ИСТИНА

У клеток всех живых организмов поверхность является многокомпонентным полифункциональным компартментом, в котором локализованы структурные компоненты, отвечающие за механическую прочность, ферменты, формирующие её структуру, и рецепторы, участвующие в получении сигналов из внешней среды и передаче их внутрь. Клеточная поверхность участвует во всем комплексе взаимоотношений клетки с окружающей средой, в том числе в транспорте соединений из внешней среды и обратно, в реакциях на стресс различного происхождения. Перестройками в молекулярном ансамбле клеточной поверхности сопровождаются рост, деление клетки, старение и апоптоз, а у микроорганизмов также споруляция и конъюгация. Сказанное определяет важнейшую роль клеточной поверхности в процессах реализации и передачи генетической информации. Клеточная поверхность является зоной контакта патогенных микроорганизмов с клетками высших эукариот, в том числе человека, при возникновении и развитии заболеваний. Перечисленные вопросы являются актуальными для исследований в области молекулярной биологии. Планируемая НИОКР посвящена изучению молекулярной организации и процесса формирования клеточной поверхности низших эукариот, в первую очередь дрожжей, а также механизмов доставки белков, местом локализации и функционирования которых является данный клеточный компартмент. В задачи работы также входит изучение процесса экспорта белков и других высокополимерных молекул за пределы клеток дрожжей, клеточная поверхность которых помимо плазматической мембраны включает в себя периплазматическое пространство и клеточную стенку. Планируется исследование роли белков и некоторых других соединений, локализованных на клеточной поверхности дрожжей и клеток человека при развитии таких заболеваний как микозы и амилоидозы, в том числе осложненные присутствием ВИЧ и некоторыми другими патологическими процессами.

The cells of all living organisms have a multicomponent and multifunctional compartment in which the structural components responsible for mechanical strength, the enzymes that form it, and the receptors involved in receiving signals from the environment and transmitting them inside the cell are localized. The cell surface is involved in the whole range of relationships of the cell with the environment, including the transport of compounds from the external environment and vice versa, in reactions to stress of various origins. Rearregements in the molecular ensemble of the cell surface is accompanied by growth, cell division, aging and apoptosis, as well as sporulation and conjugation of microorganisms. The aforesaid determines the crucial role of the cell surface in the process of implementation and transmission of genetic information. The cell surface is the contact zone of pathogenic microorganisms with cells of higher eukaryotes. These questions are relevant for research in the field of molecular biology. The planned work is devoted to the study of the molecular organization and the process of the cell surface formation of lower eukaryotes, primarily yeast, as well as detect protein delivery, localization and functionality of which are the data of the cell compartment. The tasks of the work include studying the export of proteins and other high-polymer molecules beyond the boundaries of yeast cells, the cell surface of which includes the plasma membrane, the periplasmic space and the cell wall. It is planned to study proteins and some other compounds localized on the cell surface, and human yeast and cells when diseases such as mycoses and amyloidoses occur, are based on HIV complications and other pathological processes.

Важнейшими результатами работы должно явиться: - описание структурных и функциональных изменений, происходящих во внешнем компартменте клеток дрожжей вследствие делеции или мутации генов, кодирующих белки клеточной поверхности этих микроорганизмов, в том числе - белки с амилоидными свойствами, а также белки, участвующие в процессе транспорта этих амилоидов; - характеристика процесса взаимодействия белков со свойствами амилоидов, локализованных на клеточной поверхности дрожжей с клетками и некоторыми белками (например, инсулином) высших эукариот; - получение ответа на вопрос могут ли белки клеточной поверхности дрожжей способствовать развитию амилоидоза у высших эукариот как при контакте, неосложнённом другими патологическими процессами, так и в случае сопутствующих заболеваний (рак различной этиологии,СПИД).

Исследования, проводимые по теме в настоящее время, основаны на принципиально важном положении о большой значимости белков, входящих в состав клеточной поверхности как для низших эукариот, в том числе дрожжей, в качестве фактора, определяющего значительное число, если не большинство, аспектов их функциональной активности, так и для высших эукариот, включая человека. Клетки последних своей поверхностью контактируют с поверхностью клеток патогенных микроорганизмов и микроорганизмов, входящих в состав собственного микробиома, а также с вирусами, что часто приводит к развитию патогенных состояний (кандидоз, амилоидозы и многие другие заболевания). На протяжении последних лет нами были получены приоритетные результаты, опубликованные в ведущих отечественных и зарубежных журналах, свидетельствующие о том, что на поверхности клеток дрожжей локализуются белки, имеющие свойства амилоидов, в частности фермент – глюкантрансфераза Bgl2p. Проведена характеристика свойств этих белков, ведутся работы по исследованию путей их транспорта и механизма встраивания в клеточную поверхность дрожжей. Была выдвинута гипотеза о ключевой роли мажорного консервативного белка клеточной поверхности многих видов дрожжей – Bgl2p, как для функционирования самой клетки дрожжей, так и в развитии заболеваний высших эукариот, включая человека, в том числе микозов и амилоидозов. Проверка гипотезы напрямую сопряжена с исследованиями путей секреции белков и формирование поверхности клеток низших эукариот и человека. Результатом работы должно явиться установление степени риска возможности индукции амилоидоза, сопряженной со взаимодействием белка Bgl2p с белками высших эукариот, включая человека, характеристика механизма развития этого процесса, а также основанное на данном механизме прогностическое описание путей и способов снижения подобных рисков.

