Том 89, № 6 (2024)

В настоящее время благодаря полногеномным исследованиям охарактеризовано множество ассоциаций между генетическими полиморфизмами и различными заболеваниями. Большинство клинически значимых полиморфизмов локализованы в некодирующих областях генома. Современные биоинформатические ресурсы позволяют предсказывать молекулярные механизмы влияния некодирующих полиморфизмов на экспрессию генов, однако такие гипотезы нуждаются в экспериментальной проверке. В представленном обзоре рассмотрены основные методы определения молекулярных механизмов зависимости патогенеза заболеваний от тех или иных генетических вариантов некодирующих последовательностей. В частности, рассмотрены способы определения факторов транскрипции, эффективность связывания которых зависит от варианта полиморфизма. Биоинформатические ресурсы, позволяющие предсказывать механизм влияния полиморфизмов на патогенез заболеваний, достигли впечатляющего развития, однако необходимость в экспериментальных подходах к данному вопросу остается актуальной.

Тирозингидроксилаза (TH) гидроксилирует L-тирозин до L-3,4-диоксифенилаланина, что представляет собой первую и ключевую стадию синтеза дофамина, норадреналина и адреналина. Мутации в гене TH человека ассоциированы с наследственными нарушениями моторики. В гене Th мыши выявлена встречающаяся у распространённых лабораторных линий мышей мутация C886T, приводящая к замене R278H в молекуле фермента. В работе исследовали влияние данной мутации на активность TH в среднем мозге мыши. Было показано, что активность TH в мозге мышей подвида Mus musculus сastaneus (CAST), гомозиготных по аллели 886C, выше, чем у мышей инбредных линий C57BL/6 и DBA/2, гомозиготных по аллели 886T. При этом такая разница в активности фермента не связана с изменением в уровне мРНК гена Th и концентрации белка TH. В среднем мозге мышей из популяции расщепляющихся интеркроссов F2 между C57BL/6 и CAST выявлено сцепление аллели 886C с высокой активностью фермента и полное доминирование данной аллели над аллелью 886T. В то же время данная мутация не влияла на уровень белка TH в мозге. Это доказывает, что мутация C886T является основным генетическим фактором, определяющим активность TH в мозге мышей распространённых лабораторных линий. Мутация C886T является первой спонтанной распространённой мутацией в гене Th мыши, для которой показано влияние на активность фермента. Полученный результат создаёт базу для углубления представлений о роли TH в механизмах адаптивного и патологического поведения, о молекулярных механизмах регуляции активности данного фермента и поиска фармакологических средств коррекции его активности.

NMDA-рецептор астроцитов представляет собой гетеротетрамер, состоящий из 7 разных субъединиц. Экспрессия и свойства рецептора во многом определяются его субъединичным составом. Астроцитарные NMDA-рецепторы обладают своими функциональными особенностями – они слабо чувствительны к ионам магния и обладают низкой кальциевой проводимостью. Активация NMDA-рецепторов астроцитов играет важную роль в регуляции внутриклеточных процессов, таких как экспрессия генов и работа митохондрий. NMDA-рецепторы участвуют в кальциевой сигнализации астроцитов и могут активироваться как ионотропным, так и метаботропным путем. Астроцитарные NMDA-рецепторы участвуют в нейроглиальных взаимодействиях, влияя на синаптическую пластичность. Они также задействованы в астро-васкулярных взаимодействиях и играют роль в регуляции тонуса сосудов. NMDA-рецепторы астроцитов участвуют в патологических состояниях, таких как ишемия и гипераммониемия. Их блокирование предотвращает негативные изменения в астроцитах при этих патологиях.

В работе приведены результаты исследования in vitro и in silico процесса образования амилоидоподобных структур в жестких денатурирующих условиях неспецифическим порином OmpF Yersinia pseudotuberculosis (YpOmpF) – мембранным белком, имеющим конформацию β-бочонка. Показано, что для получения амилоидоподобных агрегатов порина необходима предварительная дестабилизация его структуры в буферном растворе с кислым значением pH при повышенной температуре c последующей длительной инкубацией при комнатной температуре. После нагревания при 95 °C в растворе с pH 4,5 в молекуле порина на уровне третичной и вторичной структуры белка наблюдаются существенные конформационные перестройки, которые сопровождаются увеличением содержания суммарной β-структуры и резким уменьшением величины характеристической вязкости раствора белка. Последующее длительное выдерживание полученного нестабильного интермедиата YpOmpF при комнатной температуре приводит к формированию разнообразных по форме и размерам агрегатов порина, связывающих тиофлавин Т (специфический флуоресцентный краситель для обнаружения амилоидоподобных белковых структур). Показано, что, по сравнению с исходным белком, ранние промежуточные продукты амилоидогенного пути порина, олигомеры, обладают повышенной токсичностью по отношению к клеткам нейробластомы мыши Neuro-2aCCL-131™. Результаты компьютерного моделирования и анализа изменения собственной флуоресценции при агрегации белка позволяют предположить, что при образовании амилоидоподобных агрегатов изменения в структуре YpOmpF затрагивают не только участки с внутренне неупорядоченной структурой, соответствующие наружным петлям порина, но и основной каркас молекулы, имеющий жесткую пространственную структуру, присущую β-бочонку.

