Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Проведена стандартизация структур 58 хемотипов природных соединений и структур 1676 их производных. Созданы две стандартизованных базы данных: «NaturalCompound_Scaffolds» по структуре 58 хемотипов природных соединений и «NIOCH» по структуре 1676 производных 58 указанных хемотипов. По значениям интегральных оценок уровня активности 58 хемотипов в отношении каждой из 168 гипогликемических биомишеней отобраны 20 релевантных белков-мишеней, наиболее значимых для проявления гипогликемической активности изучаемых природных хемотипов. В базах данных UniProtKB, PDB и ModBase для 20 наиболее значимых биомишеней, найдены 60 валидных 3D-моделей, соответствующих основным показателям качества 3D-моделей белков. Для всех 60 3D-моделей выявлены специфические сайты связывания. В результате создана база данных валидных 3D-моделей значимых белков-мишеней. Сформирована первичная база данных «HGly» по структуре и гипогликемической активности 1226 известных соединений, полученной из международных поисковых систем по биологически активным соединениям ChEMBL, BindingDB и PubChem. Химические и биологические данные были верифицированы и приведены к стандартному виду. С помощью оригинальной программы MC_SimScaf v20.9.1 ИТ «Микрокосм» создана база данных «HGly_Scaf» по структуре и уровню активности 318 известных соединений с гипогликемической активностью, структурно сходных с изучаемыми природными соединениями. Последовательно методами молекулярной механики и полуэмпирическим методом квантовой химии PM7 с помощью программ MarvinSketch v17.1.23 и MOPAC2016 построены оптимизированные 3D-модели для этих 318 соединений. С помощью программ PyRx v0.8 и AutoDock Vina v1.1.2 выполнен ансамблевый докинг указанных 318 соединений в сайты 60 валидных 3D-моделей 20 релевантных белков-мишеней, рассчитаны спектры таргетной аффинности этих соединений. Данные по гипогликемической активности из базы данных «HGly», сходные по условиям экспериментального тестирования, объединены в 23 общих группы. Объединенные значения были подвергнуты кластерному анализу в программе Statistica v8.0 с разделением на 5 классов активности: high, moderate, low, active, inactive. Каждому из 318 известных гипогликемических соединений, структурно сходных с 58 изучаемыми природными хемотипами, поставлена в соответствие метка уровня экспериментальной гипогликемической активности, найденная в кластерном анализе, спектр аффинности данного соединения в отношении 20 релевантных биомишеней, полученный в результате докинга, добавлены три объединенные градации активности и семь переменных сэмплинга. Сформирована верифицированная классификационная обучающая выборка по уровню гипогликемической активности и спектрам аффинности известных соединений, структурно сходных с изучаемыми природными соединениями. С использованием двух синтетических подходов синтезирована библиотека производных природных соединений различных хемотипов, представленных в сформированной нами базе данных «NaturalCompound_Scaffolds». Скрининг синтезированных соединений на гипогликемическую активность в пероральном глюкозотолерантном тесте позволил выявить группы соединений с общими структурными фрагментами, перспективные для разработки соединений гипогликемического действия. Скрининг наиболее типичных представителей изучаемых природных хемотипов выявил существенную гипогликемическую активность 9-замещённых производных берберина. Скрининг соединений, полученных введением в молекулу природного соединения фармакофора гипогликемического действия, показал обоснованность такого подхода к синтезу целевых соединений, поскольку выявил другой хемотип, ответственный за проявление гипогликемических свойств. Заметную гипогликемическую активность, не уступающую активности эталонного соединения вилдаглиптина, проявили синтезированные нами борнилпроизводные пара-(бензилокси)фенилпропановой кислоты. Эти соединения были протестированы в эксперименте на мышах с метаболическими нарушениями: линия C57BL / 6Ay. Помимо гипогликемических свойств, эти два соединения показали способность корректировать нарушения липидного обмена, но разной выраженности. Прогноз in silico показал, что исследуемые вещества, скорее всего, являются многоцелевыми гипогликемическими соединениями, механизм действия которых основан на выраженном снижении инсулинорезистентности и сильном инкретин-миметическом эффекте. Различие в величине эффектов этих соединений на биохимические параметры крови в эксперименте на мышах C57BL / 6Ay хорошо согласуется с расчетным прогнозом приоритетного ранжирования биологических мишеней для этих соединений.

