Атомно-силовая микроскопия сигма(70)-субъединицы РНК-полимеразы E.coli тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.01.02, кандидат наук Кузьмина, Наталья Викторовна

• Кузьмина, Наталья Викторовна
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Кузьмина, Наталья Викторовна

Оглавление

Список использованных сокращений

Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1. РНК-полимераза. G-субъединица

1.2. Агрегация белков. Амилоид

1.3. Методы исследования амилоидных структур с высоким пространственным разрешением

1.4. Применение АСМ для исследования полиморфизма амилоидов

Глава 2. Исследование палочкообразной агрегации а70-субъединицы РНК-полимеразы E. coli

2.1. Материалы и методы

2.2. Спонтанная агрегация а70-субъединицы РНК-полимеразы E. coli

2.3. Специфическое окрашивание Конго красным. Электрофорез

2.4. Влияние N-концевого домена на способность к агрегации а70-субъединицы РНК-полимеразы

2.5. Влияние солевого окружения на способность к агрегации а70-субъединицы РНК-полимеразы и ее мутантов

2.6. Просвечивающая электронная микроскопия

2.7. Деполяризованное динамическое рассеяние света (ДДРС)

Глава 3. Исследование червеобразной агрегации а70-субъединицы РНК-полимеразы E. coli

3.1. Атомно-силовая микроскопия и механические свойства интремедиатов. Персистентная длина. Модуль Юнга

3.2. Моделирование а70-субъединицы методом молекулярной динамики

Глава 4. Иерархическая модель агрегации амилоидных белков

2

4.1. Модель "кофейных чашек"

Заключение и выводы

Благодарности

Список литературы

Список использованных сокращений

АСМ - атомно-силовая микроскопия или атомно-силовой микроскоп

ВОПГ - высокоориентированный пиролитический графит

РНК - рибонуклеиновая кислота

ДНК - дезоксирибонуклеиновая кислота

ДДРС - деполяризованное динамическое рассеяние света

ДСН - додецилсульфат натрия

МД - молекулярная динамика

ПААГ - полиакриламидный гель

ПЭМ - просвечивающая электронная микроскопия или просвечивающий

электронный микроскоп

ФВК - фосфорновольфрамовая кислота

ЯМР - ядерный магнитный резонанс

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Атомно-силовая микроскопия сигма(70)-субъединицы РНК-полимеразы E.coli»

Введение

Процесс транскрипции в клетках живых организмов представляет собой синтез РНК с использованием ДНК в качестве матрицы. Перенос генетической информации с ДНК на РНК катализируется ферментом ДНК-зависимой РНК-полимеразой. В процессе транскрипции выделяют стадии инициации, элонгации и терминации. Инициация транскрипции представляет собой сложный процесс, зависящий от наличия или отсутствия различных белков (так, у Escherichia coli идентифицировано более 100 белков, тем или иным способом влияющих на РНК-полимеразу).

У эукариот и прокариот РНК-полимеразы различаются по своей структуре. В прокариотических клетках этот фермент состоит из нескольких субъединиц: альфа-, бета- и сигма-субъединиц. Сигма-субъединица отвечает за инициацию транскрипции, поэтому играет важную роль в генетической экспрессии.

В настоящее время для исследования свойств биологических объектов широко применяется метод атомно-силовой микроскопии, позволяющий получать топографические изображения с наноразмерным разрешением, исследовать механические, магнитные, электрические и другие свойства объектов, производить наноманипуляции. Метод позволяет проводить исследования в жидкости, что чрезвычайно важно для сохранения нативной среды биологических объектов и приближения условий эксперимента к реальности.

а70-субъединица РНК-полимеразы является в настоящий момент единственной не полностью закристаллизованной субъединицей РНК-полимеразы Escherichia coli, что осложняет изучение её структуры и функций. Поэтому изучение данного белка прямыми методами с высоким пространственным разрешением может дать ценную информацию об особенностях строения и функционирования этой молекулы.

Актуальность исследования

Процесс транскрипции в экспрессии генетического материала живых организмов катализируется РНК-полимеразой и характеризуется сложным взаимодействием фермента с ДНК и различными белками. Инициация транскрипции прокариот происходит после присоединения к РНК-полимеразе белка G-фактора (ö-субъединицы). а70-субъединица E. coli обеспечивает транскрипцию генов, контролирующих и обслуживающих основные внутриклеточные процессы. За последние несколько лет собрано много данных о структуре и функции а70-субъединицы, в частности, получены структуры отдельных функциональных доменов. В некоторых работах упоминается об образовании агрегатов а70-субъединицы и ее мутантов, однако без уточнения морфологии и свойств агрегатов.

Многие белки склонны к формированию агрегатов, особый интерес среди

которых вызывают амилоиды. Структурно амилоиды характеризуются большим

содержанием ß-складок, морфологически наиболее часто встречается

фибриллярная форма, также отмечаются червеобразные и спиралевидные

структуры. Кроме этого, характерными признаками амилоидов являются

специфическое взаимодействие с красителем Конго красный, вызывающее

красное смещение в спектре адсорбции с 490 нм на 530-540 нм, специфическое

связывание с тиофлавином Т и нерастворимость в большинстве растворителей (в

частности, в додецилсульфате натрия). Амилоиды на протяжении уже нескольких

десятилетий являются предметом разносторонних исследований и дискуссий.

Наиболее часто встречаемые случаи амилоидной агрегации связаны c

заболеваниями человека, такими как нейродегенеративные болезни Альцгеймера,

Паркинсона, Хантингтона; диабет второго типа и др. Однако в последние годы

стало ясно, что при определенных условиях амилоидную форму могут иметь чуть

ли не все белки. Хотя амилоиды могут вырасти из различных по своим функциям

и структуре белков, тем не менее, все они имеют много общего: амилоиды

устойчивы к воздействию денатурирующих агентов и протеаз, имеются данные об

их способности к самосборке и стабильности при высоких температурах (вплоть

до 140°С). В связи с выдающимися механическими свойствами амилоидных

6

фибрилл предлагаются различные биоинженерные направления их использования: создание наноструктурированных пленок с прочностью, сравнимой с прочностью шелка; использование амилоидных фибрилл в качестве ориентирующей матрицы для органических солнечных элементов; создание на их основе электрической нанопроволоки посредством нанесения наночастиц золота и многое другое.

Работ по систематическому исследованию агрегации а70-субъединицы ранее не проводилось. Установление амилоидной природы и описание морфологии и свойств агрегатов а70-субъединицы РНК-полимеразы E. coli и ее мутантов помогут приблизиться к пониманию регуляции процесса формирования амилоидных фибрилл, поскольку их фактическая самоорганизация контролируется сложным взаимодействием физических и химических факторов. Механизм агрегации, движущая сила и молекулярные основы физических свойств амилоидных фибрилл являются актуальными задачами на сегодняшний день, решение которых приведёт к созданию новых возможностей для применения в медицине и технологии.

Цель и задачи исследования

Цель работы: выявление физико-химических характеристик агрегации g70-субъединицы РНК-полимеразы E. coli.

В этой связи основными задачами работы являлись:

1) Исследование морфологии агрегатов белка G70-субъединицы РНК-полимеразы E. coli методом атомно-силовой микроскопии и сравнение с данными литературы, касающимися морфологии агрегатов других белков.

2) Исследование зависимости интенсивности агрегации G70-субъединицы РНК-полимеразы E. coli от времени хранения белка и ионной силы раствора.

3) Исследование агрегации мутантных вариантов а70-субъединицы РНК-полимеразы E. coli для выяснения роли различных участков белка в агрегации.

4) Выявление биотехнологически значимых аспектов агрегации g70-субъединицы РНК-полимеразы E. coli, благоприятствующих интенсивному формированию агрегатов.

5) Анализ механических свойств червеобразных агрегатов G70-субъединицы РНК-полимеразы E. coli.

6) Построение модели агрегации G70-субъединицы РНК-полимеразы E. coli.

Научная новизна исследования

1) Впервые обнаружена амилоидная палочкообразная агрегация g70-субъединицы РНК-полимеразы E. coli и определены условия, благоприятствующие интенсивному формированию агрегатов.

