17-го січня 2025 р. в Інституті біохімії ім. О.В.Палладіна НАН України відбулося чергове засідання загальноакадемічного міждисциплінарного семінару у галузі природничих наук «Актуальні питання фізико-хімічної та математичної біології».
Із доповіддю «СоАлювання як нова складова системи антиоксидантного захисту клітини і новий механізм регулювання активності протеїнів» виступив академік НАН України, д.б.н., проф. ФІЛОНЕНКО Валерій Вікторович, завідувач відділу сигнальних систем клітини Інституту молекулярної біології і генетики НАН України.
У своєму вступному слові головуючий – академік НАН України професор С.О.Костерін відзначив, що Валерій Вікторович є відомим вченим у галузі молекулярної біології та біохімії, він досягнув суттєвих успіхів у вивченні особливостей функціонування PІ3К/S6К-залежного сигнального шляху в клітинах ссавців в нормі та в разі патологій (злоякісна трансформація клітин), ідентифікація та характеристика пухлино-асоційованих антигенів людини з використанням SEREX (SErological identification of antigens by Recombinant EXpression cloning) аналізу. Доповідач є Лауреатом Державної премії України в галузі науки і техніки (робота «Інноваційні нанобіотехнології для ранньої діагностики і хіміотерапії патологічних станів»).
Далі слово для міждисциплінарної наукової доповіді було надано професору В.В.Філоненку.
Він відзначив, що коензим А (СоА) є життєво необхідним для всіх клітин кофактором, який відіграє ключову роль у клітинному метаболізмі, біосинтезі основних клітинних компонентів, регулюванні експресії генів тощо. Нещодавно під керівництвом доповідача було встановлено, що СoA може також виконувати функцію антиоксиданта як в прокаріотичних, так і в евкаріотичних клітинах за умов окислювального стресу, впливаючи при цьому і на активність протеїнів. Ця нетрадиційна функція СoA опосередкована утворенням за його участі нової посттрансляційної модифікації цистеїнових залишків протеїнів, що отримала назву СоАлювання (CoAlation). В доповіді було висвітлено історію цього відкриття, поточні знання та майбутні напрямки дослідження.
На початку 2000 років в лабораторії В.В.Філоненка методом двогібридної системи дріжджів було виявлено та клоновано кДНК нового зв’язувального партнеру кінази рибосомного протеїну S6 (S6K1), яким виявився невідомий на той час протеїн. Надалі було з’ясовано, що він містить два функціональних домени, які мають фосфопантотеїн-аденілілтрансферазну і дефосфо-СoA-кіназну активності. Таким чином, було ідентифіковано біфункціональний ензим, що відповідає за останні два з п’яти етапів біосинтезу СoA в клітині – СоА-синтазу, та клоновано його ген.
Подальшими дослідженнями було виявлено низку регуляторних зв’язків СоА-синтази, зокрема із декількома сигнальними протеїнами, серед яких S6K1, фосфатидилінозитол-3-кіназа (PI3K), кінази родини Src, Shp2 тирозинфосфатаза, а також з протеїном EDC4, що входить до складу Р-тілець (Processing Bodies). Цими дослідженнями було з’ясовано, що на додаток до пантотенаткінази (PanK), яка була відома як головний регулятор біосинтезу СoA, СоА-синтаза також функціонує як ензим, що регулює швидкість біосинтезу СoA.
Надалі було встановлено, що утворення СоА-біосинтетичного комплексу активується за умов окислювального стресу, тоді як інсулін та фактори росту гальмують цей процес. Таким чином, було продемонстровано кластеризацію ензимів біосинтезу СoA навколо СоА-синтази, що, в свою чергу, асоціюється з зовнішною мембраною мітохондрій; це може сприяти ефективному каталізу біосинтезу СoA через каналізацію субстратів і проміжних продуктів за умов стресу.
