|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Роль протеасом в молекулярных механизмах адаптации у морских беспозвоночныхНИР
The role of proteasomes in the molecular mechanisms of adaptation in marine invertebrates
- Руководитель НИР: Люпина Ю.В.
- Участники НИР: Абатурова С.Б., Георгиев А.А., Горностаев Н.Г., Ерохов П.А., Карпова Я.Д., Кравчук О.И., Лавров А.И., Радченко А.Ш., Становова М.В., Степанова А.А.
- Сторонняя организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологии развития им. Н.К.Кольцова РАН
- Срок исполнения: 1 января 2016 г. - 31 декабря 2018 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 16-04-00454а
- Номер ЦИТИС: АААА-А16-116012050273-6
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: другое
- ПН России: Науки о жизни
- Направление технологического прорыва России: Медицинские технологии и лекарственные средства
-
Рубрики ГРНТИ:
- 34.33.15 Зоология беспозвоночных
- 34.15.61 Молекулярные критерии адаптации
-
Ключевые слова:
нативный
электрофорез, активаторы протеасом, шапероны, двумерный электрофорез, убиквитин, протеом клеток, протеасомы
proteasome activators, plasticity, shaperones, proteasome, cell proteom, 2d electrophoresis, invertebrates, native electrophoresis, ubiquitin -
Описание:
Гомеостаз клеточного протеома обеспечивается балансом синтеза белков и контролируемого протеолиза. Основную роль в гидролизе индивидуальных белков в клетках эукариот играет убиквитин-протеасомная система (УПС), которая определяет адаптационную пластичность многоклеточных организмов. Морские беспозвоночные приливно -отливной зоны, в частности губки (Porifera), являются уникальной моделью для изучения молекулярных механизмов адаптаций. Клетки губок находятся в постоянном движении и в состоянии трансдифференцировки. Высокая устойчивость губок к влиянию стрессовых факторов обеспечивается лабильностью их структуры, которая проявляется в способности восстанавливать исходную организацию животного после диссоциации тканей и сопровождается дедифференцировкой и трансдифференцировкой клеток. Целью проекта является выяснение роли протеасомного пути регуляции клеточного протеома в процессах диссоциации и реагрегации у холодноводных морских губок Halichondria panacea и Halisarca dujardini (кл. Porifera). Будет изучен полипептидный состав разных форм протеасом и изменения в активности и структуре протеасом и шаперонов (белков теплового шока) при диссоциации тканей и реагрегации клеток губок. Влияние стресса на функционирование УПС будет также исследовано в целомоцитах кольчатых червей Arenicola marina (кл. Polychaeta) при воспалении, индуцированном липополисахаридом. Протеасомы морских беспозвоночных ранее не исследовали. Выполнение проекта позволит получить оригинальные сведения о протеасомной системе многоклеточных организмов, находящихся на ранних этапах эволюции.
-
Планируемые результаты:
Реализация проекта позволит получить новые научные сведения о протеасомных механизмах контроля клеточного протеома при диссоциации тканей и в процессе реагрегации клеток губок, а также целомоцитов кольчатых червей при воспалении. К концу 2016 года планируется выполнить основной объем экспериментальной работы по пунктам 1 и 2 общего плана. Таким образом, ожидается, что будут получены следующие результаты: 1. Будет охарактеризована зависимость от температуры ХПА и КПА в тканях и диссоциированных клетках холодоводных Halichondria panacea и Halis arca dujardini (кл. Porifera). 2. Будет оценено содержание субъединиц протеасом и белков -шаперонов HSP/HSC70 в клетках губок, полученных после диссоциации их ткани, и в процессе реагрегации. 3. В процессе реагрегации клеток будут выявлены изменения ХПА, сопровождавшиеся изменением субъединичного состава и нативной структуры протеасом. 4. Будут выявлены особенности пулов протеасом и шаперонов в периоды реагрегации после диссоциации тканей губок, сопровождающейся дедифференцировкой и/или трансдифференцировкой клеток и приводящей к полному восстановлению исходной организации животного. Планируемые результаты проекта оригинальны и не имеют аналогов в мировой литературе. Ожидаемые результаты могут быть ценными как для фундаментальной науки, так и для выявления перспективных молекулярных мишеней коррекции нарушений пластичности.