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
В 2021 году в ходе выполнения настоящего проекта при помощи нейросети была построена консенсусная ансамблевая мультитаргетная модель гипогликемической активности химических соединений, структурно релевантных 58 изучаемым природным хемотипам. Это позволило создать оптимизированные 3D-модели 1675 производных природных соединений из базы данных «NIOCH» и выполнить их ансамблевый докинг в сайты 20 наиболее значимых мишеней, отвечающих за гипогликемическое действие. Также был проведен расчет спектров таргетной аффинности этих соединений и сформирована прогнозная выборка. На основе проведенных компьютерных расчетов из имеющейся базы данных химический веществ «NIOCH» были выявлены 623 перспективных производных природных соединений, относящихся к разным структурным типам. Обнаруженные вещества при компьютерном моделировании проявили потенциальную активность как по одной, так и по нескольким биологическим мишеням. Среди них были отобраны 61 соединение, проявляющие наибольший потенциал. В исследовании на животных в оральном глюкозотолерантом тесте были проверены 45 веществ, среди которых были выявлены наиболее активные: 9-N-гексилберберин (SHE-196) и 9-О-ацетамидное производное берберина (SHE-46), и производное кумарина (ТХ-12). При использовании другой экспериментальной модели – сахарного диабета, вызванного введением аллоксана мышам, были протестированы 8 соединений, среди которых было выявлено ещё одно вещество с гипогликемическим действием: 1,2,4-оксадиазольное производное дезоксихолевой кислоты, (Pia-403). Для SHE-196 дополнительно были проведены исследования на животной модели сахарного диабета 2 типа. Было обнаружено, что трехнедельное пероральное введение данного соединения в дозе 15 мг/кг позволяет значительно улучшить состояние лабораторных животных: происходило снижение массы тела, уменьшалось содержание глюкозы и инсулина в крови, происходило разрешение жировой дистрофии печени и восстановление нормального строения бета-клеток поджелудочной железы, появились признаки активизации бурого жира и повышения чувствительности к инсулину. Последний эффект был также продемонстрирован в отдельном эксперименте на животных. Были созданы базы данных второй итерации 169 виртуальных производных берберина и холевых кислот на основе модификации структур найденных соединений-скаффолдов, построены оптимизированные 3D-модели соединений, выполнен ансамблевый докинг, проведен расчет спектров таргетной аффинности и выполнен второй этап итеративного виртуального скрининга гипогликемической активности второй серии соединений. На основании двух итераций произведенных расчетов были отобраны 64 соединения, для их синтеза были разработаны соответствующие методики, с применением которых был осуществлён синтез первых представителей второй серии соединений. В оральном глюкозотолерантном тесте показано, что среди новых соединений, аналогов 9-N-гексилберберина (SHE-196), имеются вещества, проявляющие гипогликемическое действие.

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
В ходе выполнения работ по проекту за отчётный период были сформированы базы данных второй итерации новых соединений, и был проведён второй этап консенсусного виртуального скрининга высокого уровня гипогликемической активности для производных природных соединений ряда берберина, терпенилкумаринов, холевых кислот и усниновой кислоты. Для производных холевых кислот и 9-N-n-алкилберберинов период были сформированы базы данных третьей итерации, и проведён третий этап консенсусного виртуального скрининга высокого уровня гипогликемической активности. Был осуществлен синтез новых соединений, выбранных путём экспертного анализа результатов консенсусного виртуального скрининга. Всего на этом этапе синтезировано 17 производных берберина; 16 1,2,4-оксадиазольных и 1,3,4-оксадиазольных производных холевых кислот; 12 терпенилкумаринов; 8 новых производных усниновой кислоты. Скрининг в ОГТТ гипогликемической активности новых соединений показал, что гипогликемическая активность характерна для 9-N-производных берберина и тетрагидроберберина как класса соединений. Однако; для производных берберина активность возрастает с уменьшением длины цепи алифатического заместителя при атоме азота; тогда как для производных тетрагидроберберина зависимость обратная, гипогликемический эффект возрастает при увеличении длины заместителя. В ОГТТ выявлены соединения класса 7-О-терпенил-кумаринов, проявляющие достоверный гипогликемический эффект в 10 и 15 мг/кг. На модели сахарного диабета , индуцированного аллоксаном,. достоверный гипогликемический эффект в дозе 50 мг/кг проявили 1,2,4-оксадиазольное производное 3,12-диоксохолановой кислоты и енаминовое производное дигидроусниновой кислоты. Основываясь на результатах проведенного при помощи ОГТТ скрининга 9-N-производных берберина и тетрагидроберберина, производных диоксохолановой кислоты, 7-гидроксикумаринов в качестве наиболее перспективных соединений для углубленного изучения гипогликемической активности на мышах с ожирением и сахарным диабетом 2 типа были выбраны два производных берберина: 9-N- n-додецилберберина хлорид (SHE 205) и 9-N- n-гептилтетрагидроберберин (GLA 10), которые были изучены на модели сахарного диабета 2 типа у мышей (мыши C57Bl/6Ay (AY)). Введение соединения SHE 205 в дозе 15 мг/кг мышам AY в течении 4х недель приводило к значительному гипогликемическому эффекту и выраженному улучшению толерантности к глюкозе. Однако, это вещество способствовало усугублению жирового гепатоза у мышей AY. Эти данные позволяют предположить, что дальнейшее увеличение длины алкильного фрагмента у таких производных является не перспективным с точки зрения поиска новых гипогликемических агентов. Введение соединения GLA 10 в дозе 15 мг/кг мышам AY в течение 4х недель выявило значительный гипогликемический эффект, связанный с повышением чувствительности тканей мышей к инсулину. Введение GLA 10 не выявило его токсического эффекта на животных, о чем свидетельствовали динамика масса тела животных, потребление корма, биохимические параметры крови и данные гистологического исследования. Изучена таргетная активность соединений-лидеров в отношении биомишеней, вносящих вклад в гипогликемическую активность. Тестирование проводилось в отношении дипептидилпептидазы-4 (ДПП-4), рецептора свободных жирных кислот (FFA1r) и протеин тирозин фосфатазы 1B (PTP1B). Из анализа полученных данных можно предположить, что связывание с PTP1B и ДПП-4 вносит заметный вклад в гипогликемическую активность 9-N-n-алкил производных берберина, тогда как гипогликемическая активность 9-N-n-алкил производных тетрагидроберберина, скорее всего, опирается на иные мишени.