ИСТИНА

Целью проекта является решение научной проблемы,которая заключается в недостаточной изученности механизмов возникновения и развития нейродегенеративных заболеваний амилоидной природы, а также в отсутствии эффективных средств их профилактики и лечения. Так, при болезни Паркинсона применяются только лекарства, оказывающие воздействие на симптомы заболевания; о применении моноклинальных антител для лечения болезни Альцгеймера имеется противоречивая информация; а при прионных заболеваниях (инфекционная губчатая энцефалопатия) эффективны только меры предотвращения заражения инфекционными прионными белками.

The search for new mechanisms involved in the onset and development of amyloid neurodegenerative diseases, such as Alzheimer's and Parkinson's diseases, remains relevant, because despite the large number of projects in this field, effective ways to treat them have not yet been found. There are also no methods of early diagnosis and prevention of these diseases. In our opinion, one of the reasons for current situation is insufficient attention to the role of protein-protein interactions between amyloidogenic proteins and their various partner proteins in the formation of pathologic protein aggregates. Amyloidogenic proteins such as alpha-synuclein, tau-protein, prion protein, and beta-amyloid peptide relate to the so-called "naturally unfolded proteins" that are prone not only to form amyloid structures but also to interact with various proteins. Such interaction, on the one hand, can both stimulate and prevent the formation of oligomeric or fibrillar amyloids and, on the other hand, prevent partner proteins from carrying out their functions in maintaining cell viability. The latter aspect is practically unexplored except for the works on blocking the chaperone system by amyloidogenic proteins. The proposed project will focus on the interaction between different amyloidogenic proteins: alpha-synuclein, tau protein, prion protein and beta-amyloid peptide. All proteins are present in nervous tissues of healthy individuals, and their interactions with each other m be part of both the occurrence and progression of amyloidogenic neurodegenerative diseases. Studying the influence of amyloidogenic proteins on the pathologic transformation of each other will not only reveal new mechanisms for the development of neurodegenerative diseases, but also suggest new approaches to their prevention and treatment. The inefficiency of using low-molecular-weight compounds to prevent oligomerization and fibrillization of amyloidogenic proteins shows that it is more promising to use polypeptides or proteins that influence the pathological transformation of amyloids through protein-protein interactions. First of all, we will use fragments of prion protein (N-terminal and C-terminal domains) to prevent amyloid aggregation of alpha-synuclein and beta-amyloid peptide. Together with Iranian colleagues, we will study the effect of pathological mutations in alpha-synuclein on its interaction with full-length prion protein, as well as on the efficiency of preventing transformation of alpha-synuclein by prion protein fragments. αB-crystallin, the small heat shock protein, is a promising partner protein, the interaction with which can prevent the formation of amyloid structures of alpha-synuclein. Mutations in this protein not only lead to pathological processes in visual organs, cardiac and skeletal muscles, but also cause disorders in nervous tissues. The joint study with Iranian partners of the influence of mutations in αB-crystallin and amyloidogenic proteins on their binding ability and on amyloidogenic processes will make it possible to find new mechanisms of Parkinson's disease and, in the long term, to use αB-crystallin or its fragments for its treatment. The third aspect of the project also relates to the involvement of amyloidogenic partner proteins in the development of neurodegenerative diseases and is associated with the elucidation of the role of coronavirus infection in this process. It will be studied how coronavirus COVID-19 proteins (spike and nucleocapsid proteins) influence amyloid transformation of alpha-synuclein in a system with isolated proteins as well as on cells producing alpha-synuclein. This will help to elucidate the role of both coronavirus infection in neurodegenerative processes and the effects of different types of COVID-19 vaccines on their propagation.