2) Впервые охарактеризованы трёхмерная морфология и физические свойства агрегатов G70-субъединицы РНК-полимеразы E. coli.

3) Впервые изучено влияние N-концевого участка G70-субъединицы РНК-полимеразы E. coli на её агрегацию.

4) Впервые предложенная модель агрегации G70-субъединицы РНК-полимеразы E. coli позволяет объяснить полиморфизм образуемых белком агрегатов.

Методы исследования

Центральным методом исследования в работе является атомно-силовая микроскопия. Дополнительно применялись независимые методы: просвечивающая электронная микроскопия, деполяризованное динамическое рассеяние света, электрофорез, спектрометрия, молекулярная динамика.

Научная и практическая значимость работы

Амилоидная агрегация а70-субъединицы РНК-полимеразы E. coli, обнаруженная в бактериальной системе, расширяет класс амилоидогенных белков.

Определение пространственной структуры амилоидных агрегатов g70-субъединицы и анализ влияния солевого окружения на фибриллообразование позволит выявить некоторые общие закономерности формирования амилоидных структур разных типов белков и их уровней организации и приблизиться к пониманию регуляции этого процесса. Кроме того, агрегация G70-субъединицы может быть связана с регуляцией транскрипции в клетке. Наконец, возможность создания амилоидных фибрилл in vitro на основе нетоксичных белков востребована для большого спектра технологических приложений. В частности, благодаря особым физико-химическим свойствам, амилоидные фибриллы g70-субъединицы могут быть использованы для создания молекулярных архитектур в молекулярной электронике и других нанобиотехнологических приложениях.

Положения, выносимые на защиту

1) G70-субъединица РНК-полимеразы E. coli способна к спонтанному образованию in vitro, в том числе, при условиях, близких к физиологическим, двух видов агрегатов: амилоидоподобных палочкообразных агрегатов и червеобразных структур.

2) Электростатические взаимодействия играют важную роль в агрегации G70-субъединицы.

3) Разупорядоченные участки N-концевого домена G70-субъединицы препятствуют интенсивной агрегации белка; использование мутантного варианта белка, частично или полностью лишённого этого участка, позволяет значительно улучшить формирование амилоидных агрегатов.

4) С помощью предложенной модели "кофейных чашек" можно объяснить полиморфизм и пути формирования того или иного типа наблюдаемых агрегатов белка.

Достоверность изложенного в диссертации материала обеспечивается использованием широко апробированных подходов и методов. Pезyльтаты находятся в соответствии с данными, полученными ранее другими авторами.

Личный вклад диссертанта

Автор лично проводил анализ литературных данных, участвовал в постановке задач исследования, планировании и проведении экспериментов, получении результатов и выводов, подготовке публикаций и докладов на научных конференциях по теме диссертационной работы.

Участие автора в исследовании:

• Подготовка образцов для АСМ-сканирования, получение АСМ-изображений, их обработка и анализ были проведены автором лично.

• Данные просвечивающей электронной микроскопии были получены совместно с Абрамчуком Сергеем Савельевичем, а также Корнеевым Денисом Владимировичем.

• Анализ данных деполяризованного динамического рассеяния света проводился совместно с Лаптинской Татьяной Васильевной.

Апробация работы

Материалы исследования опубликованы в рецензируемых научных изданиях, индексируемых в базах данных Web of Science, Scopus, RSCI (B статьи) и в сборниках тезисов докладов и конференций (9 публикаций):

Статьи по теме диссертации:

1. E.V. Dubrovin, O.N. Koroleva, Yu.A. Khodak, N.V. Kuzmina, I.V. Yaminsky, V.L. Drutsa. AFM study of Escherichia coli RNA polymerase G70 subunit aggregation // Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine, - 2012, - Vol. S, - P. 54-б2.

2. O.N. Koroleva, E.V. Dubrovin, Yu.A. Khodak, N.V. Kuzmina, I.V. Yaminsky. The model of amyloid aggregation of Escherichia coli RNA

polymerase a70 subunit based on AFM data in vitro assays // Cell Biochemistry and Biophysics, - 2013, - Vol. 66, - P. 623-36.

3. O. N. Koroleva, E. V. Dubrovin, A. P. Tolstova, N. V. Kuzmina, V. Laptinskaya, I. V. Yaminsky and V. L. Drutsa. A hypothetical hierarchical mechanism of the selfassembly of the Escherichia coli RNA polymerase a70 subunit // Soft Matter, - 2016, - Vol. 12, - P. 1974-1982.

Публикации в сборниках тезисов докладов конференций:

1. Dubrovin E., Koroleva O., Khodak Y., Kuzmina N., Yaminsky I., Drutsa V. Amyloid-like aggregation of RNA polymerase a70 subunit: an AFM study // European Biophysical Journal with Biophysics Letters, - 2013, - Vol. 42, - P. S100.

2. Н.В.Кузьмина. Изучение агрегации сигма-субъединицы РНК-полимеразы с помощью АСМ // Тезисы Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Ломоносов-2011", Москва, МГУ имени М.В.Ломоносова, 11-15 апреля 2011, секция "Физика", стр. 9-10.

3. Е.В.Дубровин, О.Н.Королева, Ю.А.Ходак, Н.В.Кузьмина, И.В.Яминский, В.Л.Друца. Исследование палочкообразной агрегации сигма70-субъединицы РНК-полимеразы Escherichia coli методом АСМ // Тезисы 17-го международного конгресса биофизиков, Пекин, Китай, 30.10-03.11.2011, стр. 499-500.

4. Н.В.Кузьмина, Е.В.Дубровин. Механизмы и особенности агрегации сигма-субъединицы РНК-полимеразы E.coli // Тезисы Ломоносовских чтений, МГУ имени М.В.Ломоносова, 14-18 апреля 2014, секция "Физика", стр. 53-54.

5. Н.В.Кузьмина, Е.В.Дубровин, О.Н.Королева, Ю.А.Ходак, И.В.Яминский, В.Л.Друца. Применение атомно-силовой микроскопии в исследовании агрегации сигма70-субъединицы РНК-полимеразы E.coli //

Тезисы 7-й международной конференции "Современные достижения бионаноскопии". МГУ имени М.В.Ломоносова, 17-19 июня 2014, стр. 12.

6. Дубровин Е.В., Королёва О.Н., Ходак Ю.А., Друца В.Л., Кузьмина Н.В., Яминский И.В. АСМ-исследование структуры палочкообразных амилоидных агрегатов сигма(70)-субъединицы РНК-полимеразы Escherichia coli // Сборник материалов Российско-Американского Симпозиума по биотехнологии в промышленности, сельском хозяйстве и здравоохранении, место издания ФГБНУ НИИ РИНКЦЭ Москва, 13-14 марта 2014, Филадельфия, стр. 75-76.

7. Dubrovin E.V., Koroleva O.N., Khodak Y.A., Kuzmina N.V., Yaminsky I.V., Drutsa V.L. Atomic force microscopy investigation of amyloid fibril formation of Escherichia coli RNA polymerase o(70) subunit // Сборник тезисов 18-го Международного Конгресса по Микроскопии, 7-12 сентября 2014, Прага, стр. 1569-1570.

8. Кузьмина Н.В., Дубровин Е.В. Амилоидные нанофибриллы g70-субъединицы РНК-полимеразы E. coli // Сборник тезисов докладов 3-й Всероссийской научной молодежной конференции "Актуальные проблемы и нано- и микроэлектроники", 1-4 декабря 2015, Уфа, стр. 89.

9. Н.В.Кузьмина, Е.В.Дубровин. Механизм формирования и тонкая структура амилоидных нанофибрилл G70-субъединицы РНК-полимеразы E.coli // Сборник тезисов восьмой международной конференции "Современные достижения бионаноскопии", 15 июня 2016, Москва, стр. 16.

