| 1 |
26 октября 2017 г.-31 декабря 2017 г. |
Исследование структурных и функциональных характеристик рекомбинантных форм сердечного тропомиозина с кардиомиопатическими мутациями и мутациями, имитирующими фосфорилирование, методами молекулярной динамики и математического моделирования |
| Результаты этапа: Тропомиозин (Тм) – супер-альфа-спиральных актин-связывающий белок, участвующий в регуляции сокращения поперечно-полосатых мышц. Соседние молекулы Тм связываются между собой «голова к хвосту», образуя непрерывный тяж на поверхности актиновой нити. Чтобы обеспечить высокую кооперативность регуляции сокращения ионами кальция, этот тяж должен быть достаточно жестким. Чтобы понять молекулярные механизмы, лежащие в основе наследственных кардиомиопатий, вызванных мутациями M8R, K15N, A277V, M281T и I284V в гене, кодирующем альфа-тропомиозин, мы провели молекулярно-динамическое моделирования зоны перекрытия N- и С-концевых участков в зоне соединения соседних гомодимеров Тм в отсутствии и при наличии таких мутаций и сравнили результаты расчетов с экспериментальными данными, полученными нашими коллегами по Комплексному проекту. Расчеты показали, что обе мутации в N-концевом участке Тм, M8R и K15N, приводящие к дилатационной кардиомиопатии, снижают прочность и жесткость зоны перекрытия соседних молекул Тм, что хорошо согласуется с экспериментальными данными наших коллег по комплексному проекту. Однозначной связи между результатами молекулярно-динамических расчетов Тм с мутациями в С-концевом участке, с одной стороны, экспериментальными данными коллег и типами кардиомиопатии, с другой стороны, установить не удалось. Это, по-видимому, связано с тем, что развитие патологии миокарда при этих мутациях связано с взаимодействием Тм с другими белками саркомера. Мы также разработали и протестировали много-масштабную модель кровообращения, в которой левый желудочек сердца представлен моделью, учитывающей особенности механики миокарда и регуляцию сокращения сердечной мышцы регуляторными белками, Тм и тропонином. Получены предварительные результаты, позволяющие оценить, как одна из исследуемыехв рамках Комплексного проекта кардиомиопатические мутаций в Тм влияет на насосную функцию сердца. |
| 2 |
1 января 2018 г.-25 октября 2018 г. |
Исследование структурных и функциональных характеристик рекомбинантных форм сердечного тропомиозина с кардиомиопатическими мутациями и мутациями, имитирующими фосфорилирование, методами молекулярной динамики и математического моделирования |
| Результаты этапа: Работы выполнены в полном объеме и в срок. |
| 3 |
26 ноября 2018 г.-28 ноября 2019 г. |
Исследование структурных и функциональных характеристик рекомбинантных форм сердечного тропомиозина с кардиомиопатическими мутациями и мутациями, имитирующими фосфорилирование, методами молекулярной динамики и математического моделирования |
| Результаты этапа: Проведено молекулярно-динамическое моделирование области перекрытия соседних молекул тропомиозина (Тм) дикого типа и при наличии мутаций в его N-концевом (M8R, K15N) или С-концевом (A277V, M281T, I284V) фрагментах, ассоциированных с кардиомиопатиями. Исследованы эффекты псевдо-фосфорилирования (аминокислотная замена S283D) на изгибную и крутильную жёсткость, а также прочность этого участка тропомиозинового тяжа. Результаты молекулярно-динамического моделирования позволяют объяснить некоторые результаты экспериментальных исследований, полученных коллегами по Комплексному проекту. Проведено математическое моделирование влияния двух кардиомиопатических мутаций Тм, D230N и I284V, на насосную функцию сердца в системе кровообращения. Для этого была использована недавно разработанная нами многомасштабная модель системы кровообращения, в которой механика миокарда левого желудочка сердца описана с помощью кинетической модели, отражающей все основные закономерности актин-миозинового взаимодействия и его регуляции ионами кальция с участием регуляторных белков тропонина и Тм. Для моделирования эффектов мутаций в Тм, выявленных на молекулярном и клеточном уровнях, были использованы экспериментальные данные, полученные коллегами по Комплексному проекту и описанные в литературе. Результаты моделирования согласуются с имеющимися экспериментальными данными и позволяют оценить вклад молекулярно-клеточных нарушений и компенсаторного ремоделирования желудочка в насосную функцию сердца при этих кардиомиопатиях. |
| 4 |
29 ноября 2019 г.-28 ноября 2020 г. |
Исследование структурных и функциональных характеристик рекомбинантных форм сердечного тропомиозина с кардиомиопатическими мутациями и мутациями, имитирующими фосфорилирование, методами молекулярной динамики и математического моделирования |
| Результаты этапа: План работы на последний год выполнения проекта выполнен полностью и в срок. Проведено молекулярно-динамическое (МД) моделирование влияние нескольких кардиомиопатических мутаций в молекуле сердечного тропомиозина и псевдофосфорилирования остатков 61 и 283 тропомиозина на механические свойства (изгибную жёсткость) молекулы. Эти МД расчёты и параллельно проведенные экспериментальные исследования коллег по комплексному проекту КОМФИ позволили понять природу нарушений сократительных и регуляторных характеристик сердечной мышцы с кардиомиопатическими мутациями в тропомиозине и наметить пути снижения их негативных последствий путем фосфорилирования тропомиозина. Проведено многомасштабное моделирование работы левого желудочка сердца в системе кровообращения при наличии двух мутаций, вызывающих гипертрофическую или дилатационную кардиомиопатию. Результаты моделирования хорошо соответствуют данным клинических наблюдений и экспериментальных исследований соответствующих мутаций. |
