Evolutionary conservatism of amyloidogenic properties of nucleoporins with FG repeats

Abstract

АННОТАЦИЯ Выпускной квалификационной работы обучающегося по основной образовательной программе бакалавриата Сухановой Ксении Владимировны Основная образовательная программа «Биология» Направление подготовки: «Биология» Научный руководитель — н.с., к.б.н. Бондарев Станислав Александрович Эволюционный консерватизм амилоидных свойств нуклеопоринов с FG повторами На сегодняшний день все более становится актуальным исследование патологических и функциональных амилоидов. При этом их список значительно увеличился за последнее десятилетие. Функциональные амилоиды показаны как для прокариотических организмов (︀кюрлины Escherichia coli (︀CsgA-CsgB)︀; чаплины Streptomyces coelicolor (︀ChpA-H)︀ и др.)︀, так и для эукариот (︀Pmel17, RIP1 и RIP3, семеноглеин Homo sapiense и др.)︀. Любопытно и то, что среди функциональных амилоидов есть и консервативные у разных организмов. К последним относятся, например, два ортолога, участвующих в механизме консолидации памяти: CPEB моллюска Aplysia californica и Orb2 Drosophila melanogaster. Последнее свидетельствует о консервативности амилоидных свойств среди далеких друг от друга таксономических групп. Примечательно, что амилоидные свойства были показаны для таких важных белков, как нуклеопоринов, являющихся структурным компонентом ядерных поровых комплексов. Продемонстрировано, что дрожжевые белки Nsp1 и Nup100 способны образовывать амилоидоподобные структуры и агрегаты, включающие особые домены данных белков - FG-обогащенные участки. Кроме этого, как было замечено ранее, амилоидные свойства могут быть эволюционно консервативными для одних и тех же белков у разных организмов. Поэтому мы заинтересовались, соблюдается ли аналогичное свойство для всех нуклеопоринов среди разных таксономических групп или нет. По результатам проведенного биоинформатического анализа, мы установили, что почти все анализируемые нуклеопорины являются потенциальными амилоидами. Однако, далеко не все имеют участки с консервативными амилоидными свойствами. Для Nup159 участки с консервативными амилоидными свойствами найдены только среди группы Ascomycota, а для Nsp1 – среди группы Chordata. У Nup49, Nup57, Nup58 такие участки были найдены для всего набора ортологов. И, так как Nsp1, Nup49, Nup57, Nup58 входят в состав FG-гидрогеля, то можно предположить, что нуклеопорины FG-гидрогеля обладают консервативными участками с амилоидными свойствами. И эти участки перекрываются с FG-повторами, которые играют ключевую роль в ядерно-цитоплазматическом транспорте.

ANNOTATION of bachelor’s graduate work Sukhanova Kseniia Vladimirovna The educational program «Biology» Scientific adviser PhD Bondarev Stanislav Alexandrovich Evolutionary conservatism of amyloidogenic properties of nucleoporins with FG repeats

Nowadays investigations of pathological and functional amyloids became more and more actual. And the list of them has increased extremely during the last decade. Functional amyloids have been found as for prokaryotes (e.g. curlins of Escherichia coli (CsgA-CsgB); chaplins of Streptomyces coelicolor (ChpA-H), etc.), as for eukaryotes (Pmel17, RIP1, and RIP3, semenoglein of Homo sapiens, etc.). Moreover, there are conservative functional amyloids among different organisms. For example, two orthologous functional amyloids are implicated in the memory’s consolidation: CPEB of Aplysia californica and Orb2 of Drosophila melanogaster. These proteins take part in the translation of the short-term memory into the long-term one. The latter demonstrates the conservativity of amyloid features among distant taxonomic groups. Amyloid properties were shown for several structural components of nuclear pore complexes, nucleoporins,. It has been demonstrated that yeast nucleoporins Nsp1 and Nup100 can form amyloid-like aggregates, including their FG-rich regions. Moreover, as it was previously noted, that amyloid features can be evolutionally conservative for same proteins of different organisms. In the work we checked if the same properties are observed for all nucleoporins among various taxonomic groups or not. According to the bioinformatical analysis, we established that almost all analyzed nucleoporins are potential amyloids. However, not all of them include conservative regions with amyloid properties. In the case of Nup159 conservative amyloid regions have been found only among Ascomycota phylum, and for Nsp1 – Chordata phylum. Nup49, Nup57 and Nup58 include such fragments in the majority of analyzed groups. So, as Nsp1, Nup49, Nup57 and Nup58 form FG-hydrogel, it could be proposed that FG-hydrogel’s nucleoporins have conservative amyloid regions. And these domains correspond to FG-repeats, which play a key role in the nuclear-cytoplasmic transport.