Основные результаты работы доложены на следующих конференциях:

Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых

"Ломоносов-2011", Москва, 11-15 апреля 2011; 17-й международный

биофизический конгресс, Пекин, 30.10-03.11.2011; Ломоносовские чтения,

Москва, 14-18 апреля 2014; 7-я международная конференция "Современные

достижения бионаноскопии", Москва, 17-19 июня 2014; 18-й Международный

12

конгресс по микроскопии, Прага, 7-12 сентября 2014; Международная конференция "Super resolution in different dimensions", Москва, 2-3 июня 2015; Всероссийская научная молодежная конференция "Актуальные проблемы и нано-и микроэлектроники", Уфа, 1-4 декабря 2015; Восьмая международная конференция "Современные достижения бионаноскопии", Москва, 15 июня 2016.

Объём и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, 4 глав, результатов и выводов, списка сокращений и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 110 страницах, содержит 48 рисунков и 2 таблицы.

Работа поддержана следующими грантами:

• Грант РФФИ 15-32-20629 "Атомно-силовая микроскопия конвергентных транскрипционных комплексов"

• Грант РФФИ 13-04-01504 "Исследование механизмов образования амилоидных нанофибрилл с использованием бактериальных систем"

• Грант Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых - кандидатов наук МК-312.2013.2 "Развитие физико-биологических подходов для моделирования биологических процессов с применением атомно-силовой микроскопии"

Глава 1. Литературный обзор

1.1. РНК-полимераза. а-субъединица

Одним из фундаментальных геномных процессов, лежащих в основе жизнедеятельности организмов, является транскрипция - синтез РНК на матрице ДНК. Этот процесс катализируется ферментом РНК-полимеразой и регулируется целым комплексом ее взаимодействий с ДНК, белками и лигандами. Транскрипция эукариот протекает с участием трех разных РНК-полимераз, (состоящих из большого количества субъединиц), каждая из которых для присоединения к промоторам использует специфичные факторы транскрипции (ТБ1, ТБП и ТЕШ). Активация промотора происходит с помощью большого белка - ТАТА-фактора, называемого так из-за соединения со специфической последовательностью нуклеотидов промотора - ТАТААА- (ТАТА-бокс). Присоединение ТАТА-фактора облегчает взаимодействие промотора с РНК-полимеразой эукариот.

РНК-полимераза прокариот состоит из пяти различных белков: двух а, в, в'

и ю-субъединиц. В таком составе она называется кор-ферментом. РНК-

полимераза транскрибирует гены, начиная с определенного участка ДНК -

промотора [1]. Чтобы началась транскрипция, с кор-ферментом должен

ассоциировать еще один важный белок - так называемый сигма-фактор, или

сигма-субъединица (а-субъединица). Именно он отвечает за инициацию

транскрипции. У а-фактора имеется два домена для связывания: один - с кор-

ферментом и другой - с промотором. В состоянии, когда кор-фермент связан с а-

субъединицей, РНК-полимераза называется холоферментом. Находясь в составе

холофермента, а-субъединица принимает растянутую конформацию, что

приводит к увеличению сродства к промотору и взаимодействию с ним. После

узнавания промотора, происходит синтез олигонуклеотида из 8-10 нуклеотидных

остатков, затем а-фактор диссоциирует от кор-фермента, и в дальнейшем синтез

матричной РНК осуществляется полностью кор-ферментом [1]. Транскрипция

генов регулируется путем модификации кор-фермента, взаимодействием с

14

регуляторными белками или изменением регуляторных участков генов. В транскрипции генов участвуют различные а-факторы (Рисунок 1.1).

Гены домашнего хозяйства

Азот-регулируемые гены

Гены белка теплового шока

Гены белка хемотаксиса флагелл

Гены белка экстремального температурного шока

Гены белка ионного транспорта

Рисунок 1.1. Прокариотическая РНК-полимераза (кор-фермент) распознает промотор. Растянутая конформация сигма-фактора позволяет ей связаться с промотором. Показаны пять сигма-факторов E. coli с указанием генов, которые они регулируют [2].

У E. coli существует, по крайней мере, шесть G-факторов, ассоциирующих с

кор-ферментом РНК-полимеразы для транскрипции определенных генов (рисунок

1.1). Первостепенность того или иного G-фактора по отношению к остальным

определяется тем, какой ген транскрибируется в данный момент [2]. Основной g-

15

фактор E. coli - G70, он обеспечивает транскрипцию генов, контролирующих и обслуживающих основные внутриклеточные процессы (генов домашнего хозяйства) [3,4]. На сегодняшний день собрано много данных о структуре и функции G70-субъединицы [5,6]. Получены структуры некоторых функциональных доменов, отвечающих за связывание с кор-ферментом [5,7,8]. Однако до сих пор не были изучены физико-химические свойства белка. Важно отметить, что G70-субъединица на текущий момент является не полностью закристаллизованным белком. Так, в PDB-банке 30-структур представлено 23 варианта белка.

В некоторых работах говорится об образовании агрегатов G70-субъединицы и ее мутантов, особенно при высокой концентрации белка (свыше 5 мкМ) [9,10] и при длительном хранении [11]. Кроме этого имеются данные, что нагревание выше 49°C способствует образованию агрегатов шириной 8 нм и длиной 100 нм согласно данным электронной микроскопии [9]. С тех пор не было получено никаких результатов по агрегатам G70-субъединицы.

1.2. Агрегация белков. Амилоид

Белки являются одним из самых важных классов молекул в живых

организмах. Участвуя в различных процессах, они играют ключевую роль в

поддержании жизни. Фолдинг белков представляет собой процесс спонтанного

сворачивания полипептидной цепи в уникальную нативную пространственную

структуру и является фундаментальным и универсальным примером

самоорганизации в биологии. Правильное функционирование белков зависит от

их самосборки в высокоупорядоченные пространственные вторичные, третичные

и четвертичные структуры. Однако процесс формирования функциональных

зрелых белков по каким-либо причинам может быть нарушен, что приводит к

образованию бесформенных либо высокоупорядоченных агрегатов [12].

Агрегация белков - довольно частое явление, наблюдаемое как in vivo, так и in

vitro, в различных аспектах повседневной жизни, включая медицину,

16

биотехнологии, пищевую промышленность и т.д. Например, в пищевой промышленности это может быть полезно для создания новых форм загустителей, пенообразователей или эмульгаторов на основе белков; c другой стороны, бесконтрольная и необратимая агрегация белков in vitro может создавать серьезные проблемы в биотехнологии и фармации при экспрессии и очистке белков. В условии in vivo агрегация белков является необходимой для свертывания крови и нежелательной в случае образования катаракты. В частности, особого внимания заслуживает случай самоорганизации биологических молекул из нативной функциональной формы в высокоупорядоченные стабильные структуры на наноуровне, называемые амилоидными агрегатами.

Термин "амилоид" впервые был введен в 1838 году Маттиасом Шлейденом при описании крахмалистых составляющих растений, а затем долгое время отождествлялся с веществом, которое красится йодом подобно крахмалу [13,14]. Классическим гистопатологическим определением амилоида является внеклеточное образование с ^-складчатой структурой, узнаваемое по зеленому двулучепреломлению в поляризованном свете при окрашивании Конго красным [14]. Однако в последнее время данное определение находится под вопросом в связи с обнаружением амилоидных структур непосредственно во внутриклеточном пространстве [15]. Более позднее, биофизическое определение амилоида включает в себя любые типы полипептидов, образующие в-складки как in vivo, так и in vitro, некоторые из которых могут и не давать характерного двулучепреломления [16,17].

Амилоиды могут вырасти из различных по своим функциям и структуре белков, однако, тем не менее, они имеют много общего. Структурно и морфологически амилоиды объединяет в-складчатая форма (в-цепи, в-тяжи, в-листы), образованная водородными связями в направлении, перпендикулярном длинной оси фибриллы (рисунок 1.2) [18-20]. При этом, отдельные в-листы связаны водородными связями вдоль оси фибриллы, формируя так называемую кросс-в-структуру.

Рисунок 1.2. ЗБ-структура фибрилл амилоидного в(1-42)-пептида. На диаграммах А, В и С схематично показана межмолекулярная природа взаимодействия отдельных втяжей, или цепей (обозначены стрелками). Индивидуальные молекулы выделены разными цветами. Изображение Б представляет собой компьютерное моделирование фибриллы из протофиламентов, Е - данные криоэлектронной микроскопии единичной фибриллы пептида [20].

