Амилоидная агрегация. Ученые предложили новый взгляд на этот процесс

Агрегация белков – распространенный процесс в клетках живых организмов. Известно, что пептиды и белки обладают способностью переходить из нативных конформационных состояний в агрегированные состояния. Наиболее интересна науке амилоидная агрегация белка, поскольку она чаще всего связана с заболеваниями человека и животных, известных как амилоидозы. К данным заболеваниям относятся болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, системные амилоидозы, прионные заболевания и др. Однако амилоиды привлекают внимание не только из-за связи с болезнями, но также благодаря их функциональной роли в организме.

Например, амилоиды, формируемые протеолитическими фрагментами белка Pmel17 в меланосомах, защищают клетки от токсического действия предшественников меланина, а амилоидная агрегация белка CPEB в мозге ассоциирована с процессами консолидации памяти, и играет ключевую роль в длительных синаптических изменениях.

В проекте, возглавляемом в.н.с. ИТЭБ РАН Лией Бобылёвой, исследовали особенности агрегации и комплексообразования двух мультидоменных мышечных белков: титина и С-белка. Известно, что наименьшей сократительной единицей в мышцах является саркомер. Он состоит из множества связанных между собой белков для выполнения функции сокращения. Основными белками в саркомере являются актин, миозин и титин. Титин из них является самым большим белком: молекулярные массы его изоформ составляют от 3,0 миллионов до 3,7 миллиона Дальтон. Этот белок состоит из отдельных субъединиц – доменов, количество которых может достигать 182.

В мышечном саркомере титин связан с другим белком – миозин-связывающим белком С (С-белком), который состоит из таких же доменов, как и титин, но его молекулярная масса гораздо меньше (134 кДа, 10 доменов). Функция этих двух белков заключается в поддержании саркомерной структуры. Однако неизвестно, каким образом эти два белка связаны между собой в саркомере. Сотрудники Лаборатории структуры и функций мышечных белков ИТЭБ РАН в ходе выполнения проекта РНФ (№ 22-24-00805), возглавляемого к.б.н. Лией Бобылёвой, впервые получили данные, позволяющие предположить, что связывание этих мышечных белков в саркомере может происходить с образованием амилоидо-подобной структуры.

«В проекте в in vitro экспериментах мы изучили особенности образования комплексов между титином и С-белком, – рассказывает руководитель проекта в.н.с., ИТЭБ РАН, к.б.н. Лия Бобылёва. — Наиболее значимый результат в данной работе был получен при исследовании комплекса «титин/С-белок», сформированного в растворе, содержащем 175 мМ KCl, 10 мМ имидазола, pH 7.0. Во-первых, мы получили комплексы данных белков в условиях, близких к физиологическим (ионная сила, pH). Во-вторых, нам удалось обнаружить с помощью электронной микроскопии взаимодействие между белками в комплексе: декорирование титина молекулами С-белка. И, самое главное, мы обнаружили амилоидную природу данного комплекса, используя методы рентгеновской дифракции и флуориметрического анализа по выявлению связывания белков с красителем тиофлавин Т. Важно отметить, что ни титин, ни С-белок по-отдельности не формировали амилоидные агрегаты в подобных условиях, тогда как вместе эти два белка образовывали амилоидо-подобную структуру. При этом в комплексах «титин/С-белок» не наблюдалось увеличения содержания β-складчатой структуры». Это свидетельствует о минимальных внутримолекулярных перестройках при формировании данных комплексов».

По словам руководителя проекта, на сегодняшний день амилоиды определяются как агрегаты «неправильно» свернутого пептида или белка, которые имеют кросс-β структуру, что способствует их повышенной устойчивости к протеолитической деградации. Амилоидозы – заболевания, связанные с накоплением амилоидных фибрилл неправильно свернутых белков в разных органах и тканях, являются неизлечимыми. Функциональные амилоиды, в свою очередь используют уникальную для амилоидов структуру (кросс-β структуру) для выполнения определенных функций. Авторы впервые обнаружили амилоидную природу комплексов титина и С-белка in vitro, белков, которые связаны между собой in vivo.

Полученные результаты расширяют представления о возможной физиологической роли данных белков и их взаимодействии в саркомерах. Одно из возможных функциональных значений амилоидной агрегации исследуемых белков in vivo может заключаться в регуляции вязкоупругих свойств саркомеров и мышцы в целом в процессе мышечного сокращения. Подобная регуляция может осуществляться путем формирования временной или постоянной амилоидной структуры (кросс-β структуры) между молекулами исследуемых белков. Это открытие позволяет по-новому взглянуть на процесс амилоидной агрегации, которая может быть не только «вредной», но и «полезной».

Дальнейшее изучение формирования амилоидных агрегатов, состоящих из молекул разных белков, позволит получить новые фундаментальные представления о возможной функциональной роли амилоидных агрегатов в организме.