В Институте цитологии и генетики СО РАН на протяжении более 85 поколений ведётся селекция серых крыс-пасюков на агрессивное поведение по отношению к человеку (агрессивные) или его отсутствие (ручные). Агрессивные крысы являются интересной моделью для исследования агрессии, вызванной страхом. Показано, что бензопентатиепин ТС-2153 снижает агрессию у агрессивных крыс и влияет на серотониновую систему, играющую существенную роль в регуляции агрессивного поведения. Целью данной работы было исследование влияния ТС-2153 на активность и экспрессию ключевых ферментов серотониновой системы – триптофангидроксилазы 2 (ТПГ2) и моноаминоксидазы А (МАОА) – в мозге агрессивных и ручных крыс. Агрессивным и ручным самцам серых крыс однократно внутрибрюшинно вводили TC-2153 в дозировках 10 или 20 мг/кг или растворитель и исследовали уровни белков ТПГ2 и МАОА, их ферментативную активность, а также экспрессию генов, их кодирующих. У агрессивных крыс по сравнению с ручными наблюдался повышенный уровень экспрессии гена Tph2 в среднем мозге, а также повышение уровня белка ТПГ2 в гиппокампе и уровней белков ТПГ2 и МАОА в гипоталамусе. Ферментативная активность моноаминоксидазы (МАО) была выше в среднем мозге и гиппокампе крыс агрессивной линии, в то время как активность ТПГ2 между двумя генотипами не различалась. Однократное введение ТС-2153 снизило активность ТПГ2 в гипоталамусе и МАО в среднем мозге крыс обеих линий. ТС-2153 повлиял на уровень белка МАОА в гипоталамусе, повысив его у агрессивных и снизив у ручных крыс. Таким образом, в данной работе показаны существенные различия в экспрессии и активности ключевых ферментов серотониновой системы в мозге серых крыс, селекционируемых по реакции на человека, а влияние бензопентатиепина ТС-2153 на эти ферменты может указывать на механизмы антиагрессивного действия этого вещества.

Первичные реакции переноса энергии возбуждения и разделения зарядов в фотосистеме 1 (ФС1) из пустынной зеленой водоросли Chlorella ohadii, выращенной при низкой освещенности, были исследованы методом широкополосной фемтосекундной спектроскопии «возбуждение-зондирование» в диапазоне от 400 до 850 нм во временном диапазоне 100 фс–500 пс. Фотохимические реакции инициировались с синего и красного края полосы поглощения Qy хлорофилла и сравнивались с аналогичными процессами в ФС1 из цианобактерии Synechocystis sp. PCC 6803. При возбуждении ФС1 из C. ohadii на длине волны 660 нм во временном интервале до 25 пс наблюдались процессы перераспределения энергии в светособирающих субъединицах комплекса, в то время как формирование стабильной ион-радикальной пары P₇₀₀+A₁− в этих условиях было кинетически неоднородным с характерными временами 25 и 120 пс. При альтернативном варианте возбуждения в красный край полосы Qy на длине волны 715 нм в половине комплексов наблюдались первичные реакции разделения зарядов во временном диапазоне 7 пс, а в остальной части комплексов образование ион-радикальной пары P₇₀₀+A₁− лимитировалось переносом энергии и происходило с характерным временем 70 пс. Аналогичные фотохимические реакции в ФС1 из Synechocystis 6803 были существенно быстрее: при возбуждении на длине волны 680 нм примерно в 30% комплексов образование первичных ион-радикальных пар происходило со временем 3 пс. При возбуждении на 720 нм в половине комплексов наблюдалось кинетически неразрешимое сверхбыстрое первичное разделение зарядов, а последующее образование ион-радикальной пары P₇₀₀+A₁− наблюдалось со временем 25 пс. Фотодинамика ФС1 из C. ohadii имела заметное сходство с процессами переноса энергии возбуждения и разделения зарядов в ФС1 из микроводоросли Chlamydomonas reinhardtii, однако в динамике переноса энергии в ФС1 из C. ohadii наблюдались существенно более медленные компоненты.