Также характерными признаками амилоидов являются: специфическое взаимодействие с Конго красным, которое вызывает красное смещение в спектре адсорбции красителя с 490 нм на 530-540 нм [21,22], специфическое связывание с тиофлавином Т, а также нерастворимость в большинстве растворителей (в частности, в 1%-м додецилсульфате натрия) [23,24].

До недавнего времени амилоидную агрегацию связывали только с

заболеваниями человека, такими как нейродегенеративные болезни Альцгеймера,

Паркинсона, Хантингтона; диабет второго типа и др. Однако в последние годы

стало ясно, что при определенных условиях амилоидную форму могут иметь чуть

ли не все белки [25]. Оказывается, формирование так называемых

18

"функциональных амилоидов" является вполне естественным процессом для некоторых белков, и этот процесс имеет биологическую значимость. Так, некоторые простейшие с помощью амилоидных отложений прикрепляются к поверхности или объединяются в колонии. Бактерии Б^ер^тусез соеИсо1ог для эффективного распространения спор продуцируют воздушные гифы на основе амилоидных белковых фибрилл. Известны примеры формирования функциональных амилоидов в клетках млекопитающих из мембранно-связанных белков и белков, осуществляющих свою активность при взаимодействии с клеточной мембраной [26]. Кроме этого, описаны некоторые склонные к формированию амилоидных фибрилл белки пищевого класса: а- и Р-лактоглобулин [27-31], овальбумин [32-34], лизоцим [35-37] и др. Исследование мышечного миоглобина также вывило подобную склонность у белка при определенных условиях [38].

Амилоидные агрегаты проявляют устойчивость к воздействию денатурирующих агентов и протеаз, имеются данные об их способности к самосборке и стабильности при высоких температурах (вплоть до 140°С, рисунок 1.3). Как правило, кипение раствора с белком приводит к разрыву водородных и дисульфидных связей, солевых мостиков и дальнейшей необратимой аморфной агрегации. Однако исследование фолдинга бычьего инсулина, функционально активного при комнатной температуре, показало переход белка в состояние с другой упорядоченной вторичной структурой при повышенной температуре [39].

Что является толчком и движущей силой к образованию столь уникальных амилоидных агрегатов? Над этим вопросом сегодня работают десятки лабораторий мира. Имеются данные, что амилоидогенные белки типа инсулина под воздействием окружающей среды образуют частично упорядоченные интермедиаты, которые соединяются вместе гидрофобными и электростатическими взаимодействиями. Получаемое таким образом ядро служит стартовой точкой роста амилоида [39].

Свойство биологических молекул спонтанно самоорганизовываться в

высокоупорядоченные стабильные структуры на наноуровне делает их

19

привлекательными объектами в качестве матрицы для других материалов, не обладающих таким свойством (например, металлов). Если амилоидные фибриллы обработать снаружи металлом, то можно изготовить электрическую нанопроволоку [40]. Подобные "нанодевайсы" уже были получены с нанесением на такие фибриллы наночастиц золота [41] и открывают новые горизонты исследований в области бионаноэлектроники. В работе [40] описаны различные биоинженерные направления использования амилоидов.

Рисунок 1.3. АСМ-изображения амилоидных фибрилл инсулина при разных температурах [39].

Так, в качестве перспективного применения амилоидов предлагается создание наноструктурированных пленок с прочностью, сравнимой с прочностью шелка (рисунок 1.4, 1.5). В сфере создания макроскопических форм углеродных наноматериалов пока остается проблема установления прочных контактов между соседними нанотрубками, в то время как белковые нанофибриллы богаты функциональными группами, которые обеспечивают структурную связь за счет Ван-дер-Ваальсовых и гидрофобных взаимодействий [42].

Рисунок 1.4. Собранные в амилоидные фибриллы белковые молекулы упакованы в функциональную пленку [42].

Рисунок 1.5. Сравнительная диаграмма модуля Юнга различных материалов [42].

Другое применение амилоидов было продемонстрировано в области органической фотовольтаики. Отличие органических полупроводников от неорганических заключается в образовании связанных пар - экситонов вместо возбуждения непосредственно носителей заряда при поглощении света. Однако в концепции двухслойной батареи экситоны, движущиеся по полупроводнику после поглощения света, способны сместиться на расстояния лишь порядка нанометров. Поэтому сегодня ученые перешли к концепции объемного гетероперехода, где вместо двух слоев используются взаимопроникающие сетки донора и акцептора. С использованием амилоидных фибрилл в качестве ориентирующей матрицы для полимерных доноров и акцепторов были продемонстрированы улучшенные характеристики органических солнечных элементов [43]. Самоорганизация белков может также служить движущей силой для сборки других связанных с ними молекул. Например, присоединяя к белку флуоресцентную молекулу, можно создавать светособирающие материалы (рисунок 1.6) [44].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кузьмина, Наталья Викторовна, 2017 год

Список литературы

[1] Е.С.Северин. Биохимия: учебник / Е.С. Северин, ГЭОТАР-Медиа, 2005.

[2] P. Sadhale, J. Verma, A. Naorem. Basal transcription machinery: role in regulation of stress response in eukaryotes // J. Biosci., - 2007, - Vol. 32, - P. 569-578.

[3] P.H. von Hippel, D.G. Bear, W.D. Morgan, J.A. McSwiggen. Protein-nucleic acid interactions in transcription: a molecular analysis // Annu. Rev. Biochem.,- 1984, -Vol. 53, - P. 389-446.

[4] T.M. Gruber, C.A. Gross. Multiple sigma subunits and the partitioning of bacterial transcription space // Annu. Rev. Microbiol., - 2003, - Vol. 57, - P. 441-466.

[5] R.R. Burgess, L. Anthony. How sigma docks to RNA polymerase and what sigma does // Curr. Opin. Microbiol., - 2001, - Vol. 4, - P. 126-131.

[6] A. Malhotra, E. Severinova, S.A. Darst. Crystal Structure of a g70 Subunit Fragment from E. coli RNA Polymerase // Cell, - 1996, - Vol. 87, - P. 127-136.

[7] J.D. Helmann, M.J. Chamberlin. Structure and function of bacterial sigma factors // Annu. Rev. Biochem., - 1988, - Vol. 57, - P. 839-872.

[8] E. Severinova, K. Severinov, D. Fenyo, M. Marr, E.N. Brody, J.W. Roberts, B.T. Chait, S.A. Darst. Domain organization of the Escherichia coli RNA polymerase sigma(70) subunit // J. Mol. Biol., - 1996, - Vol. 263, - P. 637-647.

[9] Peter A. Lowe, Ueli Aebi, Carol Gross, Richard R. Burgess. In Vitro Thermal Inactivation of a Temperature-sensitive g Subunit Mutant (rpoD8OO) of Escherichia coli RNA Polymerase Proceeds by Aggregation // J. of Biological Chemistry, -1981, - Vol. 256, - P. 2010-2015.

[10] A.L. Ferguson, A.D. Hughes, U. Tufail, C.G. Baumann, D.J. Scott, J.G. Hoggett. Interaction of g70 with Escherichia coli RNA polymerase core enzyme studied by surface plasmon resonance // FEBS Lett., - 2000, - Vol. 481, - P. 281-284.

[11] S. Callaci, E. Heyduk, T. Heyduk. Conformational changes of Escherichia coli RNA polymerase sigma70 factor induced by binding to the core enzyme // J. Biol. Chem., - 1998, - Vol. 273, - P. 32995-33001.

[12] J. Adamcik, R. Mezzenga. Proteins Fibrils from a Polymer Physics Perspective // Macromolecules, - 2012, - Vol. 45, - P. 1137-1150.

[13] R.A. Kyle. Amyloidosis: a convoluted story // Br. J. Haematol., - 2001, - Vol. 114, - P. 529-538.

[14] J.D. Sipe, A.S. Cohen. Review: history of the amyloid fibril // J. Struct. Biol., -2000, - Vol. 130, - P. 88-98.

