять параллельную работу нескольких видов комплексов SMC в одной клетке. Бактерии устроены более просто, имеют меньшее число видов комплексов SMC и, вероятно, меньшее число факторов, регулирующих работу этих комплексов, поэтому изучение бактериальных SMC-подобных комплексов представляется более простой задачей, которая может дать ответы на вопросы, справедливые для комплексов SMC в целом.
В данном проекте планируется впервые осуществить комплексное исследование нескольких видов бактериальных комплексов типа SMC. Это должно позволить впервые продемонстрировать способность бактериальных комплексов SMC осуществлять экструзию петель в условиях in vitro. Также планируется идентифицировать вспомогательные белки, взаимодействующие с комплексами SMC.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Белковые комплексы SMC (Structural Maintenance of Chromosomes) присутствуют практически во всех организмах и выполняют разнообразные функции, связанные с поддержанием целостности и пространственной структуры ДНК. Наиболее изученными являются комплексы SMC эукариот – конденсины, когезины и Smc5/Smc6. Крайне важно, что для них в условиях in vitro показана способность к так называемой экструзии петель – активному формированию петель из молекул ДНК, что является проявлением ДНК-транслоказной активности комплексов SMC. Для большинства бактериальных комплексов SMC, в том числе наиболее распространенного комплекса Smc-ScpAB, экструзия петель ранее не была продемонстрирована напрямую, хотя она хорошо согласуется с результатами экспериментов in vivo.
На данном этапе выполнения этого проекта все запланированные задачи были выполнены, результаты получены. Было осуществлено сравнение свойств двух комплексов Smc-ScpAB из различных организмов – Bacillus subtilis и Ureaplasma parvum. Результаты работы свидетельствуют о значительных отличиях в свойствах этих гомологичных комплексов. В частности, для комплекса Smc-ScpAB U. parvum была показана способность к экструзии петель, которая не наблюдалась для гомолога из B. subtilis. В дополнение к плану работы также были начаты работы по получению белков, входящих в состав комплексов MukBEF и Wadjet E. coli, что будет способствовать успешному выполнению задач на следующем этапе проекта.
Основные выводы:
1. Полученные белки комплексов SMC B. subtilis и U. parvum взаимодействуют между собой, при этом Smc и ScpB B. subtilis образуют димеры, а Smc U. parvum образует не только димер, но и тетрамер, тогда как ScpB U. parvum не демонстрирует димеризации. Взаимодействие Smc и ScpAB U. parvum подтверждается влиянием ScpAB на АТФазную активность Smc и его взаимодействие с ДНК.
2. Субкомплекс ScpAB модулирует взаимодействие Smc B. subtilis и U. parvum с ДНК, ослабляя образование комплексов.
3. Субкомплекс ScpAB U. parvum взаимодействует с ДНК.
4. Белок ScpA и субкомплекс ScpAB U. parvum активирует АТФазную активность белка Smc значительно сильнее, чем ScpAB B. subtilis.
5. В условиях одномолекулярного эксперимента в присутствии комплекса Smc-ScpAB U. parvum происходит экструзия петель ДНК.
Публикации
1. Хасанова А.А., Румянцева Н.А., Сапожникова А.П., Кудрявцева М.А., Запрягаева Е.Ю., Ведяйкин А.Д. Межбелковые взаимодействия с участием комплексов SMC Bacillus subtilis и Ureaplasma parvum Сборник тезисов 28-й Пущинской школы-конференции молодых ученых с международным участием «БИОЛОГИЯ – НАУКА XXI ВЕКА»., Сборник тезисов 28-й Пущинской школы-конференции молодых ученых с международным участием «БИОЛОГИЯ – НАУКА XXI ВЕКА», стр. 144 (год публикации - 2025)
2.
Румянцева Н.А., Сапожникова А.П., Хасанова А.А., Запрягаева Е.Ю., Кудрявцева М.А., Морозова Н.Е., Ведяйкин А.Д.
Ureaplasma parvum SMC-ScpAB complex is capable of loop extrusion and demonstrates properties that distinguish it from Bacillus subtilis homologue
Molecular Cell, 774, 110641 (год публикации - 2025)
10.1016/j.abb.2025.110641
3. Сапожникова А.П., Запрягаева Е.Ю., Кудрявцева М.А., Хасанова А.А., Румянцева Н.А., Ведяйкин А.Д. Взаимодействие комплекса SMC Ureaplasma parvum с ДНК Сборник тезисов 28-й Пущинской школы-конференции молодых ученых с международным участием «БИОЛОГИЯ – НАУКА XXI ВЕКА»., Сборник тезисов 28-й Пущинской школы-конференции молодых ученых с международным участием «БИОЛОГИЯ – НАУКА XXI ВЕКА». Стр. 118 (год публикации - 2025)