КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 19-14-00115

НазваниеМетоды ЯМР в молекулярной фармакологии и фармакометаболомике

РуководительПольшаков Владимир Иванович, Доктор химических наук

Организация финансирования, регионФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова», г Москва

Годы выполнения при поддержке РНФ 2022 - 2023 

КонкурсКонкурс на продление сроков выполнения проектов, поддержанных грантами Российского научного фонда по приоритетному направлению деятельности Российского научного фонда «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами» (35)

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни, 04-202 - Протеомика; структура и функции белков

Ключевые словаСпектроскопия ЯМР, структура и динамика белка в растворе, взаимодействие белок-лиганд, ЯМР скрининг, метаболомика, теломераза, пирофосфатаза, формиатдегидрогеназа, витамины

Код ГРНТИ34.15.63


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Спектроскопия ЯМР является одним из важнейших биофизических методов исследования живых систем. Методы ЯМР в растворе и твердой фазе, наряду с рентгеновской кристаллографией и криоэлектронной микроскопией составляют экспериментальную основу структурной биологии, прогресс которой в последние годы определил стремительное развитие молекулярной биологи, молекулярной фармакологии и других смежных областей науки, исследующих живые системы. Но наибольшую ценность методы ЯМР предоставляют для мониторинга белок-лигандных взаимодействий и изучения сложных смесей низкомолекулярных соединений (например, метаболитов в биологических жидкостях). Настоящий проект нацелен на разработку эффективных подходов к решению этих задач. Планируется поиск новых биологически активных соединений методами ЯМР скрининга, исследование структуры и конформационных свойств новых антибактериальных, противогрибковых и противораковых соединений, и метаболомные исследования, имеющие своей целью, как поиск биомаркеров, характеризующих уровень потребления витаминов человеком, так и определение последствий нокаутирования различных генов у мышей на метаболомном уровне. Основным методом решения всех указанных задач является спектроскопия ЯМР. В ходе исследований, проведенных в рамках проекта за период 2019-2021 гг., методами спектроскопии ЯМР были изучены неорганическая пирофосфатаза из Mycobacterium tuberculosis (Mt-PPаза, 110 кДа) и формиатдегидрогеназа из Staphylococcus aureus (Sa-ФДГ, 84 кДа). Для них получено отнесение сигналов, необходимое для рационального дизайна ингибиторов этих ферментов – потенциальных антибактериальных препаратов. Уже были найдены первые структуры ингибиторов. В рамках развития проекта по этому направлению планируется выполнить работы по дизайну новых, более эффективных ингибиторов этих ферментов. Для соединений – лидеров по ингибирующим свойствам будут определены центры их связывания с белками-мишенями на основе изменений химических сдвигов Mt-PPазы и Sa-ФДГ при их взаимодействии с найденными соединениями и последующего молекулярного моделирования. Ингибирующие свойства найденных соединений – хитов будут определены в соответствующих in vitro биохимических тест-системах. Для найденных ингибиторов обоих ферментов будет проведен анализ взаимосвязи структура-активность. Важным направлением работ по проекту являются исследования в области ЯМР метаболомики. Метаболомный анализ позволяет идентифицировать одновременно больше число метаболитов в исследуемой пробе, создать индивидуальный “метаболический отпечаток”, который характеризует функциональное состояние организма. Для получения достоверных выводов необходим строгий статистический анализ результатов метаболомного эксперимента его сопоставление с базовыми клинико-лабораторными показателями участников исследования. По направлению метаболомных исследований, имеющих своей целью поиск биомаркеров, характеризующих уровень потребления витаминов, будет завершён начатый ранее анализ измеренных спектров ЯМР биологических жидкостей (мочи, сыворотки и плазмы крови) добровольцев, принимавших витамины A, D, С, E, K, В1, В6, и В12. На основе распределения концентраций метаболитов будет выполнен статистический анализ полученных данных. Полученные результаты будут проанализированы совместно с данными иммуноферментного анализа по концентрациям исследуемых витаминов. Предполагается, что удастся идентифицировать метаболиты, концентрация которых достоверно изменяется в зависимости от отсутствия или присутствия каждого из исследованных витаминов. Для витамина В9 (фолиевая кислота) уже удалось идентифицировать β-гидроксибутират в качестве биомаркера приема этого витамина. Планируется методами ЯМР метаболомики провести дополнительные исследования на группе добровольцев до и после приема β-гидроксибутирата и исследовать взаимосвязь между клинико-лабораторными показателями и концентрацией метаболитов у обследованных лиц. Метаболомную часть проекта планируется расширить и на исследование влияния нокаутирования несколько генов у мышей, отвечающих за регуляцию внутриклеточных процессов, на метаболом экспериментальных животных. Планируется исследовать метаболом мышей, нокаутных по генам трех метилтрансфераз (Mettl4, MT и Mettl15) и по гену Mtln, кодирующему пептид - регулятор липидного обмена митохондрий. Сравнение метаболических профилей биологических жидкостей нокаутных животных и мышей дикого типа позволит выявить изменения в метаболизме, которые могут быть ассоциированы с функциональной ролью исследуемых генов. Результаты такой работы имеют очевидную ценность для развития методов системной биологии. Предложенные исследования являются новыми и в своей совокупности не имеют аналогов в мире. Планируется публикация полученных результатов преимущественно в журналах первого квартиля списка Web of Science.