[15] C.-Y. Lin, T. Gurlo, R. Kayed, A.E. Butler, L. Haataja, C.G. Glabe, P.C. Butler. Toxic human islet amyloid polypeptide (h-IAPP) oligomers are intracellular, and vaccination to induce anti-toxic oligomer antibodies does not prevent h-IAPP-induced beta-cell apoptosis in h-IAPP transgenic mice // Diabetes, - 2007, - Vol. 56,

- P. 1324-1332.

[16] M. Faendrich. On the structural definition of amyloid fibrils and other polypeptide aggregates // Cell. Mol. Life Sci., - 2007, - Vol. 64, - P. 2066-2078.

[17] P.K. Chiang, M.A. Lam, Y. Luo. The many faces of amyloid beta in Alzheimer's disease // Curr. Mol. Med., - 2008, - Vol. 8, - P. 580-584.

[18] M. Sunde, L.C. Serpell, M. Bartlam, P.E. Fraser, M.B. Pepys, C.C.F. Blake. Common core structure of amyloid fibrils by synchrotron X-ray diffraction // J. Mol. Biol., - 1997, - Vol. 273, - P. 729-739.

[19] R. Nelson, M.R. Sawaya, M. Balbirnie, A.O. Madsen, C. Riekel, R. Grothe, D. Eisenberg. Structure of the cross-beta spine of amyloid-like fibrils // Nature, - 2005,

- Vol. 435, P. 773-778.

[20] T. Luhrs, C. Ritter, M. Adrian, D. Riek-Loher, B. Bohrmann, H. Doeli, D. Schubert, R. Riek. 3D structure of Alzheimer's amyloid-beta (1-42) fibrils // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., - 2005, - Vol. 102, P. 17342-17347.

[21] W. Klunk, J. Pettegrew, D. Abraham. 2 Simple Methods for Quantifying Low-Affinity Dye Substrate Binding // J. Histochem. Cytochem., - 1989, - Vol. 37, - P. 1293-1297.

[22] L. Millucci, R. Raggiaschi, D. Franceschini, G. Terstappen, A. Santucci. Rapid aggregation and assembly in aqueous solution of A beta (25-35) peptide // J. Biosci.,

- 2009, - Vol. 34, - P. 293-303.

[23] M.B. Podlisny, B.L. Ostaszewski, S.L. Squazzo, E.H. Koo, R.E. Rydell, D.B. Teplow, D.J. Selkoe. Aggregation of secreted amyloid beta-protein into sodium dodecyl sulfate-stable oligomers in cell culture // J. Biol. Chem., - 1995, - Vol. 270, -P. 9564-9570.

[24] B.H. Toyama, J.S. Weissman. Amyloid structure: conformational diversity and consequences // Annu. Rev. Biochem., - 2011, - Vol. 80, - P. 557-585.

[25] C.M. Dobson. Protein misfolding, evolution and disease // Trends Biochem. Sci., - 1999, - Vol. 24, - P. 329-332.

[26] F. Chiti, C.M. Dobson. Protein misfolding, functional amyloid, and human disease // Annu. Rev. Biochem., - 2006, - P. 333-366.

[27] S.G. Bolder, H. Hendrickx, L.M.C. Sagis, E. van der Linden. Fibril assemblies in aqueous whey protein mixtures // J. Agric. Food Chem., - 2006, - Vol. 54, - P. 42294234.

[28] J. Goers, S.E. Permyakov, E.A. Permyakov, V.N. Uversky, A.L. Fink. Conformational prerequisites for alpha-lactalbumin fibrillation // Biochemistry (Mosc.), - 2002, - Vol. 41, - P. 12546-12551.

[29] J. Adamcik, J.-M. Jung, J. Flakowski, P. De Los Rios, G. Dietler, R. Mezzenga. Understanding amyloid aggregation by statistical analysis of atomic force microscopy images // Nat. Nanotechnol., - 2010, - Vol. 5, - P. 423-428.

[30] L.N. Arnaudov, R. de Vries. Strong impact of ionic strength on the kinetics of fibrilar aggregation of bovine beta-lactoglobulin // Biomacromolecules,- 2006, - Vol. 7, - P. 3490-3498.

[31] S.M. Loveday, X.L. Wang, M.A. Rao, S.G. Anema, H. Singh. p-Lactoglobulin nanofibrils: Effect of temperature on fibril formation kinetics, fibril morphology and the rheological properties of fibril dispersions // Food Hydrocoll., - 2012, - Vol. 27, -P. 242-249.

[32] C. Lara, S. Gourdin-Bertin, J. Adamcik, S. Bolisetty, R. Mezzenga. Self-Assembly of Ovalbumin into Amyloid and Non-Amyloid Fibrils // Biomacromolecules, - 2012, - Vol. 13, - P. 4213-4221.

[33] C. Veerman, G. de Schiffart, L.M.C. Sagis, E. van der Linden. Irreversible self-assembly of ovalbumin into fibrils and the resulting network rheology // Int. J. Biol. Macromol., - 2003, - Vol. 33, - P. 121-127.

[34] F.G. Pearce, S.H. Mackintosh, J.A. Gerrard. Formation of amyloid-like fibrils by ovalbumin and related proteins under conditions relevant to food processing // J. Agric. Food Chem., - 2007, - Vol. 55, - P. 318-322.

[35] C. Lara, I. Usov, J. Adamcik, R. Mezzenga. Sub-Persistence-Length Complex Scaling Behavior in Lysozyme Amyloid Fibrils // Phys. Rev. Lett., - 2011, - Vol. 107, - P. 238101.

[36] E. Frare, P. Polverino De Laureto, J. Zurdo, C.M. Dobson, A. Fontana. A highly amyloidogenic region of hen lysozyme // J. Mol. Biol., - 2004, - Vol. 340, - P. 11531165.

[37] L.N. Arnaudov, R. de Vries. Thermally Induced Fibrillar Aggregation of Hen Egg White Lysozyme // Biophys. J., - 2005, - Vol. 88, - P. 515-526.

[38] M. Fandrich, M.A. Fletcher, C.M. Dobson. Amyloid fibrils from muscle myoglobin // Nature, - 2001, - Vol. 410, - P. 165-166.

[39] A. Arora, C. Ha, C.B. Park. Insulin amyloid fibrillation at above 100 degrees C: new insights into protein folding under extreme temperatures // Protein Sci. Publ. Protein Soc., - 2004, - Vol. 13, - P. 2429-2436.

[40] T.P.J. Knowles, M.J. Buehler. Nanomechanics of functional and pathological amyloid materials // Nat. Nanotechnol., - 2011, - Vol. 6, - P. 469-479.

[41] M. Reches, E. Gazit. Molecular Self-Assembly of Peptide Nanostructures: Mechanism of Association and Potential Uses // Curr. Nanosci., - 2006, - Vol. 2, - P. 105-111.

[42] T.P.J. Knowles, T.W. Oppenheim, A.K. Buell, D.Y. Chirgadze, M.E. Welland. Nanostructured films from hierarchical self-assembly of amyloidogenic proteins // Nat. Nanotechnol., - 2010, - Vol. 5, - P. 204-207.

[43] S. Barrau, F. Zhang, A. Herland, W. Mammo, M. R. Andersson and O. Inganas. Integration of amyloid nanowires in organic solar cells // Appl. Phys. Lett., - 2008, -Vol. 93, - P. 023307.

[44] K.J. Channon, G.L. Devlin, C.E. MacPhee. Efficient Energy Transfer within Self-Assembling Peptide Fibers: A Route to Light-Harvesting Nanomaterials // J. Am. Chem. Soc., - 2009, - Vol. 131, - P. 12520-12521.

[45] S.K. Maji, D. Schubert, C. Rivier, S. Lee, J.E. Rivier, R. Riek. Amyloid as a Depot for the Formulation of Long-Acting Drugs // PLOS Biol., - 2008, - Vol. 6, - P. e17.

[46] T.C. Holmes, S. de Lacalle, X. Su, G.S. Liu, A. Rich, S.G. Zhang. Extensive neurite outgrowth and active synapse formation on self-assembling peptide scaffolds // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., - 2000, - Vol. 97, - P. 6728-6733.

