Генетики СПбГУ создали первую в мире программу по поиску амилоидов, включающих разные белки

Демонстрация работы программы © Journal of Molecular Biology

Амилоиды — это белковые агрегаты, которые являются причиной ряда тяжелых и зачастую неизлечимых заболеваний, таких как болезни Альцгеймера, Паркинсона, Хантингтона и других. Но далеко не все подобные вещества являются патогенными, многие из них выполняют важные функции в клетках. Как отмечают ученые, формирование амилоидов в первую очередь связано с изменением структуры белка в организме. Однако в последнее время в науке встречается все больше случаев, когда в состав агрегатов входят сразу несколько разных элементов.

Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в Journal of Molecular Biology.

Коллектив генетиков и биотехнологов Санкт-Петербургского университета в соавторстве с исследователями из Университета Монпелье (Франция) впервые в мире предложил биоинформатический подход, названный AmyloComp, который позволяет проводить поиск пар белков, способных к коагрегации — связке друг с другом. Метод реализован на языке программирования Python и доступен в виде онлайн-приложения.

«Амилоиды по форме напоминают нити. В их составе образуется своеобразная "стопка" из множества молекул, расположенных поперек волокна. Когда в агрегате присутствует только один белок, слои полностью идентичны по структуре. Мы же пытаемся найти такие последовательности в разных белках, которые бы могли формировать подобные "стопки", но при этом отличались по последовательности», — рассказал один из авторов исследования, доцент СПбГУ (кафедра генетики и биотехнологии) Станислав Бондарев.

По его словам, разработанная учеными Университета программа AmyloComp демонстрирует точность более 94 % на модельном наборе данных, а также достоверно классифицирует известные положительные и отрицательные примеры коагрегации белков. Так, коагрегация белков может играть различные биологические роли в организме.

С одной стороны, довольно давно предложена гипотеза «амилоидного каскада», согласно которой патологические амилоидные агрегаты могут провоцировать агрегацию других белков. С другой стороны, некоторые важные биологические процессы требуют формирования агрегатов из разных белков. Одним из ярких примеров является пара белков человека, RIPK1 и RIPK3. Их коагрегация является частью сигнального каскада при запуске противовирусного ответа. Программа AmyloComp позволяет вести поиск подобных примеров в масштабах протеома.

Уникальность созданной исследователями СПбГУ программы состоит в том, что другие подходы, существующие в современной биоинформатике, не позволяют моделировать коагрегацию двух амилоидных белков. Метод исследователей СПбГУ основан на сравнении аминокислотной последовательности двух белков и при этом учитывает возможность их пространственной укладки в составе единого агрегата. Такой подход позволяет искать различные последовательности, которые формируют единую структуру.

Коллектив ученых кафедры генетики и биотехнологий СПбГУ — один из ведущих по изучению амилоидов в мире. Изучать амилоиды в СПбГУ под руководством академика Сергея Инге-Вечтомова начали еще в 90-х годах XX века: тогда был опубликован целый ряд прорывных работ мирового уровня, посвященных инфекционным амилоидам (прионам) дрожжей. Позднее в Университете появилась лаборатория биологии амилоидов, руководителем которой является выпускник кафедры Александр Рубель.

В 2021 году профессор СПбГУ (кафедра генетики и биотехнологий) Антон Нижников и ведущий научный сотрудник СПбГУ (кафедры цитологии и гистологи) Кирилл Антонец стали лауреатами премии президента Российской Федерации в области науки и инноваций для молодых ученых. Награды универсанты удостоились за открытие амилоидных белков у растений и симбиотических бактерий. В то же время под руководством профессора Алексея Галкина был описан ряд функциональных амилоидов у различных животных.