ИСТИНА

Благодаря появлению мощных источников синхротронного излучения и новых типов регистрирующих устройств, малоугловое рентгеновское рассеяние (МУРР) в настоящее время широко и успешно используется для структурной диагностики наноразмерных конденсированных фаз. Для структурной биологии главным преимуществом МУРР является возможность проведения исследований в естественной для образцов среде и отсутствие их специальной подготовки к измерениям [1]. Также важно, что метод обеспечивает статистически надежные данные, усредненные по всему объему образца, тем самым являясь идеальным дополнением к рентгеновской кристаллографии, электронной и атомно-силовой микроскопии, криоэлектронной микроскопии, ЯМР и т. д., которые предоставляют лишь локальную информацию. Кроме того, комплементарность МУРР к различным независимым структурным методам снижает неопределенность в интерпретации данных малоуглового рассеяния, возникающую из-за присущей МУРР неоднозначности решения обратных задач. Работы, проведенные авторами данного доклада за последние двадцать лет, свидетельствуют о значимости и перспективности такого комплексного подхода в структурной биологии. Среди них можно упомянуть исследования с помощью МУРР структуры матриксных белков вируса гриппа [2-4] и вируса болезни Ньюкасла [5], а также роли структурных особенностей и посттрансляционных модификаций N-концевого фрагмента белков оболочки ряда растительных вирусов [6]. Помимо исследований в области вирусологии были проведены, например, такие пионерские работы как изучение полноразмерного белка, связывающего полипиримидиновый тракт (PTB) и его делеционных мутантов, состоящих из всех комбинаций доменов вдоль белковой последовательности [7], и исследование флаверубредоксинa из Escherichia coli, обладающего дополнительным С-концевым модулем, состоящим из линкера и домена рубредоксина (Rd), необходимого для межбелковых окислительно-восстановительных процессов [8]. В процессе структурных исследований неизменно возникала потребность в разработках новых подходов к интерпретации данных МУРР, например, сочетающих 3D-реконструкцию малоуглового рассеяния и анализ состава смесей, применимых к полидисперсным и трудно очищаемым системам, включая слабо ассоциированные олигомеры и транзиентные комплексы, содержащие нуклеопротеины. Такая возможность 3D-моделирования рассеяния смесями значительно расширяет область применения малоуглового рассеяния и открывает новые возможности для анализа олигомерных смесей и процессов сборки/диссоциации белков и сложных белковых комплексов [9]. Примером комплиментарного использования вычислительных методов и МУРР может служить исследование белков HU бактериального нуклеоида и олигонуклеотидов ДНК [10]. В работе проводился скрининг моделей комплексов, построенных с помощью молекулярной динамики для нахождения структур, наилучшим образом согласующимися с данными МУРР. Необходимость в разработке новых подходов к интерпретации данных МУРР особенно актуальна в настоящее время в связи с появлением продвинутых алгоритмов обработки большого массива данных, возникновения таких подходов, как AlphaFold — программы на базе искусственного интеллекта, разработанной Google DeepMind, – которая выполняет предсказания пространственной структуры белков, а также в связи с постоянным совершенствованием методов молекулярного моделирования и машинного обучения. Поэтому сейчас в наших исследованиях мы стремимся использовать все возникающие возможности для анализа структуры биологических объектов. Примером такого комплексного подхода может служить изучение полипротеина Gag, который является основным структурным белком вируса иммунодефицита человека. В жизненном цикле вируса он отвечает за сборку и высвобождение вирионов из клетки. Однако эти процессы пока изучены недостаточно и остается много вопросов, касающихся структуры и функции этого полипротеина в целом и составляющих его доменов в частности на разных стадиях созревания вириона. Используя новые комплексные подходы к интерпретации данных МУРР, мы стремимся описать структурные аспекты олигомеризации Gag в растворе в процессе формирования вируса. Фрагменты этих пока не опубликованных исследований будут представлены в докладе. Мы надеемся, что приобретенный нами опыт многолетнего использования синхротронного излучения для структурного анализа наноразмерных биологических объектов с помощью малоуглового рентгеновского рассеяния будет полезен сообществу пользователей «Сибирского Кольцевого Источника Фотонов» («СКИФ»). Благодарности: Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации и при поддержке Российского научного фонда (грант № 23-44-10021 https://rscf.ru/project/23-44-10021/). Литература: [1] Svergun DI, Koch MH, Timmins PA, May RP (2013) Small Angle X-ray and Neutron Scattering from Solutions of Biological Macromolecules. Oxford University Press, London [2] Shtykova E.V. et al.// PLoS One, 2013, e82431. [3] Shtykova E.V. et al.// Scientific Reports, 2017, V 7, 16793. [4] Kordyukova L.V. et al.// Journal of Biomolecular Structure and Dynamics. 2019, V 37 (3), pp. 671-690. [5] Shtykova E.V. et al.// Journal of Virology, 2019, 93(6). [6] Shtykova E.V et al. // Viruses, 2024, 16(3), p.427. [7] Petoukhov M. V. et al. // Structure, 2006, 14, 1021-1027. [8] Petoukhov M. V. et al. // Structure, 2008, 16, 1428-1436. [9] Petoukhov M. V. et al. // Biochemistry, 2013, 52, 6844-6855. [10] Petoukhov M. V. et al. // Crystallography Reports, 2024, 69(5), 674-681