Амилоиды – белковые фибриллы с характерной кросс-бета структурой, которые принято связывать с неизлечимыми заболеваниями, поражающими мозг и другие органы человека и животных. Вместе с тем, исследования последних лет показывают, что ряд белков, формирующих амилоидные фибриллы, в норме регулируют жизненно важные процессы у самых разных организмов. Функциональные амилоиды обнаружены у бактерий, дрожжей, растений, позвоночных животных и человека. Амилоидные фибриллы обладают уникальной прочностью, эластичностью и устойчивостью к действию целого ряда агентов. Все это позволяет сформулировать концепцию, согласно которой патологические амилоиды являются скорее редким исключением, тогда как функциональные амилоидные фибриллы можно рассматривать в качестве структурного материала, который широко используется в эволюции различных организмов. Известные нам сейчас белки, способные формировать амилоидные фибриллы – это, по всей вероятности, лишь вершина айсберга. До недавнего времени из-за отсутствия универсальных биохимических подходов к идентификации амилоидов их выявляли в основном случайным образом при исследовании структурных свойств отдельно взятых белков.
Недавно, используя собственный метод протеомного скрининга амилоидов, мы показали, что РНК-связывающий белок FXR1, регулирующий долговременную память и эмоциональное состояние, функционирует в мозге крысы Rattus norvegicus и в культуре клеток нейробластомы человека в амилоидной форме. Представленный проект посвящён анализу эволюционного консерватизма и биологической значимости амилоидных свойств белка FXR1 в мозге позвоночных животных. Мы впервые ставим вопрос о том, на каком этапе эволюции позвоночных амилоидные фибриллы стали функциональным компонентом, вовлечённым в регуляцию жизненно важных процессов в головном мозге. Исследования амилоидных свойств FXR1 будут проведены у представителей разных классов позвоночных: радужной форели, шпорцевой лягушки, красноухой черепахи и домашней курицы. Принимая во внимание высокий консерватизм аминокислотной последовательности этого белка и биоинформатические предсказания, мы полагаем, что амилоидные фибриллы FXR1 возникли на заре эволюции позвоночных. Иммуногистохимические и биохимические исследования, а также оригинальный метод анализа амилоидных свойств белков ex vivo позволят подтвердить или опровергнуть эту гипотезу.
Сходство аминокислотных последовательностей этого белка у позвоночных и наличие потенциально амилоидогенных регионов наводит на мысль, что фибриллярная форма белка FXR1 возникла не случайно, и это имеет биологический смысл. В представленном проекте мы планируем проверить гипотезу, согласно которой разборка агрегатов FXR1 важна для регуляции воспалительного ответа в головном мозге. Эта гипотеза основывается на интересных данных, полученных ранее с использованием культур клеток млекопитающих. Известно, что в культурах клеток FXR1 формирует крупные агрегаты, которые связывают молекулы РНК и негативно регулируют их трансляцию. В частности, в культуре клеток HEK агрегаты FXR1 препятствуют трансляции фактора TNF alpha, который активирует цитокины и тем самым регулирует воспалительный ответ. При неблагоприятных воздействиях в клеточной культуре крупные агрегаты FXR1 разбираются, что вызывает активацию трансляции мРНК фактора TNF alpha. В мозге человека сверхпродукция TNF alpha ассоциирована с различными воспалительными процессами, в частности, происходящими при болезни Альцгеймера. Мы проверим гипотезу, согласно которой активация фактора TNF alpha при болезни Альцгеймера коррелирует с разборкой амилоидных агрегатов белка FXR1 в нейронах головного мозга. Вполне вероятно, что амилоидные агрегаты FXR1 в головном мозге в норме обеспечивают запасание молекул мРНК TNF alpha, а разборка этих агрегатов при стрессовых условиях способствует активации его трансляции, обеспечивая тем самым быстрый ответ на неблагоприятные воздействия. Исследование взаимосвязи патологических изменений в мозге с дезинтеграцией РНК-связывающих амилоидных агрегатов является принципиально новой задачей. Решение этой задачи может привести к выявлению важного элемента регуляторного каскада, контролирующего ответ на воспалительный процесс при болезни Альцгеймера.
Таким образом, данный проект является новым направлением исследований, который базируется на научном и методическом заделе коллектива. Методология исследований, предложенных в проекте, отработана коллективом в недавней работе по идентификации функциональных амилоидных агрегатов белка FXR1 в мозге млекопитающих. Руководитель и члены коллектива имеют большой опыт в области исследования патологических и функциональных амилоидов, что подтверждается совместными публикациями в рейтинговых международных журналах.