У подальшому, з моменту відкриття СoA, дослідження в основному були зосереджені на його ролі у катаболічних і анаболічних процесах в клітині. Функцію ж СoA як низькомолекулярного тіолу в антиоксидантному захисті, на зразок глутатіону, не було досліджено. Наявність тіолової групи в хімічній структурі СoA та індукування біосинтезу СoA окисниками спонукали дослідити, чи бере СoA участь також у регулювання окисно-відновного стану клітини. Для цього було створено анти-СoA моноклональні антитіла і з їхньою допомогою встановлено, що СoA використовує свою тіолову групу для утворення дисульфідного зв’язку з залишками цистеїнів протеїнів в клітинах ссавців за умов окислювального стресу. Цей тип нової посттрансляційної модифікації протеїнів отримав назву СоАлювання. Надалі індукцію СоАлювання було виявлено і за умов метаболічного стресу.
Як виявилося, СоАлювання є широко розповсюдженою модифікацією, яка відбувається як в клітинах ссавців, так і інших організмів, зокрема в бактеріях, дріжджах, амебах та мухах, що зазнають окислювального або метаболічному стресу.
З використанням мас-спектрометричного аналізу в бактеріях і клітинах/тканинах ссавців вже ідентифіковано майже 2100 протеїнів, які зазнають СоАлювання за умов окислювального або метаболічного стресів. Біоінформатичним аналізом встановлено, що вони переважно беруть участь у метаболічних та біосинтнтичних процесах та у відповіді клітини на стресс.
Яке ж функціональне значення процесу СоАлювання? Було продемонстровано пригнічення ензиматичної активності низки метаболічних і сигнальних протеїнів, які за умов окислювального стресу зазнають СоАлювання за залишками цистеїнів, розташованих в каталітичній кишені, in vitro. Серед них аконітаза, креатинкіназа, піруватдегідрогеназа кіназа 2, гліцеральдегід-3-фосфатдегідрогеназа (GAPDH) і гідроксиметилглутарил-СоА-синтаза, Аврора-кіназа А, протеїн-супресор метастазування NME1, кіназа рибосомного протеїну S6 - S6K1). Для транскрипційного фактора AgrA показано, що його СоАлювання in vitro в ДНК-зв’язувальному домені має інгібувальний вплив на зв’язування з ДНК.
Доповідач відзначив, що тривалий оксидативний стрес може призводити до надмірного окиснення залишків цистеїнів до сульфокислот і, як наслідок, інактивації та подальшої деградації протеїнів. На прикладі GAPDH встановлено, що in vitro СоАлювання захищає ензим від інактивації пероксидом водню, тим самим вказуючи на антиоксидантні властивості СоА. Для Aurora A кінази було виявлено унікальний спосіб її зв’язування з СоА за присутності окиснювача, що пояснював інгібіторний вплив СоА на її активність. Встановлено, що цей процес відбувається через специфічну взаємодію фрагмента АDP із АТP-зв’язувальною кишенею активного центру кінази, що водночас стабілізується СоАлюванням Cys290 активаційної петлі кінази.
Відомо, що порушення редокс-балансу в клітині супроводжує низку важких патологій людини, зокрема нейродегенеративні захворювання. За нашими даними, підкреслив доповідач, імунореактивність анти-CoA антитіл значно підвищується в зразках мозку за хвороби Альцгеймера та Паркінсона. Для протеїну ж Tau, що входить до складу нейрофібрилярних клубків, показано, що in vitro СоАлювання впливає на його здатність до димеризації і, можливо, до агрегації вже в клітини.
Що ж стосується механізму СоАлювання/деСоАлювання, то за аналогією з S-глутатіонілюванням протеїнів, що досліджується протягом останніх трьох десятиліть, ми вважаємо, що мають існувати і ензими, відповідальні за регулювання циклу СоАлювання/деСоАлювання, а саме: СoA-трансфераза(и); СоА-редоксин(и); СоА-залежна(і) пероксидаза(и) і СoA дисульфідредуктаза(и). На сьогодні в клітинах бактерій нами вже ідентифіковано два ензими, що каталізують реакцію деСоАлювання, а саме тіоредоксин подібний протеїн YtpP та тіоредоксин А (TrxA).