[47] R.G. Ellis-Behnke, Y.-X. Liang, S.-W. You, D.K.C. Tay, S. Zhang, K.-F. So, G.E. Schneider. Nano neuro knitting: Peptide nanofiber scaffold for brain repair and axon regeneration with functional return of vision // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., -2006, - Vol. 103, - P. 5054-5059.

[48] S.L. Gras, A.K. Tickler, A.M. Squires, G.L. Devlin, M.A. Horton, C.M. Dobson, C.E. MacPhee. Functionalised amyloid fibrils for roles in cell adhesion // Biomaterials, - 2008, - Vol. 29, - P. 1553-1562.

[49] I. Usov, J. Adamcik, R. Mezzenga. Polymorphism complexity and handedness inversion in serum albumin amyloid fibrils // ACS Nano, - 2013, - Vol. 7, - P. 10465-10474.

[50] J.S. Jeong, A. Ansaloni, R. Mezzenga, H.A. Lashuel, G. Dietler. Novel mechanistic insight into the molecular basis of amyloid polymorphism and secondary nucleation during amyloid formation // J. Mol. Biol., - 2013, - Vol. 425, -P. 1765-1781.

[51] M. Marín-Argany, G. Rivera-Hernández, J. Martí, S. Villegas. An anti-Aß (amyloid ß) single-chain variable fragment prevents amyloid fibril formation and cytotoxicity by withdrawing Aß oligomers from the amyloid pathway // Biochem. J., - 2011, - Vol. 437, - P. 25-34.

[52] D.P. Smith, L.A. Woods, S.E. Radford, A.E. Ashcroft. Structure and dynamics of oligomeric intermediates in ß2-microglobulin self-assembly // Biophys. J., - 2011, -Vol. 101, - P. 1238-1247.

[53] E. Takai, K. Uda, S. Matsushita, Y. Shikiya, Y. Yamada, K. Shiraki, T. Zako, M. Maeda. Cysteine inhibits amyloid fibrillation of lysozyme and directs the formation of small worm-like aggregates through non-covalent interactions // Biotechnol. Prog., - 2014, - Vol. 30, - P. 470-478.

[54] G.T. Debelouchina, G.W. Platt, M.J. Bayro, S.E. Radford, R.G. Griffin, Magic Angle Spinning NMR Analysis of ß2-Microglobulin Amyloid Fibrils in Two Distinct Morphologies // J. Am. Chem. Soc., - 2010, - Vol. 132, - P. 10414-10423.

[55] K.A. Conway, J.D. Harper, P.T. Lansbury. Fibrils formed in vitro from alpha-synuclein and two mutant forms linked to Parkinson's disease are typical amyloid // Biochemistry (Mosc.), - 2000, - Vol. 39, - P. 2552-2563.

[56] K.-C. Chang, Y.-W. Chiang, C.-H. Yang, J.-W. Liou. Atomic force microscopy in biology and biomedicine. Tzu Chi Med. J., - 2012, - Vol. 24, - P. 162-169.

[57] Bert Voigtlander. Scanning Probe Microscopy: Atomic Force Microscopy and Scanning Tunneling Microscopy // Springer, - 2015.

[58] A. Karsai, L. Grama, Ü. Murvai, K. Soos, B. Penke, M.S.Z. Kellermayer. Potassium-dependent oriented growth of amyloid ß25-35 fibrils on mica // Nanotechnology, - 2007, - Vol. 18, - P. 345102.

[59] A. Karsai, U. Murvai, K. Soos, B. Penke, M.S.Z. Kellermayer. Oriented epitaxial growth of amyloid fibrils of the N27C mutant beta 25-35 peptide // Eur. Biophys. J. EBJ., - 2008, - Vol. 37, - P. 1133-1137.

[60] H.K. Christenson, N.H. Thomson. The nature of the air-cleaved mica surface // Surf. Sci. Rep., - 2016, - Vol. 71, - P. 367-390.

[61] N.H. Thomson. Imaging the substructure of antibodies with tapping-mode AFM in air: the importance of a water layer on mica // J. Microsc., - 2005, - Vol. 217, - P. 193-199.

[62] S. Kasas, N.H. Thomson, B.L. Smith, H.G. Hansma, X. Zhu, M. Guthold, C. Bustamante, E.T. Kool, M. Kashlev, P.K. Hansma. Escherichia coli RNA Polymerase Activity Observed Using Atomic Force Microscopy // Biochemistry (Mosc.), - 1997, - Vol. 36, - P. 461-468.

[63] M. Guthold, X. Zhu, C. Rivetti, G. Yang, N.H. Thomson, S. Kasas, H.G. Hansma, B. Smith, P.K. Hansma, C. Bustamante. Direct observation of one-dimensional diffusion and transcription by Escherichia coli RNA polymerase // Biophys. J., - 1999, - Vol. 77, - P. 2284-2294.

[64] Y.F. Dufrene, D. Martinez-Martin, I. Medalsy, D. Alsteens, D.J. Mueller. Multiparametric imaging of biological systems by force-distance curve-based AFM // Nat. Methods, - 2013, - Vol. 10, - P. 847-854.

[65] F. Chiti, C.M. Dobson. Amyloid formation by globular proteins under native conditions // Nat. Chem. Biol., - 2009, - Vol. 5, - P. 15-22.

[66] J. Greenwald, R. Riek. Biology of Amyloid: Structure, Function, and Regulation // Structure, - 2010, - Vol. 18, - P. 1244-1260.

[67] S. Brenner, R.W. Horne. A negative staining method for high resolution electron microscopy of viruses // Biochim. Biophys. Acta, - 1959, - Vol. 34, - P. 103-110.

[68] F.-Q. Zhao, R. Craig. Capturing time-resolved changes in molecular structure by negative staining // J. Struct. Biol., - 2003, - Vol. 141, - P. 43-52.

[69] S.E. Hill, J. Robinson, G. Matthews, M. Muschol. Amyloid Protofibrils of Lysozyme Nucleate and Grow Via Oligomer Fusion // Biophys. J., - 2009, - Vol. 96, - P. 3781-3790.

[70] A.J. Modler, K. Gast, G. Lutsch, G. Damaschun. Assembly of amyloid protofibrils via critical oligomers-a novel pathway of amyloid formation // J. Mol. Biol., - 2003, - Vol. 325, - P. 135-148.

[71] S. Kumar, J.B. Udgaonkar. Conformational conversion may precede or follow aggregate elongation on alternative pathways of amyloid protofibril formation // J. Mol. Biol., - 2009, - Vol. 385, - P. 1266-1276.

[72] H.A. Scheidt, I. Morgado, S. Rothemund, D. Huster, M. Fandrich. Solid-state NMR spectroscopic investigation of Ap protofibrils: implication of a p-sheet remodeling upon maturation into terminal amyloid fibrils // Angew. Chem. Int. Ed Engl., - 2011, - Vol. 50, - P. 2837-2840.

[73] H.A. Scheidt, I. Morgado, D. Huster. Solid-state NMR reveals a close structural relationship between amyloid-ß protofibrils and oligomers // J. Biol. Chem., - 2012,

- Vol. 287, - P. 22822-22826.

[74] S.A. Petty, S.M. Decatur. Intersheet rearrangement of polypeptides during nucleation of {beta}-sheet aggregates // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., - 2005, -Vol. 102, - P. 14272-14277.

[75] R.H. Pires, M.J. Saraiva, A.M. Damas, M.S.Z. Kellermayer. Structure and assembly-disassembly properties of wild-type transthyretin amyloid protofibrils observed with atomic force microscopy // J. Mol. Recognit. JMR, - 2011, - Vol. 24, -P. 467-476.

[76] A. Relini, C. Canale, S. De Stefano, R. Rolandi, S. Giorgetti, M. Stoppini, A. Rossi, F. Fogolari, A. Corazza, G. Esposito, A. Gliozzi, V. Bellotti. Collagen plays an active role in the aggregation of beta2-microglobulin under physiopathological conditions of dialysis-related amyloidosis // J. Biol. Chem., - 2006, - Vol. 281, - P. 16521-16529.

