ИСТИНА

Целью проекта является выяснение фундаментальных закономерностей патологической трансформации амилоидогенных "естественно-развернутых" белков и разработка на основе полученных сведений новых способов профилактики и лечения нейродегенеративных заболеваний амилоидной природы.

The project is aimed to find modulators that change structure and the functionality of amyloidogenic “naturally-unfolded” (“Intrinsically Disordered”) proteins with a goal to prevent pathological transformation of such proteins as well as to use them for the delivery of various compounds mostly pharmacophores to targeted cells. This project is considered relevant because searching for simple ways of orienting/directing the properties of amyloidogenic “naturally-unfolded” proteins is needed to prevent their amyloid transformations and, therefore to stop progress/onset of neurodegenerative diseases. Moreover, realization of this project will allow us to create novel ways for delivery of various compounds imbedded in amyloidogenic “naturally-unfolded” proteins that were never used for delivery purposes before. Originality of the project consists of the applying of never used before methods of modifications of the amyloidogenic proteins and in elaboration of original methods of preventing all toxic activities of amyloidogenic proteins as delivery vehicles of therapeutic compounds to targeted cells. Together with Iranian participants of the project that do have a broad experience in studies of the structures of proteins using the most advanced biophysical methods, the impact of posttranslational modifications, primarily the oxidation of cysteine and methionine residues on the structure of “naturally-unfolded” proteins and their ability to prevent amyloid transformations. Consequently, prion proteins (PrP) and alpha- synuclein and various milk proteins from the “naturally-unfolded” group of proteins will be used as initial objects of the study by Russian participants and their Iranian colleagues. The main goal of this part of the project is to elaborate new ways of preventing pathological transformations of amyloid proteins thanks to their oxidative modifications and the binding of specific small molecules. “Naturally-unfolded” and amyloidogenic proteins are promising tools for the delivery of various compounds to cells, primarily thanks to their ability to form tight complexes with other proteins, nucleic acids and other “biomolecules”. However, their use is still limited by their possible toxicity to cells (for example, during cell delivery of nucleic acids). We are aiming to elaborate new ways of preventing toxic impact of amyloidogenic proteins by their posttranslational modification and by fusing them with proteins stimulating degradation by proteasome systems into cells. During the first steps of project realization the possibility of using prion protein, positively charged at neutral pH, will be studied for the transfection of cells with plasmids. Simultaneously for the protection against toxic impact of prion protein its oxidation will be carried out. Additionally, fragments of prion protein, fused with SUMO protein, will be used for stimulation of the degradation within proteasome of potentially toxic PrP protein. Obtained results should create possibilities for the elaboration of new methods of prevention of neurodegenerative diseases of amyloid nature and for the creation of new systems for delivery of various compounds to targeted cells.

В результате проведения предлагаемых в проекте исследований могут быть получены следующие основные результаты: 1. Будет продемонстрировано влияние некоторых пост-трансляционных модификаций альфа-синуклеина и прионного белка, а именно окисления цистеиновых и метиониновых остатков, а также гликирования остатков аргинина и лизина, на патологическую трансформацию этих амилоидогенных белков. На основании полученных результатов будут выяснены новые механизмы возникновения и развития ряда нейродегенеративных амилоидозов и, возможно, предложены способы их профилактики и лечения. 2. Будут найдены новые соединения, прежде всего растительные полифенолы и производные коричной кислоты, предотвращающие или замедляющие амилоидную трансформацию альфа-синуклеина и прионного белка, а также препятствующие нейротоксическому действию уже сформировавшихся амилоидных форм этих белков. Отобранные в этих экспериментах соединения могут быть использованы для создания профилактических и лекарственных средств против нейродегенеративных амилоидозов. 3. Будут разработаны новые системы доставки фармакологических средств на основе различных «естественно-развернутых» белков, в том числе и амилоидогенных. При этом цитотоксичность амилоидогенных белков, используемых в этих системах, будет уменьшена с помощью их предварительной модификации или присоединения дополнительных белков, способствующих эффективной деградации протеосомными системами клеток. 4. Проведение скоординированных исследований иранскими и российскими участниками объединенного проекта будет способствовать развитию данного направления, благодаря обмену опытом между учеными, работающими в близких, но далеко не полностью перекрывающихся областях науки, и вовлечению в работу молодых исследователей, составляющих большую часть коллективов. 5. Результаты работы будут опубликованы в престижных научных изданиях, как минимум, в виде двух журнальных статей, а также в тезисах докладов международных конференций. В случае успешного развития прикладного аспекта проекта будет подана заявка на патент.

У российских участников проекта имеется уникальный опыт работы с индивидуальными белками, включая амилоидогенные (прионы (1-6), бета-амилоидный пептид (7) и альфа-синуклеин (8-11). Особое внимание в этих работах было уделено влиянию мутаций и пост-трансляционных модификаций, а также шаперонов и низкомолекулярных соединений на патологическую трансформацию амилоидогенных белков, относящихся к группе естественно-развернутых белков, которые являются основным объектом данного исследования. Получены сведения об особенностях энергетического обмена в развитии нейродегенеративных заболеваний амилоидной природы и о роли взаимодействий альфа-синуклеина и бета-амилоидного пептида с глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназой в патологических изменениях метаболизма (7, 9, 10). Кроме того, были изучены молекулярные механизмы влияния различных низкомолекулярных соединений, в том числе растительных полифенолов, на патологическую трансформацию амилоидогенных белков (5,11,12). У участников проекта есть также опыт изучения влияния синтетических полимеров (дендримеров и полиэлектролитов) для решения биомедицинских и биотехнологических задач (3,4,13, 14). Кроме того, у российских участников есть достаточный опыт в области молекулярного моделирования, используемый ими практически во всех последних работах (15, 16 и другие). У российских участников есть успешный опыт работы с различными культурами эукариотических клеток (17-19). Полученные результаты обобщены в нескольких недавно опубликованных обзорах (20-23).