Структурные основы молекулярных механизмов, обусловливающих патологический процессинг мембранного домена белка-предшественника бета-амилоида при болезни Альцгеймера

Проведена разработка и оптимизация экспериментальных и теоретических методик гетероядерной спектроскопии ЯМР, оптической спектроскопии, белковой инженерии и молекулярного моделирования для исследования структурно-динамических свойств и специфических взаимодействий ТМ фрагментов ПБА дикого типа и патогенных мутантных форм.

Проведено молекулярное моделирование методами Монте-Карло и молекулярной динамики внутри- и межмолекулярных ТМ фрагментов ПБА дикого типа, включающих ТМ домен с примембранными функционально важными участками, а также ТМ фрагменты, соответствующие продуктам промежуточного процессинга ПБА в мембране. Проведено молекулярное моделирование методами Монте-Карло и молекулярной динамики внутри- и межмолекулярных ТМ фрагментов ПБА патогенных мутантных форм, в том числе, мутации в примембранном участке: арктическая Glu693Gly и айовская Asp693Asn; а также мутации в ТМ домене: австрийская T714I и лондонская Val717Gly.

Проведен подбор условий для солюбилизации трансмембранных (ТМ) фрагментов белка-предшественника бета-амилоида (ПБА) в мономерном и димерном состояниях в мембраноподобном окружении в виде детергентных и липидных мицелл или бицелл различного состава. Проведены методами гетероядерной спектроскопии ЯМР и оптической спектроскопии экспериментальные исследования структурно-динамических свойств и специфических взаимодействий ТМ фрагментов ПБА в мономерном и димерном состояниях в составе супрамолекулярных комплексов (мицеллах или бицеллах), в окружении кислой (pH < 5) и нейтральной (pH > 6) сред в присутствии и без катионов металлов (Zn2+ и/или Cu2+). Проведен расчет пространственной структуры высокого разрешения и описание внутримолекулярной динамики мономеров и димеров ТМ фрагментов ПБА дикого типа и патогенных мутантных форм на основе структурных данных и релаксационных данных гетероядерной спектроскопии ЯМР. Проведена энергетическая оптимизация ЯМР-структур мономеров и димеров ТМ фрагментов ПБА дикого типа и патогенных мутантных форм в явно заданных гидратированных липидных бислоях методом молекулярной динамики с наложением экспериментально полученных конформационных ЯМР-ограничений.

Проведено обобщение, сопоставление и оценка полученных результатов теоретических и экспериментальных исследований структурно-динамических свойств и специфических взаимодействий ТМ (трансмембранных) фрагментов ПБА (белок-предшественник бета-амилоида) дикого типа и патогенных мутантных форм. Проведен детальный анализ внутри- и межмолекулярных (белок-белок, белок-мембрана, белок-вода и белок-катион) взаимодействий для ТМ фрагментов ПБА дикого типа и патогенных мутантных форм. Построены молекулярные модели процессов инициации процессинга ПБА в мембране нейронов и продукции различных изоформ бета-амилоида с оценкой факторов, приводящих к формированию амилоидных белковых агрегатов при болезни Альцгеймера. Проведены описание структурно-функциональных детерминант ТМ домена и примембранных участков ПБА в целях выявления потенциальных мишеней для терапии болезни Альцгеймера. Разработаны рекомендации по использованию результатов проведенных НИР в реальном секторе экономики, а также в дальнейших исследованиях и разработках. Разработан проект технического задания для проведения прикладного НИР. Реализованы мероприятия по достижению технико-экономических показателей (п. 8 технического задания).