ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТИТИНА И МИОЗИН-СВЯЗЫВАЮЩЕГО БЕЛКА С in vitro

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

С помощью атомно-силовой микроскопии, ИК-Фурье-спектроскопии, флуориметрического анализа с использованием красителя тиофлавина Т и рентгеновской дифракции изучены морфологические и структурные особенности коагрегатов двух мышечных белков саркомерного цитокскелета – титина и миозин-связывающего белка С (С-белка). Обнаружено, что в растворе, содержащем 30 мМ КСl, наблюдались структуры, напоминающие пленку с множественными разрывами, в то время как в растворе, содержащем 150 мМ КСl, исследуемые белки формировали сферические агрегаты. Полученные данные расширяют представления об особенностях агрегации саркомерных мышечных белков и важны для лучшего понимания их взаимодействия в саркомерах in vivo.

Об авторах

Т. А Урюпина

Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН

Пущино, Россия

М. А Тимченко

Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН

Пущино, Россия

Л. Г Бобылёва

Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН

Пущино, Россия

Н. В Пеньков

Институт биофизики клетки Российской академии наук – обособленное подразделение ФИЦ «Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук»

Пущино, Россия

А. Г Габдулхаков

Институт белка РАН

Пущино, Россия

П. В Некрасов

Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН

Пущино, Россия

С. Н Удальцов

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения – обособленное подразделение ФИЦ «Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук»

Пущино, Россия

И. М Виклянцев

Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН; Пущинский филиал Российского биотехнологического университета (РОСБИОТЕХ)

Пущино, Россия; Пущино, Россия

А. Г Бобылёв

Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН; Научно-технологический университет «Сириус»

Email: bobylev1982@gmail.com
Пущино, Россия; федеральная территория «Сириус», Россия

