Введение к работе
Актуальность проблемы
Уникальные свойства мембранных белков во многом определяют пространственная структура и функциональная подвижность их трансмембранных доменов. Характерным структурным элементом мембранных доменов белков является а-спираль. Существует множество функциональных классов мембранных белков (ионные каналы, рецепторы и т.д.), для которых предполагается структурная организация в виде «пучков», состоящих из а-спиральных сегментов, а функционирование непосредственно обеспечивается взаимодействиями между ними. Более того, для многих мембранных белков необходимым условием функционирования является их димеризация (или олигомеризация). В связи с этим, большой интерес представляет понимание механизмов межмолекулярных взаимодействий в гетерогенной среде, которой является липидный бислой биологической мембраны. В данной работе исследована довольно простая, но вместе с тем широко распространенная в природе, и мало изученная модель - гомодимер трансмембранных а-спиралей.
Интерес представляет и сам объект исследования - белки EphAI и EphA2. Eph рецепторы участвуют во многих процессах развития тканей: координируют рост, дифференцировку и формирование практически всех органов и тканей, в частности, нервной, сердечнососудистой, иммунной систем, костной и эпителиальной тканей. Двунаправленные взаимодействия эфриновых рецепторов и их лигандов могут вызывать различные клеточные ответы, например, изменение подвижности, адгезию, отталкивание, в частности, нейрональных и эндотелиальных клеток. Нарушения в функционировании Eph рецепторов и их лигандов наблюдаются в процессах опухолеобразования и метастазирования.
Цель и задачи исследования
Целью данной диссертационной работы является определение структурно-динамических свойств димеров трансмембранных доменов (ТМ) EphAI и EphA2 рецепторов и изучение их связи с биологической функцией. Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи: а) определение и сравнение пространственных структур димеров исследуемых доменов в мембрано-подобном окружении, анализ аминокислотных последовательностей ТМ доменов остальных представителей семейства EphA; б) изучение динамических характеристик полученных структур; в) изучение влияния локального окружения рецептора на его димеризационную способность.
Методы исследования
В работе использовался комплексный подход, сочетающий в себе экспериментальный метод (оптическая спектроскопия, спектроскопия ЯМР высокого разрешения) и теоретический - метод молекулярной динамики.
В качестве объекта исследования были выбраны фрагменты (остатки 536-573 и 523-563) человеческих рецепторов EphAl и EphA2, включающие в себя ТМ домены (остатки 544-569, 534-558).
Научная новизна и практическая значимость работы
На сегодняшний день экспериментальны получены и представлены в банке белковых структур (PDB) только три пространственных структуры высокого разрешения нековалентных димеров ТМ а-спиралей (ТМ домены белков гликофорин А, ВпірЗ, ErbB2). В представленной диссертационной работе методом гетероядерной спектроскопии ЯМР получены пространственные структуры ТМ фрагментов рецепторов одного семейства EphAl и EphA2, встроенных в липидные бицеллы. Структуры депонированы в PDB.
Впервые показано, что, даже для рецепторов одного семейства, структуры димерных комплексов ТМ доменов могут отличаться как геометрией упаковки, так и мотивом димеризации. На примере EphA2 впервые изучен семичленный димеризационный мотив в мембранных белках. Полученные данные открывают новые возможности для моделирования пептидов, селективно взаимодействующих с ТМ доменами мембранных белков.
Для димера EphAl в процессе работы была выявлена и детально исследована зависимость структуры и динамики димера от ионогенного состояния Glu547, это позволило сделать предположение об особенностях механизма передачи сигнала рецептором внутрь клетки. Полученные данные указывают на уникальную роль EphAl рецептора в качестве сенсора локального клеточного окружения.
Впервые показана димеризация ТМ доменов EphA рецепторов по двум альтернативным мотивам с различной относительной упаковкой субъединиц, что является аргументом в пользу "вращательно-сцепленного" механизма активации рецепторных: тирозинкиназ.
Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы были представлены на международных конференциях, посвященных спектроскопии ЯМР (Санкт Петербург, 2007, 2008); VIII чтениях, посвященных памяти академика Ю.А. Овчинникова (Москва, 2006); III Российском симпозиуме «Белки и пептиды» (Пушино, 2007); научных семинарах отдела структурной биологии ИБХ РАН (Москва, 2006-2008).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 6 работ, из них в рецензируемых журналах - 2; в российских и иностранных журналах, входящих в перечень ВАК - 2; тезисов докладов на международных конференциях и семинарах - 2; тезисов докладов на российских научных конференциях - 2.
Объем и структура работы