[77] A. Relini, S. De Stefano, S. Torrassa, O. Cavalleri, R. Rolandi, A. Gliozzi, S. Giorgetti, S. Raimondi, L. Marchese, L. Verga, A. Rossi, M. Stoppini, V. Bellotti. Heparin strongly enhances the formation of beta2-microglobulin amyloid fibrils in the presence of type I collagen // J. Biol. Chem., - 2008, - Vol. 283, - P. 4912-4920.

[78] H. Naiki, Y. Nagai. Molecular pathogenesis of protein misfolding diseases: pathological molecular environments versus quality control systems against misfolded proteins // J. Biochem. (Tokyo), - 2009, - Vol. 146, - P. 751-756.

[79] A. Relini, S. Torrassa, R. Rolandi, A. Gliozzi, C. Rosano, C. Canale, M. Bolognesi, G. Plakoutsi, M. Bucciantini, F. Chiti, M. Stefani. Monitoring the process of HypF fibrillization and liposome permeabilization by protofibrils // J. Mol. Biol.,

- 2004, - Vol. 338, - P. 943-957.

[80] M. Malisauskas, V. Zamotin, J. Jass, W. Noppe, C.M. Dobson, L.A. Morozova-Roche. Amyloid protofilaments from the calcium-binding protein equine lysozyme: formation of ring and linear structures depends on pH and metal ion concentration // J. Mol. Biol., - 2003, - Vol. 330, - P. 879-890.

[81] R. Kayed, A. Pensalfini, L. Margol, Y. Sokolov, F. Sarsoza, E. Head, J. Hall, C. Glabe. Annular protofibrils are a structurally and functionally distinct type of amyloid oligomer // J. Biol. Chem., - 2009, - Vol. 284, - P. 4230-4237.

[82] C.A. Lasagna-Reeves, R. Kayed. Astrocytes contain amyloid-ß annular protofibrils in Alzheimer's disease brains // FEBS Lett., - 2011, - Vol. 585, - P. 3052-3057.

[83] C.A. Lasagna-Reeves, C.G. Glabe, R. Kayed. Amyloid-ß annular protofibrils evade fibrillar fate in Alzheimer disease brain // J. Biol. Chem., - 2011, - Vol. 286, -P. 22122-22130.

[84] A. Relini, S. Torrassa, R. Ferrando, R. Rolandi, S. Campioni, F. Chiti, A. Gliozzi. Detection of Populations of Amyloid-Like Protofibrils with Different Physical Properties // Biophys. J., - 2010, - Vol. 98, - P. 1277-1284.

[85] J. Meinhardt, C. Sachse, P. Hortschansky, N. Grigorieff, M. Faendrich. A beta(1-40) Fibril Polymorphism Implies Diverse Interaction Patterns in Amyloid Fibrils // J. Mol. Biol., - 2009, - Vol. 386, - P. 869-877.

[86] B.P. Hudson, J. Quispe, S. Lara-Gonzalez, Y. Kim, H.M. Berman, E. Arnold, R.H. Ebright, C.L. Lawson. Three-dimensional EM structure of an intact activator-dependent transcription initiation complex // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., - 2009, - Vol. 106, - P. 19830-19835.

[87] J. Adamcik, R. Mezzenga. Adjustable twisting periodic pitch of amyloid fibrils // Soft Matter, - 2011, - Vol. 7, - P. 5437-5443.

[88] D.J. Müller, M. Amrein, A. Engel. Adsorption of Biological Molecules to a Solid Support for Scanning Probe Microscopy // J. Struct. Biol., - 1997, - Vol. 119, - P. 172-188.

[89] L.A. Munishkina, E.M. Cooper, V.N. Uversky, A.L. Fink. The effect of macromolecular crowding on protein aggregation and amyloid fibril formation // J. Mol. Recognit. JMR, - 2004, - Vol. 17, - P. 456-464.

[90] G. Soldi, F. Bemporad, S. Torrassa, A. Relini, M. Ramazzotti, N. Taddei, F. Chiti. Amyloid formation of a protein in the absence of initial unfolding and destabilization of the native state // Biophys. J., - 2005, - Vol. 89, - P. 4234-4244.

[91] B.R. Shah, A. Maeno, H. Matsuo, H. Tachibana, K. Akasaka. Pressure-Accelerated Dissociation of Amyloid Fibrils in Wild-Type Hen Lysozyme // Biophys. J., - 2012, - Vol. 102, - P. 121-126.

[92] T.J. Measey, F. Gai. Light-triggered disassembly of amyloid fibrils // Langmuir ACS J. Surf. Colloids, - 2012, - Vol. 28, - P. 12588-12592.

[93] U.K. Laemmli. Cleavage of Structural Proteins during the Assembly of the Head of Bacteriophage T4 // Nature, - 1970, - Vol. 227, - P. 680-685.

[94] G.M.J.A. Klug, D. Losic, S.S. Subasinghe, M.-I. Aguilar, L.L. Martin, D.H. Small. Beta-amyloid protein oligomers induced by metal ions and acid pH are distinct from those generated by slow spontaneous ageing at neutral pH // Eur. J. Biochem., - 2003, - Vol. 270, - P. 4282-4293.

[95] S. Callaci, E. Heyduk, T. Heyduk. Core RNA Polymerase from E. coli Induces a Major Change in the Domain Arrangement of the g70 Subunit // Mol. Cell, - 1999, -Vol. 3, - P. 229-238.

[96] A.J. Dombroski, W.A. Walter, C.A. Gross. Amino-terminal amino acids modulate sigma-factor DNA-binding activity // Genes Dev., - 1993, - Vol. 7, - P. 2446-2455.

[97] A.J. Dombroski, W.A. Walter, M.T. Record, D.A. Siegele, C.A. Gross. Polypeptides containing highly conserved regions of transcription initiation factor sigma 70 exhibit specificity of binding to promoter DNA // Cell, - 1992, - Vol. 70, -P. 501-512.

[98] C. Wilson, A.J. Dombroski. Region 1 of sigma70 is required for efficient isomerization and initiation of transcription by Escherichia coli RNA polymerase // J. Mol. Biol., - 1997, - Vol. 267, - P. 60-74.

[99] D.M. Hinton, S. Vuthoori, R. Mulamba. The bacteriophage T4 inhibitor and coactivator AsiA inhibits Escherichia coli RNA Polymerase more rapidly in the absence of sigma70 region 1.1: evidence that region 1.1 stabilizes the interaction between sigma70 and core // J. Bacteriol., - 2006, - Vol. 188, - P. 1279-1285.

[100] S. Vuthoori, C.W. Bowers, A. McCracken, A.J. Dombroski, D.M. Hinton. Domain 1.1 of the sigma(70) subunit of Escherichia coli RNA polymerase

modulates the formation of stable polymerase/promoter complexes // J. Mol. Biol., -2001, - Vol. 309, - P. 561-572.

[101] V.N. Uversky, A.L. Fink. Conformational constraints for amyloid fibrillation: the importance of being unfolded // Biochim. Biophys. Acta-Proteins Proteomics, -2004, - Vol. 1698, P. 131-153.

[102] P.K. Teng, N.J. Anderson, L. Goldschmidt, M.R. Sawaya, S. Sambashivan, D. Eisenberg. Ribonuclease A suggests how proteins self-chaperone against amyloid fiber formation // Protein Sci. Publ. Protein Soc., - 2012, - Vol. 21, - P. 26-37.

[103] L.A. Munishkina, J. Henriques, V.N. Uversky, A.L. Fink. Role of protein-water interactions and electrostatics in alpha-synuclein fibril formation // Biochemistry (Mosc.), - 2004, - Vol. 43, - P. 3289-3300.

[104] A.M. Shetty, G.M.H. Wilkins, J. Nanda, M.J. Solomon. Multiangle Depolarized Dynamic Light Scattering of Short Functionalized Single-Walled Carbon Nanotubes // J. Phys. Chem. C., - 2009, - Vol. 113, - P. 7129-7133.

