Молекулярные механизмы кардиопротекторной активности HspB7, малого белка теплового шока человекаНИР

Molecular mechanisms of cardioprotective activity of human small heat shock protein, HspB7

Источник финансирования НИР

грант РНФ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 28 июля 2022 г.-30 июня 2023 г. Молекулярные механизмы кардиопротекторной активности HspB7 в условиях нормы
Результаты этапа: К концу первого года реализации проекта мы получили векторные конструкции, кодирующие фрагмент филамина С. Подобраны условия экспрессии и очистки этого белка. Получен электрофоретически гомогенный препарат фрагмента филамина С. Последовательность белка подтверждена методом масс-спектрометрии. Авторы выражают глубокую признательность к.х.н. Серебряковой М.В. за проведение масс-спектрометрических экспериментов. Нами изучено олигомерное состояние фрагмента филамина С. Показано, что фрагмент филамина С сохраняет способность к образованию димера как и полноразмерный филамин С. Методом гель-фильтрации подтверждено образование прямого комплекса между фрагментом филамином С и HspB7. Кажущаяся молекулярная масса комплекса (60,3 кДа) может соответствовать комплексу мономера фрагмента филамина С (из расчета массы димера в 56,2 кДа) и димера HspB7 (30,2 кДа). Таким образом, HspB7 может способствовать мономеризации филамина С и модулировать его функционирование. Формирование данного комплекса подтверждено двумя дополнительными методами: химического сшивания и нативного электрофореза. Методом химического сшивания показано, что только один представитель семейства малых белков теплового шока - HspB7 способен взаимодействовать с фрагментом филамина С, что может свидетельствовать о специфичности этого взаимодействия. Сделан вывод о природе взаимодействия между филамином С и HspB7, согласно которому филамин С может являться истинным белком-партнером HspB7, а не его субстратом. Таким образом, опубликованные ранее в литературе данные коиммунопреципитации, показывающие косвенное взаимодействие филамина С и HspB7, находят подтверждение и в прямых исследования по взаимодействию между этими белками. Генно-инженерными методами получены плазмиды, содержащие кДНК α-кристаллиновых доменов всех HspB, экспрессия которых обнаружена в сердце (HspB1, HspB5, HspB6, HspB7, HspB8). Подобраны условия их экспрессии и очистки. Изучено взаимодействие между α-кристаллиновыми доменами малых белков теплового шока с нативным фрагментом филамина С. Комплексный анализ полученных результатов совместно с анализом локального выравнивания аминокислотных последовательностей и моделированием структуры HspB7 в программе AlphaFold позволили предположить, что в основе селективности взаимодействия между филамином С и HspB7 может лежать отличное от других HspB формирование α-кристаллинового домена и впоследствии димера HspB7 Произведен тщательный анализ свойств α-кристаллиновых доменов всех HspB, его результаты опубликованы в экспериментальной статье «α-Crystallin Domains of Five Human Small Heat Shock Proteins (sHsps) Differ in Dimer Stabilities and Ability to Incorporate Themselves into Oligomers of Full-Length sHsps» в журнале Int J Mol Sci (Q1). Результаты исследования прямого взаимодействия между HspB7 и актином опубликованы во второй экспериментальной статье «Is the small heat shock protein HSPB7 (cvHsp) a genuine actin-binding protein?» в журнале Biochimie (Q1). Результаты исследования белок-белкового взаимодействия между фрагментом филамина С и белками семейства HspB подготовлены для дальнейшей публикации.
2 1 июля 2023 г.-30 июня 2024 г. Молекулярные механизмы кардиопротекторной активности HspB7 при рестриктивной кардиомиопатии
Результаты этапа: В течение второго года проекта нами было завершено исследование шапероноподобной активности HspB7 с использованием фрагмента филамина С (содержащего с 22 по 24 иммуноглобулин-подобные домены) в качестве субстрата. Обнаружено, что HspB7 не проявляет шапероноподобной активности по отношению к фрагменту филамина С. В тоже время, как было показано нами, HspB7, единственный из всех проанализированных малых белков теплового шока (HspB1, HspB5 HspB6, HspB8), образовывал прочные комплексы с интактным фрагментом филамина С, способствуя его мономеризации, что, по всей видимости, позволяет ему участвовать в сборке или разборке димера филамина С, необходимого для правильной упаковки нитей актина и функционирования всего саркомера в целом. Формирование комплекса повышает стабильность этого малого белка теплового шока и предотвращает его аморфную агрегацию, вызванную стрессом. Второй год реализации проекта был также посвящен исследованию влияния делеции в гене филамина С c.7416_7418delGAA, p.Glu2472_Asn2473delAsp (далее deltaGAA), коррелирующей с рестриктивной кардиомиопатией, на прямое взаимодействие фрагмента филамина С (содержащего с 22 по 24 иммуноглобулин-подобные домены) с HspB7 в нативных условиях и условиях частичной денатурации. Наши результаты свидетельствуют о том, что мутантная форма С-концевого домена, как и белок дикого типа, может образовывать комплекс с HspB7. HspB7 может разбирать димер такой мутантной формы филамина С также эффективно, как и димер белка дикого типа. Тем не менее, свойства комплекса, образованного мутантным фрагментом филамина и HspB7, отличаются от аналогичных свойств комплекса, образованного фрагментом филамина С дикого типа и HspB7, например, такой гетерокомплекс обладает меньшей термостабильностью нежели в случае белков дикого типа. Из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, полученных из фибробластов здорового человека (линия клеток ips12, FLNCWT/ FLNCWT) и пациента с рестриктивной кардиомиопатией (линия клеток flncb3, FLNCWT/FLNCdeltaGAA), были дифференцированы кардиомиоциты. Эти клетки экспрессировали либо только полноразмерный филамин С дикого типа, либо как полноразмерный филамин дикого типа, так и его мутантную форму с делецией 3-х нуклеотидов, приводящей к замене двух вышеуказанных аминокислотных остатков (Glu и Asn) на остаток аспартата (Asp). Степень дифференцировки контролировали путем иммуноцитохимического окрашивания клеток на сердечный тропонин T и учитывали путем нормирования количества целевого белка (филамина С и HspB7) на количество тропонина Т в образце. Отработаны протоколы фиксации и иммунохимического окрашивания лизатов кардиомиоцитов разными антителами. Все это позволило провести оценку влияния мутации deltaGAA на содержание как самого филамина С, так и его партнера HspB7. Данные, полученные при анализе экспрессии белка в двух линиях кардиомиоцитов (ips12 и flncb3), свидетельствуют о том, что как содержание филамина С, так и содержание HspB7 выше в линии мутантных клеток по сравнению с линией клеток, экспрессирующих только филамин С дикого типа. Можно предположить, что пониженная функциональность мутантного филамина С (например, вследствие пониженной стабильности такой формы) приводит к компенсаторному увеличению экспрессии гена филамина С в такой линии клеток и параллельно с этим к увеличению экспрессии его партнера – HspB7. Следует заметить, что изменение содержания анализируемых белков не было драматичным. Проведено иммуноцитохимическое окрашивание обеих линий кардиомиоцитов антителами, специфичными к HspB7. Сделан вывод о невозможности проведения экспериментов по колоколизации белков-партнеров вследствие особенности используемой клеточной модели. В связи с этим, для дальнейших экспериментов по коиммунопреципитации была выбрана другая модель. Получены экстракты сердец гуманизированных мышей, одни из которых экспрессировали только филамин С дикого типа, а другие экспрессировали как филамин С дикого типа, так и его мутантную форму, исследуемую в нашей работе. Полученные экстракты подвергали аффинной хроматографии на сефарозе CL-4B, конъюгированной с антителами, специфичными к HspB7. Установлено, что при нанесении на колонку эквимолярной смеси HspB7-фрагмент филамина С, оба белка прочно сорбируются на носителе. Однако, если на колонку наносили клеточные экстракты, то в случае клеток, полученных от мышей, экспрессирующих как нормальный, так и мутантный филамин С, с носителем связывался только HspB7. В случае нанесения на колонку экстракта сердец здоровых мышей, на колонке сорбировался как HspB7, так и другой малый белок теплового шока, HspB5. Ни в одном случае, ни в элюате, ни в проскоке с аффинной колонки не удавалось обнаружить филамин С, что, вероятно, свидетельствует о невозможности экстракции этого белка в используемых нами мягких условиях. Тот факт, что при аффинной хроматографии гомогената сердец мутантных мышей на носителе сорбируется только один из двух малых белков теплового шока свидетельствует о том, что мутирование филамина С приводит к нарушению протеостаза, что отражается в изменении набора сорбировавшихся на носителе малых белков теплового шока, отвечающих за стабилизацию протеостаза. Дальнейшее исследование компонентов цитоплазмы кардиомиоцитов и, в частности, функционирования HspB5 может позволить выяснить детали «жизненного цикла» филамина С и приблизиться к пониманию механизма развития рестриктивной кардиомиопатии. Как и было запланировано, нами опубликована третья экспериментальная статья «Interaction of the C-terminal immunoglobulin-like domains (Ig 22–24) of filamin C with human small heat shock proteins» в журнале Biochimie (Q1).

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".