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 25-74-31004
НазваниеСтруктура и эволюция митохондрий: здоровье, старение и терапевтические возможности
Руководитель Амунц Алексей, PhD (признаваемый в РФ)
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова» , г Москва
Конкурс №112 - Конкурс 2025 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований под руководством зарубежных ведущих ученых» приоритетного направления деятельности Российского научного фонда «Поддержка проведения научных исследований и развития научных коллективов, занимающих лидирующие позиции в определенных областях науки»
Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-202 - Протеомика; структура и функции белков
Ключевые слова Эволюция митохондрий, Митохондриальная трансляция, Суперкомплексы OXPHOS, Структурная биология, Крио-электронная микроскопия, Томография, Молекулярный докинг
Код ГРНТИ34.15.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Митохондрии являются ключевым источником энергии эукариотических организмов и играют центральную роль в ряде клеточных процессов, таких, как программируемая клеточная гибель, кальциевая регуляция, синтез важных метаболитов, например, стероидов. Нарушения работы митохондрий приводят к широкому спектру патологий и являются одной из причин старения. В данном проекте мы объединяем усилия лучшего научного института России в области исследования митохондрий, НИИ ФХБ имени А.Н.Белозерского МГУ, и одного из лучших специалистов мира в области структурных исследований митохондрий, профессора Алексея Амунца. НИИ ФХБ имени А.Н. Белозерского долгие годы возглавлялся академиком В.П. Скулачевым, выдающимся биоэнергетиком и создателем прекрасной научной школы митохондриальной биологии, успешно функционирующей в институте по сей день. В свою очередь, профессор Амунц один из самых продуктивных в мире структурных биологов, использующих метод криоэлектронной микроскопии, специализируется именно в области структурной биологии митохондрий. Им определены как структуры митохондриальных рибосом, их функциональных комплексов и интермедиатов сборки, так и структуры комплексов дыхательной цепи митохондрий. Очевидна высокая степень синергии опыта и возможностей коллектива НИИ ФХБ имени А.Н. Белозерского с опытом и специализацией профессора Амунца.
Основой проекта будет создание лидирующей научной группы, проводящей комплексное структурно-функциональное исследование митохондрий. Основной фокус проводимых исследований будет относится к получению результатов практической направленности, а именно, в области митохондриальной биологии сбережения здоровья.
Во-первых, будут исследованы структурные и функциональные основы взаимодействия митохондриальных рибосом с антибиотиками, действующими на рибосомы бактерий. Это направление создаст предпосылки к разработке новых, малотоксичных для человека, антибиотиков.
Во-вторых, будут исследованы структурно-функциональные особенности митохондриального аппарата организмов-долгожителей. Среди них сверхдолгоживущий уникальный грызун Heterocephalus glaber (голый землекоп). НИИ ФХБ имени А.Н. Белозерского обладает уникальной колонией этих необычных животных. Исследование позволит пролить свет на возможные причины долгожительства этого вида, а также на его уникальные механизмы адаптации к жизни в условиях постоянно меняющейся, в том числе до крайне низких значений, концентрации кислорода.
В-третьих, будут исследованы процессы, связанные с ролью митохондрий в активном долголетии собственно человека, такие как митофагия, эффективность которой напрямую определяет здоровое долголетие и устойчивость к нейродегенеративным заболеваниям.
В-четвертых, будет исследован процесс эволюции белков, входящих в состав митохондриальных суперкомплексов. Понимание принципов эволюции митохондрий позволит прояснить механизмы адаптации митохондрий, позволяющие им функционировать в неоптимальных условиях, определяемых средой обитания или наличием ограничений со стороны работы других систем клетки.
В-пятых, планируется проверить потенциальную возможность использовать митохондрии, секретируемые клетками человека, в качестве маркеров различных заболеваний. Эта сравнительно новая область митохондриальной биологии пока несет определенный риск, поскольку секретируемые митохондрии могут оказаться случайными побочными продуктами распада клеток или их нормального функционирования, которые не имеют функционального значения для потенциальных клеток-реципиентов. Однако, эта область вполне может стать и новой точкой взрывного роста в разработке терапевтических интервенций.
Особое внимание будет уделено методологическим инновациям, включая разработку новых вычислительных подходов для анализа структурных данных и изучения динамики белковых комплексов. Ожидается, что результаты проекта внесут значительный вклад в развитие новых терапевтических стратегий и диагностических инструментов.
Ожидаемые результаты
Митохондрии - это энергетические станции клетки, преобразующие питательные вещества в энергию и играющие ключевую роль в метаболизме, программируемой клеточной гибели, клеточной сигнализации и процессе старения. Нарушения в работе митохондрий связаны с широким спектром заболеваний от нейродегенеративных расстройств до метаболических синдромов и возрастного ухудшения здоровья. Продукция митохондриями активных форм кислорода и соответствующие окислительные повреждения рассматриваются как один из механизмов старения. Несмотря на их центральную роль, многие аспекты архитектуры митохондрий и их способности к адаптации остаются неизвестными. Цель данного проекта раскрыть скрытую структуру и функции митохондрий у различных организмов, сосредоточив внимание на том, как эти органеллы вырабатывают энергию, приспосабливаются к экстремальным условиям и влияют на здоровье и болезни.
Используя сочетание методов структурной биологии и искусственного интеллекта, мы будем визуализировать митохондриальные комплексы с атомарным разрешением, включая виды, обитающие в суровых условиях, таких как глубоководные животные и долгоживущие млекопитающие. Эти уникальные организмы служат естественными моделями устойчивости, предлагая стратегические решения для оптимизации энергетического обмена, поддержания долголетия и выживания в стрессовых условиях. Это исследование находится на стыке фундаментальной биологии, биотехнологии и медицины. Раскрывая молекулярную основу митохондриальной адаптации, мы стремимся получить знания, которые найдут применение в клинической практике.
Ожидаемые результаты:
Более безопасные антибиотики: Понимание на атомарном уровне того, как антибиотики воздействуют на митохондриальную систему трансляции, позволит разрабатывать препараты, которые избирательно нацелены на бактериальные рибосомы, минимизируя влияние на митохондриальные рибосомы и снижая риск побочных эффектов для человеческих клеток.
Чертежи выживания в экстремальных условиях: Получение данные о строение митохондриальных комплексов долгоживущих животных и организмов с необычными свойствами митохондрий позволит прояснить стратегии энергоэффективности митохондриальных систем, что может помочь в разработке подходов к борьбе со старением и метаболическими заболеваниями.
Биомаркеры ранних стадий заболеваний: Мы изучим, могут ли митохондрии, циркулирующие в крови, служить ранними индикаторами таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера и диабет, позволяя выявлять их на более ранних стадиях.
Инструменты визуализации на базе ИИ: Интеграция искусственного интеллекта с крио-ЭМ ускорит и улучшит структурный анализ, создавая универсальные инструменты для клеточной биологии и разработки лекарств.
Визуализация ключевых стадий митофагии: С использованием крио-электронной микроскопии и томографии планируется получить структуры инициаторных комплексов формирования митофагосом на ранних стадиях деградации митохондрий. Этот результат откроет возможности поиска новых целевых молекул для терапии заболеваний, связанных с митохондриальной дисфункции и нарушениями механизмов контроля качества митохондрий в клетке.