Рецепторные тирозинкиназы играют ключевую роль во многих процессах жизнедеятельности клетки, а патологии в их работе связаны с серьезными заболеваниями, такими как рак или нейродегенеративные заболевания. Понимание процессов, лежащих в основе функционирования этих рецепторов, позволит применить рациональные подходы для дизайна лекарственных препаратов. В рамках Проекта планируется изучить механизм активации одного из классических представителей рецепторных тирозинкиназ - рецептора семейства Trk. На сегодняшний день известны 3 представителя этого семейства - TrkA, TrkB и TrkC. Вместе с рецептором P75 они образуют семейство нейротрофиновых рецепторов. Их работа оказывает ключевое влияние на очень широкий спектр явлений в клетках и организме. Среди них дифференциация, апоптоз, нейропластичность, регенерация, боль, агрессия и депрессия. Чтобы разобраться в причинах такого разнообразия биологических ответов и понять, какие наборы параметров ведут к тому или иному исходу, необходимо в деталях понимать процесс передачи сигнала от одного участника каскада к другому. И первым белым пятном является процесс передачи сигнала внутрь клетки. Несмотря на многолетние исследования рецепторов нейротрофинов до сих пор не ясно как сигнал передается внутрь клетки, почему в итоге запускаются те или иные внутриклеточные каскады. Какие структурно-функциональные характеристики рецепторов при связывании лиганда определяют дальнейшее развитие событий. Ключевая проблема - это сложность изучения этих объектов. Рецепторы нейротрофинов относятся к мембранным белкам I типа и содержат внеклеточный домен, ответственный за связывание с лигандом, трансмембранную альфа-спираль, которая опосредует передачу сигнала внутрь клетки, и внутриклеточный домен, который способен взаимодействовать с адаптерными белками и запускать различные внутриклеточные каскады. Технические возможности существующих методов структурной биологии не позволяют исследовать такие объекты целиком. В результате изучаются лишь отдельные домены белков, а затем применяются попытки смоделировать процесс работы полноразмерного рецептора. Однако, отсутствие данных о примембранных регионах, которые соединяют отдельные домены, зачастую не дает возможности адекватно описать основы функционирования рецептора или приводит к построению ошибочной модели. Наглядным примером является нейротрофиновый рецептор P75. В 2008 году был предложен механизм работы рецептора, названный “snail-tong” (Vilar et. al, 2008). Предполагалось, что передача сигнала внутрь клетки происходит в результате последовательных конформационных перестроек при связывании с лигандом. Однако в более поздних работах, при проведении структурных исследований более цельной системы - связки трансмембранного и внутриклеточного домена, эта модель была подвергнута критике (Mineev et al., 2015; Goncharuk et al., 2020). Удалось показать, что подвижный неструктурированный примембранный участок не оказывает влияния на структуру глобулярного внутриклеточного “домена смерти” рецептора, что делает невозможным передачу сигнала путем конформационных перестроек. Помимо того, что это исследование позволило сформулировать новую модель функционирования рецептора P75, оно показало, что для понимания процессов передачи сигнала надо и уже технически возможно двигаться в сторону исследования более цельных систем, например, состоящих из двух доменов - внеклеточного и трансмембранного или трансмембранного и внутриклеточного. Такие системы позволяют на атомном уровне проследить взаимосвязи между доменами. В рамках данного Проекта планируется использовать этот подход для того, чтобы разобраться в механизме передачи сигнала рецептором Trk. Будет исследован фрагмент рецептора, состоящий из связки внеклеточного лиганд-связывающего и трансмембранного доменов. Добавление лиганда к данному фрагменту позволит на структурном уровне проследить за событиями, которые происходят при передаче сигнала от одного домена к другому и какую роль в этом процессе играет мембранное окружение. Кроме того, будет изучено влияние антидепрессантов на функционирование рецептора. Известно, что данные агенты связываются с трансмембранным доменом рецептора TrkB и регулируют его активность. Планируется на структурном уровне описать изменения, которые происходят при связывании рецептора с этими препаратами. Во-первых, это даст четкое понимание механизмов их действия, а во-вторых, заложит основу для дизайна новых, более эффективных и специфичных лекарств. Выполнение поставленных задач потребует развития новых методов структурной биологии и белковой инженерии. На протяжении всего Проекта будет вестись разработка новых подходов к рефолдингу мембранных белков, исследование новых типов мембраноподобных сред. Таким образом, реализация Проекта приведет к получению новых данных о механизмах функционирования нейротрофиновых рецепторов, а также к развитию новых технологий в области изучения структуры мембранных белков.