ИСТИНА

Для содержательного анализа современных экспериментальных данных о структуре и функции поперечно-полосатых мышц требуется создание адекватных математических моделей, без которых невозможно проследить многочисленные причинно-следственные связи, лежащие в основе мышечного сокращения, регуляции и патологических нарушений. Ранее нами были построены модели для изучения актин-миозинового взаимодействия в мышце при помощи рентгеновской дифракции, однако появление новых структурных данных диктует необходимость их пересмотра. Мы планируем разработку новых рентгенодифракционных моделей для описания расслабления, сокращения и тропонин-тропомиозиновой регуляции мышцы, а также их экспериментальную верификацию. Для решения прикладных задач описания локомоций и сокращений камер сердца человека и животных мы предполагаем развить классические кинетические модели работы и регуляции актин-миозинового взаимодействия. Такие модели позволят сопоставлять физиологические характеристики целой мышцы с молекулярными событиями, лежащими в их основе. Мы также планируем создание математических моделей для изучения механических характеристик взаимодействия одиночных молекул мышечных белков с помощью оптических щипцов.

For a meaningful analysis of modern experimental data on the structure and function of striated muscle is necessary to create an adequate mathematical models, without which it is impossible to trace the numerous causal relationships underlying muscle contraction, and regulation of pathological disorders. Earlier, we had built a model to study actin-myosin interaction in the muscle by X-ray diffraction, but the emergence of new structural data dictates the need for their revision. We are planning the development of new X-ray diffraction patterns to describe relaxation, reduction and regulation of troponin-tropomiozinovoy muscles, as well as their experimental verification. In order to solve applied problems describing locomotion and reductions of human and animal heart cells we propose to develop a classical kinetic models of work and the regulation of the actin-myosin interaction. Such models allow to compare the physiological characteristics of intact muscle with the molecular events underlying them. We also plan to create mathematical models to study the mechanical characteristics of the interaction of single molecules of muscle proteins using optical forceps.

Мы ожидаем, что решение поставленных задач позволит нам получить следующие научные результаты. По данным малоугловой рентгеновской дифракции мы сможем точно определить изменение положения тропомиозина на нити актина в ответ на кальциевую активацию и при сильном связывании миозиновых головок с актином. Исследование точной структуры толстой, миозиновой, нити тесно связано с работой коллег из Венесуэлы (группа R. Padron, IVIC). Мы полагаем, что в течение первого года им удастся получить атомную структуру ствола толстой нити в мышцах тарантула, в последующие годы будет построена детальная модель всей толстой нити, необходимая для описания состояния расслабления и «выключенного» супер-расслабленного состояния, в котором скорость гидролиза АТФ существенно снижена. Мы ожидаем, что в рамках выполнения проекта будет построена кинетическая модель актин-миозинового взаимодействия с учётом деталей сопряжения механического и биохимического цикла работы миозиновой головки. Такая модель должна адекватно описывать зависимости механических и биохимических параметров сокращения от концентрации АТФ, продуктов её гидролиза и температуры. В ходе проекта будут построены математические модели и разработаны программные средства для измерения механических свойств реконструированных тонких нитей и актин-миозинового комплекса с помощью оптических щипцов.

У коллектива имеется большой опыт экспериментальной работы на источниках синхротронного излучения. Также в нашей группе были разработан метод прямого математического моделирования актин-миозинового взаимодействия в мышце на основе данных рентгеновской дифракции на скелетной мышце в ригоре и в активном сокращении. Этот новый метод был успешно использован для интерпретации результатов рентгенодифракционных экспериментов на интактных и демембранизоанных мышечных волокнах, а оригинальность и высокий уровень наших исследований подтверждена публикациями в высокорейтинговых научных журналах, включая такие как Nature, Structure, PNAS, PLoS One и др. На основании результатов наших экспериментов и анализа изменения интенсивностей ряда рентгеновских рефлексов в сокращающейся мышце нами была выдвинута новая структурно-кинетическая модель двухшагового механизма силогенерации в мышце (Ferenczi и др., 2005). В нашей группе получены предварительные результаты по построению как обобщённых детальных структурно-кинетических моделей (Шворина 2014), так и упрощённых моделей мышечного сокращения, имеющих прикладное значение (Сёмин, Цатурян, 2012).