Боль и воспаление являются взаимозависимыми и жизненно-важными процессами для организма. Однако их переход в хроническую форму относят к патологическим и крайне нежелательным явлениям, которые сильно ухудшают качество жизни больных и требуют современного и адекватного лечения. На сегодняшний день арсенал обезболивающих средств ограничен опиоидами, нестероидными противовоспалительными препаратами и аналогами гамма-аминомасляной кислоты. Перечисленные лекарственные препараты либо недостаточно эффективны, либо обладают серьезными побочными эффектами, ухудшающими качество жизни больных и даже делающими прием этих лекарств невозможным. Таким образом, в настоящее время существует острая необходимость в новых эффективных и безопасных обезболивающих и противовоспалительных препаратах. TRPA1 представляет собой неселективный катионный канал, который отвечает за восприятие широкого спектра химических раздражителей, окислителей, низких температур, механо- и болевых сигналов, возникающих при воспалении и окислительном стрессе. Этот рецептор участвует в передаче практически всех видов болевых сигналов и играет ключевую роль в развитии воспаления, боли и ее хронизации. TRPA1 обуславливает болевые ощущения при таких хронических заболеваниях как артриты, мигрень, диабетическая нейропатия, панкреатит, заболевания кишечника, а также химиотерапия-индуцированная нейропатия, развивающаяся во время лечения онкологических заболеваний. Учитывая, что TRPA1 активен при различных патологических состояниях, ведется активный поиск и исследование его модуляторов с целью создания новых эффективных и безопасных лекарственных препаратов направленного действия. В качестве прообразов таких препаратов, могут быть использованы пептидные токсины ядовитых животных, демонстрирующие высокую способность к связыванию и избирательность, обусловленные «эволюционной подгонкой» к важнейшим рецепторам организма. Однако, по сравнению с другими семействами ионных каналов, механизмы взаимодействия рецепторов TRP c полипептидными токсинами в настоящее время остаются практически неизученными. Кроме того, существует ряд фундаментальных вопросов о механизме функционирования рецептора TRPA1, на которые пока нет ответа. Так, непонятен молекулярный механизм регуляции канала ионами Ca2+ и механизм термочувствительности рецептора. Возможно, за эти механизмы отвечают VSL-домены (voltage sensor-like domains), состоящие из четырех трансмембранных спиралей (S1-S4) и гомологичные потенциал-чувствительным доменам K+, Na+ и Ca2+ каналов, однако не выполняющие функцию сенсора потенциала. Целью проекта является исследование структурно-функциональных аспектов взаимодействия канала человека TRPA1 с токсинами-модуляторами и установление роли VSL-доменов в регуляции работы канала. В качестве модуляторов канала TRPA1 в проекте предлагается использовать токсины пауков ProTx-I и Pha1b, имеющие структуру цистеинового узла и, возможно, взаимодействующие с каналом в области внеклеточных петель VSL-доменов, а также два новых пептида Кунитц-типа HCIQ2с1 и НСGS1.36 из морской анемоны Heteractis crispa. В рамках проекта методами электрофизиологии будут исследованы параметры взаимодействия пептидов с TRPA1. Фармакологический потенциал пептидов будет изучен в различных in vivo моделях стимуляции боли и воспаления. Основные работы в рамках проекта будут посвящены структурно-динамическим исследованиям взаимодействующих молекул и образуемых ими комплексов. Стоит отметить, что внутримолекулярная подвижность является важным фактором, определяющим механизм работы белковых молекул и, в том числе, влияющим на эффективность взаимодействия лиганд-рецептор. Для достижения целей проекта предлагается применить комплексный подход, основанный на использовании двух мощных и комплементарных методов структурной биологии – криоэлектронной микроскопии и ЯМР-спектроскопии. Электронная микроскопия позволяет решать задачи по структурным исследованиям больших мембранных белков и их комплексов с лигандами. В тоже время ЯМР-спектроскопия – единственный структурный метод, который дает детальную информацию о внутримолекулярной подвижности пептидов и небольших мембранных белков. Важным достоинством обоих методов также является возможность проведения исследований в окружении, максимально приближенном к липидной мембране. В соответствии с диапазонами молекулярных масс, доступных для исследования различными методами, структурные работы в рамках проекта предлагается разделить на несколько параллельных подзадач. Методом ЯМР-спектроскопии будут исследованы структура и динамика молекул токсинов, отдельного VSL-домена канала TRPA1, а также их комплексов. Электронная микроскопия будет использована для установления пространственной структуры комплексов токсинов с полноразмерным каналом. Мы ожидаем, что применение такого комплексного подхода позволит получить новые уникальные данные о структурной организации и молекулярных механизмах, лежащих в основе активации и инактивации каналов семейства TRP экзогенными лигандами (токсинами), которые, в перспективе, могут быть полезны как для последующих фундаментальных исследований, так и в качестве основы для создания новых эффективных и безопасных лекарственных препаратов для лечения боли и воспаления.