У клеток всех живых организмов поверхность является многокомпонентным полифункциональным компартментом, в котором локализованы структурные компоненты, отвечающие за механическую прочность, ферменты и рецепторы. Клеточная поверхность участвует во всем комплексе взаимоотношений клетки с окружающей средой, в том числе в транспорте соединений и реакциях на стресс. Перестройками в молекулярном ансамбле клеточной поверхности сопровождаются рост, деление клетки, старение и апоптоз, а у микроорганизмов также споруляция и конъюгация. Сказанное определяет важнейшую роль клеточной поверхности в процессах реализации и передачи генетической информации. Клеточная поверхность – зона контакта патогенов с клетками высших эукариот, в том числе человека, при возникновении и развитии заболеваний. В процессе выполнения 5 этапа НИР продемонстрированы различия в способности штаммов дрожжей с делецией различных участков и целых генов амилоидных белков Bgl2p и Gas1p, расти на твердых и жидких средах. Выявлено большое значение изучаемых белков для перенесения дрожжами условий стресса (тепловой и холодовой стресс, повышенное содержание спирта в среде культивирования). Изучены условия, приводящие к фибриллизации белков в полученных из клеточных стенок препаратах. Проанализирована способность фибриллизоваться у полноразмерных белков Bgl2p и Gas1p и у белков, молекулы которых были лишены различных участков. Показано, что в наибольшей степени способностью фибриллизоваться обладает полноразмерный Bgl2p, выделенный из клеточных стенок экстракцией гуанидингидрохлоридом. Индуцирует фибриллизацию рН среды инкубации ниже 5.0 и присутствие некоторых ионов металлов. Методами молекулярного моделирования проанализирована структура потенциально амилоидогенных участков молекулы Bgl2p. Эти результаты являются основой для создания модели, демонстрирующей способ укладки этого белка на поверхности клетки дрожжей. Впервые продемонстрирована способность молекул инсулина формировать фибриллярные ассоциаты, характеризующиеся значительной представленностью бета-структур, в присутствии фрагментов клеточной поверхности дрожжей. Резкое увеличение числа случаев развития у людей и животных амилоидных и нейродегенеративных заболеваний требует уделять повышенное внимание анализу возможной̆ роли амилоидогенных белков клеточной поверхности микроорганизмов в индукции и развитии этих заболеваний для снижения риска их возникновения. На данном этапе было невозможно проводить работы, запланированные в Университете г.Росток (Германия) согласно договору о сотрудничестве в области науки и культуры № ОФ-11-1992-4, и в Университете имени Дж. Вашингтона г.Вашингтон (США) с линиями клеток человека по исследованию процессов, сопровождающих их взаимодействие с клетками и компонентами клеточной поверхности дрожжей, в том числе осложненными инфекцией ВИЧ, в связи с ограничениями из-за пандемии коронавируса. Для более масштабного и результативного проведения работ необходимо расширить круг изучаемых объектов и сформулировать тему следующего 5-летнего цикла исследований "Молекулярные основы формирования и функционирования клеточной поверхности". Помимо представленных выше результатов нами впервые получены данные по исследованию роли белков клеточной поверхности дрожжей во взаимодействии с клетками и отдельными белками высших эукариот (экспериментальные животные мыши) и выявлению степени риска возможности индукции амилоидоза, сопряженной с взаимодействием амилоидов клеточной поверхности дрожжей с белками высших эукариот; начата работа по характеристике механизма развития этого процесса, а также основанное на данном механизме прогностическое описание путей и способов снижения подобных рисков. Полученные данные готовятся к публикации в высокорейтинговом журнале. Работа за отчетный 5-летний период, была посвящена решению задач в одной из наиболее актуальных областей молекулярной биологии – изучения роли белков в формировании молекулярного ансамбля клеточной поверхности. Исследования проводились на клетках низших эукариот дрожжей. Получены результаты, направленные на установление роли белков, в том числе белков со свойствами амилоидов, в молекулярной организации и функционировании клеточной поверхности дрожжей. В исследуемой области получены приоритетные результаты, ранее не публиковавшиеся в открытой печати. Проводится исследование роли белков и некоторых других соединений, локализованных на клеточной поверхности дрожжей и клеток высших эукариот при развитии таких заболеваний как микозы и амилоидозы. Данные экспериментальной работы опубликованы в ведущих научных журналах, в том числе в изданиях категории Q1. Опубликовано 2 и подготовлено к печати несколько обзоров. Новое название темы исследований не изменяет вектора научной работы и области знания, в которой группа имеет научный приоритет, но позволяет масштабировать исследования, проводимые в актуальном фундаментальном и важном в практическом аспекте направлении – исследованиях молекулярной организации клеточной поверхности.