[105] D. Lehner, H. Lindner, O. Glatter. Determination of the Translational and Rotational Diffusion Coefficients of Rodlike Particles Using Depolarized Dynamic Light Scattering // Langmuir, - 2000, - Vol. 16, - P. 1689-1695.

[106] S.W. Provencher. CONTIN: A general purpose constrained regularization program for inverting noisy linear algebraic and integral equations // Comput. Phys. Commun., - 1982, - Vol. 27, - P. 229-242.

[107] Hideki Matsuoka, Yoshito Ogura and Hitoshi Yamaoka. Effect of counterion species on the dynamics of polystyrenesulfonate in aqueous solution as studied by dynamic light scattering // J. Chem. Phys., - 1998, - Vol. 109, - P. 6125-6132.

[108] A. Relini, N. Marano, A. Gliozzi. Misfolding of Amyloidogenic Proteins and Their Interactions with Membranes // Biomolecules, - 2013, - Vol. 4, - P. 20-55.

[109] C. Rivetti, M. Guthold, C. Bustamante. Scanning force microscopy of DNA deposited onto mica: Equilibration versus kinetic trapping studied by statistical polymer chain analysis // J. Mol. Biol.,- 1996, - Vol. 264, - P. 919-932.

[110] H. Chen, S.P. Meisburger, S.A. Pabit, J.L. Sutton, W.W. Webb, L. Pollack. Ionic strength-dependent persistence lengths of single-stranded RNA and DNA // Proc. Natl. Acad. Sci., - 2012, - Vol. 109, - P. 799-804.

[111] L. Masino, G. Nicastro, A. De Simone, L. Calder, J. Molloy, A. Pastore. The Josephin domain determines the morphological and mechanical properties of ataxin-3 fibrils // Biophys. J., - 2011, - Vol. 100, - P. 2033-2042.

[112] T.P. Knowles, A.W. Fitzpatrick, S. Meehan, H.R. Mott, M. Vendruscolo, C.M. Dobson, M.E. Welland. Role of intermolecular forces in defining material properties of protein nanofibrils // Science, - 2007, - Vol. 318, - P. 1900-1903.

[113] C.C. vandenAkker, M.F.M. Engel, K.P. Velikov, M. Bonn, G.H. Koenderink. Morphology and persistence length of amyloid fibrils are correlated to peptide molecular structure // J. Am. Chem. Soc., - 2011, - Vol. 133, - P. 18030-18033.

[114] А.П.Толстова. Анализ данных атомно-силовой микроскопии с помощью компьютерного моделирования: диссертация к.ф.-м.н., Москва, 2015.

[115] William L. Jorgensen, Jayaraman Chandrasekhar and Jeffry D. Madura. Comparison of simple potential functions for simulating liquid water // J. Chem. Phys., - 1983, - Vol. 79, - P. 926-935.

[116] B. Hess, H. Bekker, H.J.C. Berendsen, J.G.E.M. Fraaije. LINCS: A linear constraint solver for molecular simulations // J. Comput. Chem., - 1997, - Vol. 18, -P. 1463-1472.

[117] J.A. Camarero, A. Shekhtman, E.A. Campbell, M. Chlenov, T.M. Gruber, D.A. Bryant, S.A. Darst, D. Cowburn, T.W. Muir. Autoregulation of a bacterial sigma factor explored by using segmental isotopic labeling and NMR // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., - 2002, - Vol. 99, - P. 8536-8541.

[118] J.W. Kelly. The alternative conformations of amyloidogenic proteins and their multi-step assembly pathways // Curr. Opin. Struct. Biol., - 1998, - Vol. 8, - P. 101106.

[119] M. Calamai, F. Chiti, C.M. Dobson. Amyloid fibril formation can proceed from different conformations of a partially unfolded protein // Biophys. J., - 2005, - Vol. 89, - P. 4201-4210.

[120] G. Bhak, Y.-J. Choe, S.R. Paik. Mechanism of amyloidogenesis: nucleation-dependent fibrillation versus double-concerted fibrillation // BMB Rep., - 2009, -Vol. 42, - P. 541-551.

[121] G. Merlini, V. Bellotti. Molecular mechanisms of amyloidosis // N. Engl. J. Med.,

- 2003, - Vol. 349, - P. 583-596.

[122] V.N. Uversky. Mysterious oligomerization of the amyloidogenic proteins // FEBS J., - 2010, - Vol. 277, - P. 2940-2953.

[123] M. López de la Paz, L. Serrano. Sequence determinants of amyloid fibril formation // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., - 2004, - Vol. 101, - P. 87-92.

[124] N.S. de Groot, I. Pallarés, F.X. Avilés, J. Vendrell, S. Ventura. Prediction of "hot spots" of aggregation in disease-linked polypeptides // BMC Struct. Biol., - 2005, -Vol. 5, - P. 18.

[125] M.T. Pastor, A. Esteras-Chopo, M. López de la Paz. Design of model systems for amyloid formation: lessons for prediction and inhibition // Curr. Opin. Struct. Biol., -2005, - Vol. 15, - P. 57-63.

[126] F. Rousseau, J.W.H. Schymkowitz, L.S. Itzhaki. The unfolding story of three-dimensional domain swapping // Struct. Lond. Engl. 1993, - 2003, - Vol. 11, - P. 243-251.

[127] E. Zerovnik, V. Stoka, A. Mirtic, G. Guncar, J. Grdadolnik, R.A. Staniforth, D. Turk, V. Turk. Mechanisms of amyloid fibril formation-focus on domain-swapping // FEBS J., - 2011, - Vol. 278, - P. 2263-2282.

[128] C. Kim, J. Choi, S.J. Lee, W.J. Welsh, S. Yoon. NetCSSP: web application for predicting chameleon sequences and amyloid fibril formation // Nucleic Acids Res.,

- 2009, - Vol. 37, - P. W469-473.

[129] V.N. Uversky. Amyloidogenesis of natively unfolded proteins // Curr. Alzheimer Res., - 2008, - Vol. 5, - P. 260-287.

[130] Y.N. Zhou, W.A. Walter, C.A. Gross. A mutant sigma 32 with a small deletion in conserved region 3 of sigma has reduced affinity for core RNA polymerase // J. Bacteriol., - 1992, - Vol. 174, - P. 5005-5012.

[131] A.K. Paravastu, R.D. Leapman, W.-M. Yau, R. Tycko. Molecular structural basis for polymorphism in Alzheimer's beta-amyloid fibrils // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., - 2008, - Vol. 105, - P. 18349-18354.

[132] J. Zheng, X. Yu, J. Wang, J.-C. Yang, Q. Wang. Molecular modeling of two distinct triangular oligomers in amyloid beta-protein // J. Phys. Chem. B., - 2010, -Vol. 114, - P. 463-470.

[133] J. Zhao, X. Yu, G. Liang, J. Zheng. Heterogeneous triangular structures of human islet amyloid polypeptide (amylin) with internal hydrophobic cavity and external wrapping morphology reveal the polymorphic nature of amyloid fibrils // Biomacromolecules, - 2011, - Vol. 12, - P. 1781-1794.

[134] M. McDonald, H. Box, W. Bian, A. Kendall, R. Tycko, G. Stubbs. Fiber Diffraction Data Indicate a Hollow Core for the Alzheimer's Ap Three-fold Symmetric Fibril // J. Mol. Biol., - 2012, - Vol. 423, - P. 454-461.

[135] J.D. Pham, N. Chim, C.W. Goulding, J.S. Nowick. Structures of Oligomers of a Peptide from p-Amyloid // J. Am. Chem. Soc., - 2013, - Vol. 135, - P. 12460-12467.

[136] M.F. Perutz, J.T. Finch, J. Berriman, A. Lesk. Amyloid fibers are water-filled nanotubes // Proc. Natl. Acad. Sci., - 2002, - Vol. 99, - P. 5591-5595.

[137] A. Sen, U. Baxa, M.N. Simon, J.S. Wall, R. Sabate, S.J. Saupe, A.C. Steven. Mass analysis by scanning transmission electron microscopy and electron diffraction validate predictions of stacked beta-solenoid model of HET-s prion fibrils // J. Biol. Chem., - 2007, - Vol. 282, - P. 5545-5550.