2024 год Для исследования взаимосвязи мутаций в альфаB-кристаллине, вызывающих различные патологии, с возникновением нейродегенеративных заболеваний, прежде всего, болезней Альцгеймера и Паркинсона, будут получены необходимые рекомбинантные белки. Мутантные формы альфаB-кристаллина, а также тау-белок и бета-амилоидный пептид будут получены иранскими партнерами, а мутантные формы альфа-синуклеина - обеими группами. Будут исследованы особенности структуры выделенных белков, в том числе, их мутантных форм с помощью различных биофизических и биохимических методов, описанных выше. На основании полученных данных будут сделаны выводы о влиянии различных мутаций на структуру и функции выделенных белков. Российскими участниками для выделения рекомбинантного овечьего прионного белка ( PrP), а также его N- и С-концевых фрагментов, будут получены конструкции, содержащие отдельно N-концевой и C-концевой фрагменты PrP. Оба полипептидных фрагмента будут экспрессированы в штамме BL21(DE3) E.coli, а затем будет проведено выделение полноразмерного PrP, а также его N- и С- концевых фрагментов. Будет начато изучение взаимодействия полноразмерного PrP и его фрагментов с бета-амилоидным пептидом. Российскими участниками проекта будут проведены экспрессия RBD-фрагмента спайк-белка коронавируса SARS-CoV-2 в эукариотической системе и выделение этого рекомбинантного полипептида. Помимо этого будут выделены рекомбинантный альфа-синуклеина дикого типа и его мутантной формы A53T, склонной к амилоидной трансформации. Иранскими коллегами будут получены мутантные формы альфа-синуклеина, ответственные за прогрессивное развитие данного заболевания. В совместной работе будет изучено взаимодействие разных форм альфа-синуклеина и белков коронавируса SARS-CoV-2, а также влияние такого взаимодействия на патологическую трансформацию альфа-синуклеина. В российской лаборатории будет проведено клонирование гена альфа-синуклеина и его мутанта А53Т, склонного к амилоидной агрегации, в эукариотические векторы для трансфекции с целью разработки клеточной модели болезни Паркинсона. Будет проведена трансфекция клеток нейробластомы SH-SY5Y эукариотическими векторами, содержащими ген альфа-синуклеина и его мутанта, отбор клонов, подбор условий для экспрессии и получены клеточные линии со стабильной экспрессией разных форм альфа-синуклеина. Будут подготовлены к публикации 2 статьи по результатам проекта и написан промежуточный отчет. 2025 год Будет изучено влияние альфаВ-кристаллина дикого типа и его мутантных форм на амилоидную трансформацию разных форм альфа-синуклеина и бета-амилоидного пептида. Будут выяснены основные механизмы, вовлеченные в стимулирование нейродегенерации под действием мутантных форм альфаВ-кристаллина. Будет начато изучение влияние полноразмерного PrP и его фрагментов на амилоидную трансформацию мутантных форм альфа-синуклеина, а также тау-белка, предоставленных иранскими партнерами. Будет проведена экспрессия и выделение N-белка (нуклеокапсидного белка) коронавируса SARS-CoV-2 в эукариотической системе. Будет продолжено изучение влияния коронавирусных белков на патологическую трансформацию альфа-синуклеина, в том числе на его мутантные формы, полученные иранскими партнерами. Будут проведено клонирование генов белков коронавируса SARS-CoV-2 в эукариотические векторы для трансфекции нейробластомы SH-SY5Y, а затем исследовано накопление амилоидных агрегатов в клетках нейробластомы, стабильно экспрессирующих альфа-синуклеин, при взаимодействии с циркулирующими белками коронавируса (RBD-фрагмент и N-белок). Будут подготовлены к публикации 4 статьи по результатам проекта и написан промежуточный отчет. 2026 год Будет изучено влияние альфаВ-кристаллина дикого типа и его мутантных форм на амилоидную трансформацию тау-белка. На основании полученных на этом и предыдущих этапах реализации проекта результатов будет установлена взаимосвязь между патологиями зрительной и мышечных систем, вызванными нарушениями функционирования альфаB-кристаллина, и прогрессией болезней Альцгеймера и Паркинсона. Будет оценена перспективность использования альфаB-кристаллина и его фрагментов в качестве антиамилоидных лекарственных средств. Совместно с иранскими партнерами будут завершены исследования влияния прионного белка и его фрагментов на патологическую трансформацию амилоидогенных белков, в том числе на клеточных моделях амилоидозов, и оценены перспективы использования фрагментов PrP для создания средств профилактики и лечения нейродегенеративных заболеваний. Будет исследован цитотоксический эффект белков коронавируса и их протеолитических фрагментов на клеточной модели с повышенной экспрессией альфа-синуклеина. Будут сформулированы и обоснованы молекулярные механизмы влияния белков коронавируса на накопление агрегатов и неправильно свернутых белков в клетке. Будут высказаны предположения о взаимосвязи развития амилоидных нейродегенеративных заболеваний как с коронавирусной инфекцией, так и с введением вакцин разного типа. Будет завершена публикация статей по результатам проекта (4 статьи в международных изданиях) и написан итоговый отчет.

