| Аннотация |
Полисахариды (ПС) растений являются не только наиболее представленным, но и бесконечно разнообразным по структуре классом биополимеров. В функционировании растительной клетки, а также при контактах с организмами других биологических царств задействованы несколько типов гликан-узнающих белков. Первым событием взаимодействия любого белка (фермента, лектина, антитела) с растительным ПС (рПС) является узнавание, на которое оказывают влияние такие факторы как нерегулярная (как правило) структура ПС, нахождение и функционирование ПС в составе клеточной стенки в виде гомо- или гетеро-комплексов и комплексов с не-углеводными биополимерами, изменчивость в процессе роста клетки, и др. Наш собственный опыт, а также литературные данные, показывают, что при ПС-белковом узнавании проявляются перечисленные выше особенности, которые нехарактерны для других молекулярных взаимодействий. В данном проекте предполагается выявление этих особенностей и в конечном итоге выход на понимание кода узнавания, заложенного природой при взаимодействии полисахаридов с белками. Для этого будут изучены белки системы врожденного иммунитета человека, а также растительные лектины нескольких семейств, то есть белки, сильно разнящиеся как по функции, так и фолду. Мы полагаем, что исследование именно качественно различающихся белков поможет абстрагироваться от частностей и найти общие закономерности. Ключевым свойством этих белков является способность взаимодействовать не с одним конкретным ПС, а с разными, нередко резко отличающимися по химической структуре полисахаридами, что принято называть полиреактивностью. Полиреактивность является непременным свойством белков системы врожденного иммунитета (иммуноглобулинов, коллектинов, TLR, etc.), которые обязаны узнавать группы мишеней, а не отдельные мишени. Согласно нашей гипотезе, полиреактивность объясняется тем, что в составе разных (с точки зрения первичной и вторичной структуры) ПС есть одинаковый «типовой гликотоп» (ТГТ), узнаваемый данным белком. Сложность идентификации ТГТ заключается в том, что он может быть: 1) тривиально линейным, 2) конформационным, то есть составленным из формально отдаленных друг от друга моносахаридных участков, 3) сформированным несколькими молекулами полисахарида, что реализуется в клеточной стенке растений, бактериальной капсуле и т.п. архитектурах, которые являются истинными (in vivo) мишенями изучаемых полиреактивных белков. В данном проекте предполагается изучить взаимодействие нескольких классов таких белков с ПС и алгоритмизировать поиск соответствующих ТГТ.
Планируется провести следующее. 1. Выделить из крови человека естественные антитела к нескольким растительным полисахаридам (рПС), (наличие таких антител мы показали в 2022 г.), имеющим существенно разные первичные структуры, охарактеризовать и сравнить их эпитопную специфичность. 2. Изучить, с какими рПС взаимодействуют дендритные клетки, базофилы и натуральные киллеры человека, подтвердить возможность узнавания широкого репертуара рПС этими звеньями врожденного иммунитета (по результатам нашей предыдущей работы два таких ПС уже выявлены). Если широкий репертуар подтвердится, выявить ТГТ узнаваемые несколькими белками иммунитета, и сделать обоснованное предположение о биологическом смысле узнавания рПС иммунной системой человека. 3. Получить несколько рекомбинантных растительных лектинов из различных семейств, для которых с помощью рПС-эррея (разработанного ранее, РНФ 2020-2023 гг.) идентифицировать ПС, с которыми они связываются, доказать, что связывание реализуется не только на уровне индивидуальных ПС, но и в клеточной стенке, выявить те структурные элементы ПС, которые непосредственно контактируют с лектинами, сравнить их между собой. В итоге, сделать обоснованный вывод о том, существует ли «код» узнавания полисахаридов белками, то есть, было ли в результате эволюции белков врожденного иммунитета выбрано ограниченное число ТГТ.
Идентификацию ТГТ планируется проводить на основании совокупности информации, получаемой от: 1) сравнения узнаваемых белками полисахаридов, выявленных с помощью гликанового эррея, и другого разработанного нами ранее инструментария; 2) конформационного и молекулярно-динамического анализа тех же ПС; 3) исследования комплексов белок-ПС и белок-клеточная стенка с помощью ЯМР-технологий.
Ранее проблема, поставленная в данном проекте, не формулировалась; успешность ее решения опирается на мультидисциплинарный характер проекта, в котором участвуют специалисты по биохимии и биофизике растительной клетки, по выделению и структурной характеризации ПС, по синтезу гликоконъюгатов, по гликоиммунологии, ЯМР и конформационному анализу; все они имеют опыт совместных исследований. Решению поставленной проблемы способствуют также накопленные в ходе выполнения проекта РНФ № 20-63-47110 научный опыт и разработанные молекулярные инструменты исследования, такие как гликоэрреи, гликозонды, гликосорбенты и коллекция структурно охарактеризованных рПС.
С практической точки зрения понимание фундаментальных принципов узнавания белками полисахаридов необходимо для научно-обоснованного подхода к решению ряда медицинских задач, таких как диагностика и профилактика перекрестной аллергии, которую связывают с растительными полисахаридами как аллергенами (или их кросс-реактивностью с аллергенами); профилактика и лечение хронических недугов ЖКТ, причина которых кроется в несовместимости иммунной системы данного индивидуума с растительной пищей, а также разработка экологически чистых препаратов для предотвращения заболеваний растений.
|
