Интегральные мембранные белки (МБ) – важнейшие «молекулярные машины» клетки, обеспечивающие передачу сигналов, молекулярный и ионный транспорт, ферментативную активность, слияние мембран и т.д. В этих процессах особую роль играют трансмембранные домены (ТМД) МБ. Помимо т.н. «якорной» функции, ТМД непосредственно участвуют и в тонко регулируемых структурно-динамических преобразованиях МБ. В большинстве случаев ТМД представлены одной или несколькими альфа-спиралями. Битопные МБ (с одной ТМ спиралью), такие как рецепторные тирозинкиназы (РТК), белки слияния оболочечных вирусов и др. представляют повышенный интерес для биомедицинских приложений. С одной стороны, дисфункция РТК приводит к серьезным патологиям, в том числе раку, атеросклерозу и диабету, а, с другой стороны, «слаженная» работа вирусных МБ способствует быстрому инфицированию клеток организма – как в случае S-белка SARS-Cov2. Несмотря на активное исследование упомянутых МБ, целый ряд ключевых молекулярных аспектов их работы в норме и патологии остается невыясненным. В частности, нет детального понимания процессов олигомеризации ТМД и их динамики, сопровождающих активацию рецепторов, вирус-опосредованное слияние клеток и т.д. Важнейшую роль в этих явлениях играют аллостерические эффекты и липидное окружение, модулирующие работу как самого белка, так и «сигнального оркестра» - группы структурно и функционально связанных МБ. Настоящий проект продолжает исследования, проводившиеся авторами в 2018-2022 гг. (грант РНФ 18-14-00375), и нацелен на всестороннее изучение олигомеризации МБ в липидном окружении с помощью комплекса экспериментальных методов (ЯМР и оптическая спектроскопия, белковая инженерия), молекулярного моделирования и биоинформатики. В итоге будет создана молекулярно-биофизическая платформа (МБП) для исследования МБ. Работа будет проводиться по следующим направлениям: 1) Структурно-динамические аспекты ТМ спиральных димеров – базовых «модулей» олигомеризации, оценка эффектов мутаций в ТМД РТК, развитие базы данных димерных структур всех ТМД битопных белков человека. 2) Влияние внешних факторов на олигомеризацию ТМД: роль мембраны, примембранных участков, эффекты синергии при переходе от димеров к олигомерам более высокого порядка и полноразмерным моделям. Объекты: РТК из различных семейств (PDGFRА, EGFR, IR, DDR1 и др.), нейраминидаза-1 человека (NEU1) - для них ранее удалось получить наиболее значимые результаты и имеются новые данные, нуждающиеся в рациональном объяснении на базе МБП. 3) Структурно-динамическая организация тримеров альфа-спиральных ТМД (на примере белков слияния оболочечных вирусов). Это – новая научная задача, т.к. не существует надежных методов построения моделей таких ТМД. Важно, что проект не является «механическим продолжением» предыдущего - предусмотрен ряд качественно новых подходов, относящихся к активному использованию разработанной МБП совместно с работами по биологическому тестированию in vitro как самих рецепторов, так и их мутантных форм - эти исследования будут проводиться в рамках международного сотрудничества. Выполнение всего комплекса поставленных задач позволит значительно усовершенствовать создаваемую авторами на протяжении ряда лет МБП и впервые получить новые экспериментальные и расчетные данные о молекулярных механизмах олигомеризации ТМД битопных мембранных белков, перейти к биоинформационному анализу и каталогизации олигомерных состояний их ТМД, направленному воздействию на них с помощью «пептидов-перехватчиков», а также заложить основы дальнейшего масштабирования созданной платформы. По результатам 2022 г. завершающийся проект авторов по данной теме (18-14-00375) был выбран Российским научным фондом в числе 12 проектов по всем отраслям знаний для представления результатов на выставке «Фундамент будущего» в Открытой коллекции Политехнического музея (https://scienceforfuture.rscf.ru).