ИСТИНА

Пептиды и белки могут собираться в крупные волокна, называемые фибриллами. Рост таких агрегатов при наличии зародышей может начинаться сразу, но без них обычно предваряется лаг-фазой, во время которой появляются олигомеры, разнообразие и неустойчивость которых пока что препятствуют пониманию их влияния на зарождение фибрилл [1]. Существует несколько моделей появления зародышей упорядоченных агрегатов: (1) частично денатурированные белки соединяются гидрофобными участками, образуя первичные димеры; (2) нативные белки побуждают друг друга развернуться и перестроиться в бета-слои; (3) наконец, в переходных олигомерах из 2-7 мономеров происходят перестройки, например, из альфа-спиралей в бета-слои [2]. Такие олигомеры и перестройки их вторичных структур обнаружены у бета-амилоида, альфа-синуклеина и инсулина методами седиментации, хроматографии, динамического рассеяния света, масс-спектрометрии, кругового дихроизма и др. Модели линейных агрегатов дают согласующиеся с экспериментами кинетические кривые и позволяют получать оценки размеров зародышей [3]. Чтобы добавить к ним представления о природе перехода от неустойчивых олигомеров к первым спонтанно растущим зародышам, мы развили капельные модели [4], которые позволяют получать термодинамически осмысленные оценки размеров критических олигомеров. Связь со скоростями была проведена через классическую модель образования критических (наименьших самопроизвольно растущих) зародышей и их роста по уравнению диффузии в пространстве размеров [5]. Сопоставив открытые данные о концентрациях олигомеров и кинетических константах, мы сделали предположения о содержащих олигомеры путях перехода от мономеров к быстро растущим фибриллам. Количество первичных зародышей оценивалось из соотношения между продолжительностями лаг-фазы и фазы роста. Вычисления проводились в предположении, что (1) лаг-фазу можно оценить через время созревания первых критических олигомеров до зародышей, (2) фибриллы могут расти только из критических олигомеров, образовавшихся в лаг-фазе, (3) продолжительность фазы роста определяется скоростью удлинения фибрилл до их равновесных размеров. Предложенный алгоритм численно подбирает параметры олигомеров, которые согласуются с экспериментальными концентрациями пептидов, размерами агрегатов и длительностями фаз агрегации. Такой подход позволил исследовать возможность участия переходных олигомеров в агрегации инсулина, альфа-синуклеина, бета-амилоида и сравнить такие пути с моделью медленной сборки первичных бета-димеров. Различия между полученными распределениями оценок термодинамических параметров олигомеризации различных пептидов мы связали с их длинами и первичной и вторичной структурами, которые влияют на водородные связи и потери степеней свободы в олигомерах. Мы надеемся, что разработанный алгоритм позволит продвинуться в понимании, какие олигомеры способствуют зарождению упорядоченных упаковок (on-pathway), а какие — лишь забирают в себя мономеры, не давая им собираться в упорядоченные зародыши (off-pathway), и как это связано с аминокислотной последовательностью пептида, а также pH, ионной силой и температурой. Исследование выполнено за счёт гранта Российского научного фонда № 19-74-30007, https://rscf.ru/project/19-74-30007/. 1. M. Muschol et al. (2013) Amyloid oligomers as on-pathway precursors or off-pathway competitors of fibrils, Frontiers in molecular biosciences, 10:1120416. 2. T. Gurry et al. (2013) The dynamic structure of α-synuclein multimers, Journal of the American Chemical Society, 135.10:3865-3872. 3. N.V. Dovidchenko et al. (2014) How to determine the size of folding nuclei of protofibrils from the concentration dependence of the rate and lag-time of aggregation. I. Modeling the amyloid protofibril formation, The Journal of Physical Chemistry B, 118.5:1189-1197. 4. A. Šarić et al. (2016) Kinetics of spontaneous filament nucleation via oligomers: Insights from theory and simulation, The Journal of chemical physics, 145.21. 5. Я.Б. Зельдович (1942) К теории образования новой фазы. Кавитация, ЖЭТФ, 12.11-12:525-538.