У иранских и российских участников проекта имеется большой опыт изучения амилоидогенных белков (альфа-синуклеина, бета-амилоидного пептида и прионного белка), участвующих в развитии нейродегенеративных заболеваний - болезней Паркинсона и Альцгеймера, а также прионных патологий. При этом иранские коллеги используют в основном широкий спектр современных биофизических методов, а российские в большей степени - биохимические подходы, а также методы клеточной биологии. У иранских участников проекта имеется большой опыт успешного изучения разнообразных амилоидогенных белков. Так, руководитель проекта Реза Юсефи исследовал молочные белки, а также связанные с болезнью Альцгеймера тау-белок и бета-амилоидный пептид. Основной спектр его интересов - структурно-функциональное исследование белков кристаллинов хрусталика при физико-химических стрессах и выяснение механизмов развития катаракты, вызванных этими стрессами. Другие участники проекта также имеют большой опыт изучения амилоидогенных белков. О достаточном научном заделе обеих групп свидетельствуют многочисленные публикации участников проекта в престижных международных журналах. Кроме того, у участников проекта есть успешный опыт совместных исследований. Так руководители международного коллектива Реза Юсефи и В.И. Муронец исследовали агрегацию казеинов молока, их шапероноподобную активность и особенности гомоцистеинилирования, а в последние годы В.И. Муронец и его сотрудники участвовали в совместной работе с иранскими коллегами. Были изучены особенности патологической трансформации альфа-синуклеина и найдены низкомолекулярные соединения, препятствующие этому процессу, изучены перспективы использования белков в качестве носителей лекарственных препаратов, а также написана обзорная статья о последствиях коронавирусной инфекции, в частности об ее участии в развитии нейродегенеративных заболеваний.

В результате реализации проекта будут раскрыты новые механизмы возникновения и развития амилоидных нейродегенеративных заболеваний, предположительно основанные на взаимодействии как между разными амилоидогенными белками, так и между этими белками и их белками-партнерами. Основная особенность проекта заключается не только в изучении роли различных белок-белковых взаимодействий в амилоидогенезе, но и в применении разных белков и их фрагментов для предотвращения патологической трансформации амилоидогенных белков, поскольку действие низкомолекулярных соединения малоэффективно. В частности, будут получены следующие результаты: Будет изучена взаимосвязь развития различных патологий, вызванных мутациями αВ-кристаллина, с возникновением амилоидных нейродегенеративных заболеваний, например, болезни Паркинсона и Альцгеймера. Изучение взаимодействия нативных и мутантных форм αВ-кристаллина с альфа-синуклеином, тау-белком и бета-амилоидным пептидом, позволит найти новые механизмы амилоидной трансформации этих белков и, в перспективе, создать на основе αВ-кристаллина и его фрагментов препараты, препятствующие амилоидогенезу. Применение αВ-кристаллина, являющегося малым белком теплового шока, представляется более перспективным в сравнении с другими более крупными шаперонами и тем более шаперонинами. Будут выяснены особенности взаимодействия прионного белка с альфа-синуклеином и бета-амилоидным пептидом, а также с их мутантными формами, обладающими разной склонностью к патологической трансформации. Будет не только изучено взаимное влияние амилоидогенных белков на формирование амилоидогенных агрегатов (олигомеров и фибрилл), но также будут разработаны подходы для предотвращения этого процесса. В частности, предполагается использовать С- и N-концевые фрагменты прионного белка для ингибирования амилоидной трансформации альфа-синуклеина и бета-амилоидным пептида. Будет продемонстрировано влияние спайк-белка и нуклеокапсидного белка коронавируса на амилоидную трансформацию альфа-синуклеина. Взаимодействие коронавирусных белков с нативными и мутантными формами альфа-синуклеина будет изучено как на изолированных белках, так и на клеточных линиях, стабильно продуцирующих альфа-синуклеин. Полученные данные позволят выяснить механизмы влияния коронавирусной инфекции на нейродегенеративные процессы, а также оценить возможные последствия применения разных типов прививок против COVID-19. На основе полученных результатов будут не только выявлены новые механизмы патологической трансформации амилоидогенных белков, прежде всего альфа-синуклеина и бета-амилоидного пептида, связанных с болезнями Паркинсона и Альцгеймера, но и предложены подходы для профилактики и лечения нейродегенеративных заболеваний с помощью белков-партнеров (или их фрагментов) амилоидогенных белков для предотвращения образования патологических агрегатов. Предполагаемые результаты соответствуют мировому уровню как по своей научной значимости, так и по применению в работе современных методов исследования. Общественная и научная значимость связаны с необходимостью поиска новых подходов для профилактики и лечения таких амилоидных нейродегенеративных заболеваний как болезни Паркинсона и Альцгеймера, которые остаются практически неизлечимыми до сих пор. О соответствии проекта мировому уровню свидетельствует высокая публикационная активность российских и иранских участников. Кроме того, небольшие белки или их фрагменты, способные предотвратить патологическую трансформацию амилоидогенных белков, являются перспективными кандидатами для создания средств профилактики и лечения социально-значимых нейродегенеративных заболеваний.