-
Научный задел:
1. Разработан и запатентован метод разделения 26S и 20S протеасом; 2. Показана индукция теплового шока семейства HSP/HSC70 в ходе защитной реакции в клетках кукурузной совки Sf9, инфицированных вирусом AcMNPV. Белки семейства HSP/HSC70 идентифицированы методам и протеомного анализа; 3. Продемонстрирована индукция протеотоксичного стресса в клетках кукурузной совки Sf9, инфицированных вирусом AcMNPV, который проявляется в накоплении убиквитинированных белков и их комплексов с белками теплового шока (агресом); 4. Получены свидетельства об активации в клетках кукурузной совки Sf9 системы протеолиза, связанного с эндоплазматическим ретикулумом, в ответ на инфекцию вирус ом AcMNPV; 5. В опытах с фармакологическими препаратами показана зависимость репродуктивного цикла вируса AcMNPV от протеолитической активности протеасом и шаперонной активности белков семейства HSP/HSC70. Исследована динамика протеасомной активности клеток Sf9 в ходе инфекционного цикла; 6. Предложен и применен новый подход к изучению становления иммунной системы у млекопитающих, который заключается в одновременном исследовании формирования органов иммунной системы и иммунных протеасом в лимфоидных и нелимфоидных органах; 7. Показано участие протеасом в процессах развития иммунологической портальной толерантности; 8. Выявлены нарушения в структурах головного мозга у животных с дефицитом молекул MHC I, которые компенсируются повышенной экспрессией иммунных субъединиц и регулятора РА28 протеасом; 9. Изучено гистологическое строение многоклеточных агрегатов, формирующихся в ходе реагрегации клеток губок H. panicea и H. dujardini, получены данные о восстановительных морфогенезах, приводящих к формированию полноценных губок из этих многоклеточных агрегатов; 10. Получены предварительные данные, свидетельствующие о модификации в пулах 26S и 20S протеасом в процессе диссоциации ткани губок H. panicea и в целомоцитах A. marina при воспалении.
- Добавил в систему: Лавров Андрей Игоревич
Соисполнители НИР
| ИБР РАН | Координатор |
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Роль протеасом в молекулярных механизмах адаптации у морских беспозвоночных |
| Результаты этапа: Убиквитин-протеасомная система (УПС) играет основную роль в гидролизе индивидуальных белков в клетках эукариот и определяет их способность к адаптации. В настоящем проекте для изучения протеасомных механизмов адаптаций были использованы уникальные живые системы - морские беспозвоночные приливно-отливной зоны, в частности, губки (кл. Porifera) и многощетинковые кольчатые черви Arenicola marina (кл. Polychaeta). В результате работы над проектом в 2016 году обнаружено, что в процессах реагрегации клеток у холодноводных морских губок Halichondria panacea и в целомоцитах A. marina после индукции воспаления активируется система шаперонов, а также происходят изменения в структуре и активностях протеасом. При диссоциации ткани губок в диссоциированных клетках снижается активность протеасом и содержание белков теплового шока HSP70 и субъединиц протеасом альфа-типа и бета 5. В процессе формирования агрегатов относительное содержание белков шаперонов HSP70 и протеасомных субъединиц альфа-типа значительно меняется только в период интенсивных перестроек и/или дифференцировок/дедифференцировок клеток в агрегатах. В целомоцитах морских многощетинковых кольчатых червей A. marina через 1 час после индукции воспаления наблюдали увеличение химотрипсинподобной активности протеасом, а также увеличение относительного содержания протеасомных субъединиц альфа-типа и бета 5, появление новой формы шаперона Hsp70 и элиминацию субъединицы Rpt6 регуляторного комплекса РА700. Установлено, что характерной особенностью протеасом изученных морских беспозвоночных является низкое содержание формы 26S, что свидетельствует о том, что их протеасомная система специализируется преимущественно на гидролизе неубиквитинированных белков. При стрессе, вызванном введением липополисахарида, происходит полное переключение протеасомной системы целомоцитов A. marina на гидролиз 20S протеасомами. Полученные результаты позволяют рассматривать индукцию шаперонов и изменение в структуре протеасом в качестве ключевых механизмов в адаптации к стрессу и развитии защитных реакций у многощетинковых червей и, вероятно, других морских беспозвоночных. | ||
| 2 | 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Роль протеасом в молекулярных механизмах адаптации у морских беспозвоночных |