Список литературы

  1. Schreiber G., Haran G., and Zhou H. X. Fundamental aspects of protein-protein association kinetics. Chem. Rev., 109 (3), 839–860 (2009). doi: 10.1021/cr800373w
  2. Thabault L., Liberelle M., and Frédérick R. Targeting protein self-association in drug design. Drug Discov. Today, 26 (5), 1148–1163 (2021). doi: 10.1016/j.drudis.2021.01.028
  3. Luo X., Wang J., Ju Q., Li T., and Bi X. Molecular mechanisms and potential interventions during aging-associated sarcopenia. Mech. Ageing Dev., 223, 112020 (2025). doi: 10.1016/j.mad.2024.112020
  4. Fielding R. A. Sarcopenia: An emerging syndrome of advancing age. Calcif. Tissue Int., 114 (1), 1–2 (2024). doi: 10.1007/s00223-023-01175-z
  5. Granzier H. L. and Labeit S. Titin and its associated proteins: the third myofilament system of the sarcomere. Adv. Prot. Chem., 71, 89–119 (2005). doi: 10.1016/S0065-3233(04)71003-7
  6. LeWinter M. M. and Granzier H. L. Titin is a major human disease gene. Circulation, 127 (8), 938–944 (2013). doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.112.139717
  7. Chung C. S., Hutchinson K. R., Methawasin M., Saripalli C., Smith J. E. 3rd, Hidalgo C. G., Luo X., Labelt S., Guo C., and Granzier H. L. Shortening of the elastic tandem immunoglobulin segment of titin leads to diastolic dysfunction. Circulation, 128 (1), 19–28 (2013). doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.112.001268
  8. Tonino P., Kiss B., Gohlke J., Smith J. E. 3rd, and Granzier H. Fine mapping titin’s C-zone: Matching cardiac myosin-binding protein C stripes with titin’s super-repeats. J. Mol. Cell Cardiol., 133, 47–56 (2019). doi: 10.1016/j.ijmcc.2019.05.026
  9. Herman D. S., Lam L., Taylor M. R., Wang L., Teekakirikul P., Christodoulou D., Conner L., DePalma S. R., McDonough B., Sparks E., Teodoroscu D. L., Cirino A. L., Banner N. R., Pennell D. J., Graw S., Merlo M., Di Lenarda A., Sinagra G., Bos J. M., Ackerman M. J., Mitchell R. N., Murty C. E., Lakdawala N. K., Ho C. Y., Barton P. J., Cook S. A., Mestroni L., Seidman J. G., and Seidman C. E. Truncations of titin causing dilated cardiomyopathy. N. Engl. J. Med., 366 (7), 619–628 (2012). doi: 10.1056/NEJM0a1110186
  10. Begay R. L., Graw S., Sinagra G., Merlo M., Slavov D., Gowan K., Jones K. L., Barbati G., Spezzacatene A., Brun F., Di Lenarda A., Smith J. E., Granzier H. L., Mestroni L., and Taylor M. Familial cardiomyopathy registry. Role of titin missense variants in dilated cardiomyopathy. J. Am. Heart Assoc., 4 (11), e002645 (2015). doi: 10.1161/JAHA.115.002645
  11. Roberts A. M., Ware J. S., Herman D. S., Schafer S., Baksi J., Bick A. G., Buchan R. J., Walsh R., John S., Wilkinson S., Mazzarotto F., Felkin L. E., Gong S., MacArthur J. A., Cunningham T., Flaminski, Gabriel S. B., Altshuler D. M., Macdonald P. S., Heimig M., Keogh A. M., Hayward C. S., Banner N. R., Pennell D. J., O’Regan D. P., San T. R., de Marvao A., Dawes T. J., Gulati A., Birks E. J., Yacoub M. H., Radke M., Gotthardt M., Wilson J. G., O’Donnell C. J., Prasad S. K., Barton P. J., Fatkin D., Hubner N., Seidman J. G., Seidman C. E., and Cook S. A. Integrated allelic, transcriptional, and phenomic dissection of the cardiac effects of titin truncations in health and disease. Sci. Transl. Med., 7 (270), 270426 (2015). doi: 10.1126/scitranslmed.3010134
  12. Bobylev A. G., Galzitskaya O. V., Fadeev R. S., Bobyleva L. G., Yurshenas D. A., Molochkov N. V., Dovldchenko N. V., Selivanova O. M., Penkov N. V., Podlubnaya Z. A., and Vikhiyantsev I. M. Smooth muscle titin forms in vitro amyloid aggregates. Biosci. Rep., 36 (3), e00334 (2016). doi: 10.1042/B5R20160066
  13. Yakupova E. I., Vikhiyantsev I. M., Bobyleva L. G., Penkov N. V., Timchenko A. A., Timchenko M. A., Enin G. A., Khurzan S. S., Selivanova O. M., and Bobylev A. G. Different amyloid aggregation of smooth muscles titin in vitro. J. Biomol. Struct. Dyn., 36 (9), 2237–2248 (2018). doi: 10.1080/07391102.2017.1348988