Отже, вдалося ідентифікувати новий тип пострансляційної модифікації протеїнів – СоАлювання. Щонайменше його функція полягає в захисті протеїнів від окиснення за умов оксидативного стресу, так в регулюванні їхньої активності. Варто додати, що розуміння молекулярних механізмів циклу СоАлювання/деСоАлювання в прокаріотичних і евкаріотичних клітинах є дуже суттєвим для подальшої розбудови головних напрямів майбутніх досліджень з метою можливого терапевтичного застосування знань про СоАлювання. Так, наприклад, важливо з’ясувати, які протеїни можуть бути субстратами СоАлювання та які фактори визначають їхню селективність. Фармакологічне модулювання рівнів СоАлювання може стати новим підходом до лікування захворювань, пов’язаних з оксидативним стресом, таких як нейродегенеративні хвороби або рак.
Із запитаннями до доповідача та обговоренням доповіді виступили: акад. НАН України С.Костерін, д.б.н. Ю.Данилович, проф. О.Матишевська, проф. М.Великий, проф. Л.Дробот, проф. Д.Колибо, д.б.н. А.Тихомиров.
У своєму прикінцевому виступі головуючий академік С.О.Костерін подякував академіку В.В.Філоненку за змістовну надзвичайно цікаву міждисциплінарну доповідь (Молекулярна біологія + Біохімія + Біомедицина). Важливо, відзначив Сергій Олексійович, що сьогоднішнє семінарське засідання безперечно буде сприяти розвитку подальшої наукової співпраці колег у галузі вивчення нагальних проблем молекулярної біології, біохімії та фармакології. Головуючий побажав професору Філоненку та його співробітникам подальших творчих наукових успіхів.
ПОСИЛАННЯ НА ЗАПИС СЕМІНАРУ: https://youtu.be/t9qQeJegu8U
Ф О Т О Р Е П О Р Т А Ж З С Е М І Н А Р У
(фото – к.б.н. М.В.Григор'єва)
Головуючий академік С.Костерін відкриває семінарське засідання
На трибуні – доповідач академік В.Філоненко
Запитання до доповідача від д.б.н. Ю.Даниловича
Запитання до доповідача від проф. М.Великого
Запитання до доповідача від проф. Л.Дробот
Запитання до доповідача від проф. Д.Колиби
Дискусія «набирає обертів»
Професор О.Матишевська висловлює свої враження від доповіді
Спільне фото учасників семінару.
Зліва направо: проф. М.Великий, проф. Л.Дробот, акад. НАН України В.Філоненко, акад. НАН України С.Костерін, проф. О.Матишевська
Семінарське засідання завершилось. Традиційне фото доповідача та головуючого
*********
Шановні коллеги! З того часу, як був започаткований наш загальноакадемічний семінар (квітень м-ць 2023 р.), на його засіданнях з міждисциплінарними науковими доповідями вже виступили 18 доповідачів:
- заступник директора з наукової роботи Інституту проблем математичних машин і систем НАН України член-кореспондент НАН України Ігор Бровченко, доповідь «Математичне моделювання поширення вірусних інфекцій, досвід аналізу і прогнозування епідемії COVID-19 в Україні»;
- директор Навчально-наукового інституту високих технологій Київського національного університету імені Тараса Шевченка доктор хімічних наук професор Ігор Комаров, доповідь «Фотофармакологія та фотодинамічна терапія – вчора, сьогодні, завтра»;
- професор кафедри загальної та медичної генетики Навчально-наукового центру «Інститут біології і медицини» Київського національного університету імені Тараса Шевченка професор Андрій Сиволоб, доповідь «Від нуклеосоми до петельних фрагментів: як топологичні обмеження у хроматині зумовлюють його унікальні властивості»;
- завідувач відділу медичної хімії Інституту органічної хімії НАН України, професор кафедри супрамолекулярної хімії Інституту високих технологій Київського національного університету імені Тараса Шевченка, науковий консультант компанії ТОВ «НПВ «Єнамін»» член-кореспондент НАН України Дмитро Волочнюк, доповідь «Органічний синтез як інструмент для біомедичних досліджень»;
- завідувач лабораторії медико-біологічних досліджень відділу хімії макроциклічних сполук Інституту органічної хімії НАН України кандидат хімічних наук Роман Родік, доповідь «Біомедичний потенціал каліксаренів: літературні дані та результати власних досліджень»;