| Результаты этапа: В клетках эукариот убиквитин-протеасомная система определяет пластичность и способность к адаптации, поскольку играет основную роль в гидролизе индивидуальных белков. В настоящем проекте для изучения протеасомных механизмов адаптаций использованы уникальные живые системы – холодноводные морские беспозвоночные приливно-отливной зоны, в частности, губки (тип Porifera) и многощетинковые кольчатые черви Arenicola marina (кл. Polychaeta). В результате работы над проектом в 2017 году выявлено, что изменения в пулах протеасом клеток холодноводных морских губок Halichondria panicea (тип Porifera) зависят от их жизненного цикла. В период, предшествующий размножению, в ткани изучаемых холодноводных морских губок снижена химотрипсинподобная активность протеасом, но при диссоциации тканей в клетках увеличивается химотрипсин- и каспазоподобная активности протеасом по сравнению с показателями периода после размножения. В диссоциированных клетках губок в период, предшествующий размножению, содержание белков теплового шока HSP70 снижено по сравнению с таковыми показателями клеток периода после размножения. Установлено, что клетки разных цветовых морф холодноводных морских губок H. panicea отличаются по содержанию эпибионтов бактерий рода Pseudoalteromonas. В клетках губок, имеющих повышенный уровень эпибионтов бактерий рода Pseudoalteromonas, повышена экспрессия белков Hsp70, но снижен уровень каталитической бета 5 субъединицы протеасом, что сопровождается изменением их активности. Эпибионты бактерий рода Pseudoalteromonas могут влиять на убиквитин-протеасомную систему клеток холодноводных морских губок и, тем самым, обеспечивать их адаптивную пластичность. В целомоцитах морских многощетинковых кольчатых червей A. marina через 30 минут после индукции воспаления, вызванного введением липополисахарида, происходит увеличение химотрипсинподобной активности протеасом и относительного содержания протеасомных субъединиц альфа-типа и бета 5, а также появление новой формы шаперона Hsp70 и элиминация субъединицы Rpt6 регуляторного комплекса РА700. Выявленные молекулярные изменения в целомоцитах сохраняются в течение 24 часов после индукции воспаления. Разработан метод выделения протеасом из клеток кольчатых червей, который впервые позволил выявить различия в структуре 20S протеасом мышечных клеток кольчатых червей при индукции воспаления. Через 1 час после индукции воспаления в мышечных клетках происходит модификация 20S протеасом и снижение её электрофоретичекой подвижности. Полученные результаты позволяют рассматривать изменения в индукции шаперонов и пулов протеасом в качестве ключевых механизмов в адаптации у морских беспозвоночных. | ||
| 3 | 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Роль протеасом в молекулярных механизмах адаптации у морских беспозвоночных |
| Результаты этапа: В настоящем проекте впервые была использована уникальная природная система морских беспозвоночных приливно-отливной зоны холодноводных морей, характеризующаяся чрезвычайной устойчивостью к изменениям внешних факторов. В наших исследованиях впервые исследована структурная организация протеасом у морских губок, предковых форм Metazoa. В результате реализации проекта впервые установлено, что функционирование убиквитин-протеасомной системы необходимо для процессов реагрегации клеток и образования примморф холодноводных морских губок Halichondria panicea и Halisarca dujardini, а также реализации защитной реакции у полихет. Нами впервые установлено, что характерной особенностью протеасом холодноводных морских беспозвоночных: губок Halichondria panicea и Halisarca dujardini (тип Porifera) и многощетинковых кольчатых червей Arenicola marina (кл. Polycheta) является низкое содержание формы 26S протеасом, которое свидетельствует о том, что их протеасомная система специализируется преимущественно на гидролизе неубиквитинированных белков. Нами произведена de novo сборка мРНК белков протеасом холодноводных морских губок Halichondria panicea и Halisarca dujardini. Обнаруженные последовательности выложены в GenBank. Установлено, что в процессах диссоциации и реагрегации клеток у холодноводных морских губок и в целомоцитах A. marina после индукции воспаления происходят изменения в системе шаперонов, а также в составе и активностях протеасом. Впервые выявлены различия в химотрипсин- (ХПА) и каспазоподобной (КПА) активностях протеасом, а также белков семейства теплового шока HSP70 холодноводных морских губок в зависимости от их жизненного цикла. Впервые продемонстрировано, что клетки с преобладанием эпибионтов бактерий рода Pseudoalteromonas (в большей степени экспрессирующие белки теплового шока HSP70) являются морфообразующим компонентом агрегатов губок H. panicea. Кроме того, отмечено, что эпибионты бактерий рода Pseudoalteromonas оказывают влияние на убиквитин-протеасомную систему клеток холодноводных морских губок, обеспечивая их адаптивную пластичность. Полученные результаты о механизмах адаптации клеток многоклеточных организмов, находящихся на ранних этапах эволюции, крайне важны для поиска мишеней и создания препаратов коррекции пластичности у многоклеточных. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".