Ученые из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН (ИТЭБ РАН) в подмосковном Пущино выяснили, что гигантский мышечный белок — титин — образует агрегаты, похожие на бета-амилоидные. Назначение этих агрегатов пока не известно. Не исключено, что они выполняют какие-то полезные функции. Этим предположениям, а также объяснению тонкостей аналитического изучения титина посвящены две свежие публикации пущинских биологов в «the Journal of Biomolecular Structure and Dynamics» и «Biophysical reviews».

Титин (тайтин) — самый большой из известных белков живого организма. Его молекулярная масса доходит до четырех миллионов дальтон, молекула содержит 38 тысяч аминокислот. Он содержится в мышцах, обеспечивая их эластичность, усиливая сокращение. О существовании титина долго не подозревали, поскольку никто не мог представить белок размером несколько микрометров. Его обнаружили только в 1970-х годах методом электрофореза. С тех пор титином активно занимаются в мире. Одна из ведущих научных групп по его изучению работает в ИТЭБ РАН в Пущино.


 Схема расположения титина в мышце и его разме...
  1. Схема расположения титина в мышце и его размеры (из статьи в Journal of Biomolecular Structure and Dynamics)

«Титин разрушает многие стереотипы, которые сложились в науке. Многие факты об этом белке вызывают удивление даже у биологов», — пояснил пресс-службе ИТЭБ РАН заведующий лабораторией структуры и функций мышечных белков, доктор биологических наук Иван Вихлянцев.

Титин еще никто не получил целиком в виде отдельной молекулы. Обычно его разделают на домены или фрагменты. В лаборатории Ивана Вихлянцева научились работать с большими фрагментами титина и целой молекулой. Выяснилось, что титин легко протеолизируется, а также разрушается при нагревании. Это сильно осложняет работу с ним. Чтобы помочь другим ученым постичь тонкости работы с гигантским белком, его визуализации Иван Вихлянцев в соавторстве с профессором, доктором биологических наук Зоей Подлубной опубликовали обзор, подведя, таким образом, итог более чем десятилетней работы. Подлубная и Вихлянцев открыли в 2004 году самые большие изоформы титина в мышцах млекопитающих. Позднее они вместе с коллегами из Института медико-биологических проблем (лаборатория проф., д.б.н. Б.С. Шенкмана) изучали изменения титина во время космических полетов. Оказалось, что у космонавтов после длительных полетов число длинных фрагментов титина в мышцах уменьшалось, что говорило о развитии болезни. А, к примеру, у сусликов после спячки длинных фрагментов становилось даже больше, то есть их мышцы были здоровы.

Сейчас группа Вихлянцева вплотную занимается агрегатами титина, то есть свернутым состоянием белка.


 Агрегаты титина (из статьи в Journal of Biomo...
  1. Агрегаты титина (из статьи в Journal of Biomolecular Structure and Dynamics)

«Мы показали, что агрегаты титина похожи на амилоидные агрегаты, которые сопровождают болезнь Альцгеймера. Считалось, что белковые агрегаты — это признак заболевания. Но в последнее время все больше обращают внимания на функциональные амилоиды, которые не связаны с болезнями», — прокомментировала работу первый автор статьи в «the Journal of Biomolecular Structure and Dynamics», магистр биологии, младший научный сотрудник Эльмира Якупова.

«Когда мы говорим про функциональные амилоиды, то нам не верят. Стереотип о том, что амилоиды — это плохо, сломать сложно», — добавляет Иван Вихлянцев.


 Иван Вихлянцев в лаборатории структуры и функ...
  1. Иван Вихлянцев в лаборатории структуры и функций мышечных белков ИТЭБ РАН

Ученые заметили, что титин при обычных условиях in vitro уже через 20 минут сворачивается в агрегаты, однако с нашими мышцами тем не менее все в порядке. Так может быть, агрегаты титина выполняют какую-то полезную функцию? К примеру, помогают белку сворачиваться и разворачиваться, препятствуя разрыву мышечных нитей при нагрузках. С другой стороны, известно, что если в клетках образуются амилоидные агрегаты, то запускается процесс очищения от них. Возможно, это происходит с титином. Это пока только гипотезы, которые авторы исследования собираются проверить.

По словам Эльмиры Якуповой, ученые намерены решить еще одну фундаментальную задачу: узнать, как титин расположен в мышцах, как упакованы его длинные фрагменты, поскольку до сих пор это неизвестно.

Источники:

• Yakupova E. I. et al. Different amyloid aggregation of smooth muscles titin in vitro //Journal of Biomolecular Structure and Dynamics. — 2017. — №. just-accepted. — С. 1-24. http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/07391102.2017.1348988

• Vikhlyantsev I. M., Podlubnaya Z.A. Nuances of electrophoresis study of titin/connectin //Biophysical reviews. — 2017. https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs12551-017-0266-6

Релиз подготовлен Татьяной Пичугиной

Татьяна Перевязова, пресс-секретарь ИТЭБ РАН, iteb-press@yandex.ru,

Пресс-релизы ИТЭБ РАН: http://web.iteb.psn.ru/press-release.htm