  14. Bobyleva L. G., Shumeyko S. A., Yakupova E. I., Surin A. K., Galzitskaya O. V., Kihara H., Timchenko A. A., Timchenko M. A., Penkov N. V., Nikulin A. D., Suvorina M. Y., Molochkov N. V., Lobanov M. Y., Fadeev R. S., Vikhiyantsev I. M., and Bobylev A. G. Myosin binding protein-C forms amyloid-like aggregates in vitro. Int. J. Mol. Sci., 22, 731 (2021). doi: 10.3390/ijms22020731
  15. Bobylev A. G., Yakupova E. I., Bobyleva L. G., Molochkov N. V., Timchenko A. A., Timchenko M. A., Kihara H., Nikulin A. D., Gabdulkhakov A. G., Mehrik T. N., Penkov N. V., Lobanov M. Y., Kazakov A. S., Kellermayer M., Martonfahl Z., Galzitskaya O. V., and Vikhiyantsev I. M. Nonspecific amyloid aggregation of chicken smooth-muscle titin: In vitro investigations. Int. J. Mol. Sci., 24 (2), 1056 (2023). doi: 10.3390/ijms24021056
  16. Bobyleva L. G., Uryupina T. A., Penkov N. V., Timchenko M. A., Ulanova A. D., Gabdulkhakov A. G., Vikhiyantsev I. M., and Bobylev A. G. The structural features of skeletal muscle titin aggregates. Mol. Biol., 58 (2), 319–332 (2024). doi: 10.1134/s0026893324020043
  17. Salcan S., Bongardi S., Monteiro Barbosa D., Efimov I. R., Rassaf T., Kruger M., and Kotter S. Elastic titin properties and protein quality control in the aging heart. Biochim. Biophys. Acta Mol. Cell. Res., 1867 (3), 118532 (2020). doi: 10.1016/j.bbamer.2019.118532
  18. Hughes D. C., Wallace M. A., and Baar K. Effects of aging, exercise, and disease on force transfer in skeletal muscle. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab., 309 (1), E1–E10 (2015). doi: 10.1152/ajpendo.00095.2015
  19. Hessel A. L., Lindstedt S. L., and Nishikawa K. C. Physiological mechanisms of eccentric contraction and its applications: A role for the giant titin protein. Front. Physiol., 8, 70 (2017). doi: 10.3389/fphys.2017.00070
  20. Soteriou A., Gamage M., and Trinick J. A survey of interactions made by the giant protein titin. J. Cell. Sci., 104 (Pt 1), 119–123 (1993). doi: 10.1242/jcs.104.1.119
  21. Offer G., Moos C., and Starr R. A new protein of the thick filaments of vertebrate skeletal myofibrils. Extractions, purification and characterization. J. Mol. Biol., 74 (4), 653–676 (1973). doi: 10.1016/0022-2836(73)90055-7
  22. Trinick J., Knight P., and Whiting A. Purification and properties of native titin. J. Mol. Biol., 180 (2), 331–356 (1984). doi: 10.1016/s0022-2836(84)80007-8
  23. Starr R. and Offer G. Preparation of C-protein, H-protein, X-protein, and phosphofructokinase. Methods Enzymol., 85 (Pt 1), 130–138 (1982). doi: 10.1016/0076-6879(82)85016-7
  24. Venyaminov S. and Prendergast F. G. Water (HO and DO) molar absorptivity in the 1000–4000 cm range and quantitative infrared spectroscopy of aqueous solutions. Anal. Biochem., 248 (2), 234–245 (1997). doi: 10.1006/abio.1997.2136
  25. Yang H, Yang S, Kong J, Dong A, and Yu S. Obtaining information about protein secondary structures in aqueous solution using Fourier transform IR spectroscopy. Nat. Protoc., 10 (3), 382–396 (2015). doi: 10.1038/nprot.2015.024
  26. Makin O. S. and Serpell L. C. Structures for amyloid fibrils. FEBS J, 272 (23), 5950–5961 (2005). doi: 10.1111/j.1742-4658.2005.05025.x
  27. Jahn T. R, Makin O. S, Morris K. L., Marshall K. E., Tian P, Sikorski P, and Serpell L. C. The common architecture of cross-beta amyloid. J. Mol. Biol., 395 (4), 717–727 (2010). doi: 10.1016/j.jmb.2009.09.039
  28. Zandomeneghi G, Krebs M. R, McCammon M. G., and Fandrich M. FTIR reveals structural differences between native beta-sheet proteins and amyloid fibrils. Prot. Sci., 13 (12), 3314–3321 (2004). doi: 10.1110/ps.041024904
  29. Yakupova E. I., Bobyleva L. G., Shumeyko S. A., Vikhlyantsev I. M., and Bobylev A. G. Amyloids: The history of toxicity and functionality. Biology (Basel), 10 (5), 394 (2021). doi: 10.3390/biology10050394

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025