- професор кафедри загальної фізики та моделювання фізичних процесів фізико-математичного факультету Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» доктор фізико-математичних наук Оксана Горобець, доповідь «Біогенні магнітні наночастинки в організмі, їх роль в метаболізмі та перспективи управління цим процесом»;
- завідувач кафедри біофізики та медичної інформатики Навчально-наукового центру «Інститут біології та медицини» Київського національного університету імені Тараса Шевченка доктор біологічних наук професор Олександр Жолос, доповідь «Рецептор холоду і ментолу TRPM8: від біофізичних і фармакологічних властивостей до біологічних функцій і ризіків гіпотермії»;
- директор Інституту проблем штучного інтелекту МОН України і НАН України член-кореспондент НАН України професор Анатолій Шевченко, доповідь «Пріоритети і виклики реалізації стратегії розвитку штучного інтелекту в Україні»;
- головний науковий співробітник лабораторії біофізики макромолекул відділу теорії нелінійних процесів в конденсованих середовищах Інституту теоретичної фізики ім. М.М. Боголюбова НАН України доктор фізико-математи чних наук професор Сергій Волков, доповідь «Можлива роль молекул пероксиду водню в йонній терапії ракових клітин»;
- завідувач відділу білкової інженерії та біоінформатики Інституту молекулярної біології та генетики НАН України член-кореспондент НАН України професор Олександр Корнелюк, доповідь «Штучний інтелект і моделювання просторової структури білків»;
- завідувач кафедри фізичної хімії хімічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка член-кореспондент НАН України професор Ігор Фрицький, доповідь «Біоміметичне моделювання металоензимів: від дослідження механізмів до створення інноваційних каталізаторів»;
- директор та завідувач відділу ензимології білкового синтезу Інституту молекулярної біології і генетики НАН України академік НАН України професор Михайло Тукало, доповідь «Ключова роль аміноацил-тРНК синтетаз в біології і медицині»;
- заступник директора та головний науковий співробітник лабораторії біомолекулярної електроніки Інституту молекулярної біології і генетики НАН України академік НАН України професор Сергій Дзядевич, доповідь «Ензимні електрохімічні біосенсори та їхнє практичне застосування»;
- професор кафедри органічної хімії хімічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка професор Василь Пивоваренко, доповідь «Абіогенез. Деталі хімічного етапу еволюції біосфери»;
- завідувач відділу нервово-м'язової фізіології Інституту фізіології ім. О.О.Богомольця НАН України академік НАН України професор Ярослав Шуба, доповідь «Іонні канали як важливі детермінанти канцерогенезу і перспективні мішені для терапії раку»;
- завідувач відділу механізмів біоорганічних реакцій Інституту біоорганічної хімії та нафтохімії ім. В.П.Кухаря НАН України член-кореспондент НАН України професор Андрій Вовк, доповідь «Структурні і механістичні аспекти конструювання біоактивних сполук»;
- завідувачка відділу клітинної біології та біотехнології ДУ «Інститут харчової біотехнології та геноміки НАН України» член-кореспондент НАН України професор Алла Ємець, доповідь «Цитоскелет як внутрішньоклітинний регулятор і мішень для біологічно активних сполук»;
- завідувач відділу завідувач відділу сигнальних систем клітини Інституту молекулярної біології і генетики НАН України академік НАН України професор Валерій Філоненко, доповідь «СоАлювання як нова складова системи антиоксидантного захисту клітини і новий механізм регулювання активності протеїнів».
Відеозаписи всіх доповідей можна продивитися на сайтах НАН України та Інституту біохімії ім. О.В.Палладіна НАН України.
Наступне засідання загальноакадемічного міждисциплінарного наукового семінару «Актуальні питання фізико-хімічної та математичної біології» заплановано на лютий м-ць 2025р.
ДО ЧЕРГОВОЇ ЗУСТРІЧІ !
З повагою,
науковий керівник семінару
академік НАН України,
професор С.О.Костерін