Специалисты Института цитологии Российской академии наук (ИНЦ РАН) провели новаторское исследование, в ходе которого удалось установить строение и вычислить геометрические характеристики «коротких олигомеров» актина. Это структуры актина, которые образуются в клетках при воздействии стрессовых факторов и при развитии нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Хантингтона и болезнь Альцгеймера. О результатах работы ученые сообщили в научном журнале Biochemical and Biophysical Research Communications, полученные данные, вероятно, окажутся важными для выяснения факторов, приводящих к дегенеративным изменениям в нервной системе как у людей, так и у животных, и могут найти применение в разработке способов своевременной диагностики этих патологий.
Актин – один из наиболее часто встречающихся белков в клетках эукариот, таких как растения, грибы, простейшие и животные, включая человека. В природе актин встречается в двух формах: мономерной (G-актин) и полимерной (F-актин), представляющей собой цепочку, состоящую из мономеров G-актина. F-актин играет важную роль в функционировании мышечной ткани и является одним из ключевых белков цитоскелета немышечных клеток. Мономерная форма актина (G-актин), присутствующая в цитоплазме клетки, также участвует в критически важных ядерных процессах, в частности, она необходима для нормальной работы ДНК.
Помимо G- и F-актина, выделяют еще одну его модификацию, которую изначально исследователи трактовали как переходное звено между G- и F-актинами и назвали «инактивированным актином» (I-актин). Тем не менее, ученые Института цитологии РАН доказали, что I-актин – это структура, формирующаяся из 14–16 мономеров актина, и имеющая отличную от G-актина организацию.
Исследование структуры I-актина актуально, поскольку в условиях стресса и при нейродегенеративных заболеваниях наблюдается накопление «коротких олигомеров» актина, которые отличаются от полимерного F-актина. «Короткие олигомеры» ядерного актина могут служить мишенью для терапии таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера и Хантингтона. Тем не менее, механизмы формирования устойчивых «коротких олигомеров» актина и их структура остаются неизученными.
«В рамках нашего исследования мы выдвинули предположение, что I-актин является ключевым компонентом “коротких олигомеров” ядерного актина. В процессе проверки этой гипотезы мы впервые представили многостадийную модель их формирования и впервые определили размер, структуру и механизм сборки коротких олигомеров актина», – рассказывает главный научный сотрудник Лаборатории структурной динамики, стабильности и фолдинга белков ИНЦ РАН Ирина Кузнецова.
Согласно результатам, полученным с помощью метода SEC-SAXS, предназначенного для определения формы, размера и агрегатного состояния биомолекул в растворе, и данным электронной микроскопии, «короткие олигомеры» идентифицированы как I-актин. Он проявляется в виде плоских дисковидных олигомерных структур, напоминающих «бусины», с радиусом приблизительно 8–9 нанометров.
Характеристики структуры «бусинок» I-актина определили с помощью измерения триптофановой флуоресценции, флуоресценции гидрофобного зонда АНС и времени-разрешенной анизотропии флуоресценции. Установлено, что «бусинки» способны формировать вытянутые частицы, образующие неразветвленные цепочки, подобные «бусинкам на ниточке». Эти структуры напоминают F-актин, однако значительно превосходят его по толщине и уступают в длине.
«Выявление структуры «коротких олигомеров» актина, характеристик составляющих их элементов и факторов, способствующих их формированию, может помочь в понимании механизмов запуска нейродегенеративных заболеваний. Это имеет большое значение как для своевременной диагностики, так и для разработки методов лечения этих состояний» , — поясняет Ирина Кузнецова.
Работа была проведена в сотрудничестве с учеными Научно-исследовательского центра молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний Московского физико-технического института (МФТИ) при финансовой поддержке Российского научного фонда (РНФ ( № 23-15-00494).
Пресс-служба Института цитологии Российской академии наук выступила с данным сообщением