Ожидаемые результаты
В результате выполнения запланированного исследования методами ЯМР скрининга планируется создать соединения, обладающие ингибирующей активностью по отношению к неорганической пирофосфатазе из Mycobacterium tuberculosis (Mt-PPазе) и формиатдегидрогеназе из Staphylococcus aureus (Sa-ФДГ). Эти соединения могут рассматриваться в качестве потенциальных антибактериальных препаратов, механизм действия которых связан с блокированием указанных ферментов патогенных бактерий. Методами ЯМР и молекулярного моделирования будут определены центры связывания этих соединений с белками-мишенями. Методами ЯМР и квантовой химии будет исследовано строение, конформационные и физико-химические свойства новых антибактериальных, противогрибковых и противораковых соединений - синтезированных или выделенных из природных объектов. В результате выполнения исследований в области ЯМР метаболомики будут идентифицированы метаболиты, концентрация которых меняется в зависимости от уровня приема витаминов A, D, С, E, K, В1, В6, B9 и В12. В случае обнаружения статистически достоверных различий в уровне концентрации таких метаболитов в биологических жидкостях добровольцев до и после приема указанных витаминов, они могут рассматриваться в качестве биомаркеров витаминного статуса человека. Такие маркеры могут быть далее использованы для разработки новых методов диагностики витамин-дефицитных состояний человека и их коррекции. В ходе исследования влияния нокаутирования различных генов на метаболом мышей планируется получить информацию о том, как нокаут по генам метилтрансфераз Mettl4, MT и Mettl15, и гену Mtln, кодирующему пептид - регулятор липидного обмена митохондрий, отражается на концентрации метаболитов в биологических жидкостях мышей (мочи и плазмы крови). Полученные данные позволят cделать вывод о возможной функциональной роли продуктов исследованных генов и причинах наблюдаемых изменений на метаболомном уровне. Запланированные результаты соответствуют уровню работ ведущих мировых научных центров и имеют высокую научную значимость. Цели проекта полностью соответствуют направлению Стратегии научно-технологического развития РФ «Переход к персонализированной медицине, высокотехнологичному здравоохранению и технологиям здоровьесбережения, в том числе за счет рационального применения лекарственных препаратов (прежде всего антибактериальных)». Это относится, как к поиску новых биологически активных соединений, так и к развитию высокотехнологических методов ЯМР метаболомики для решения задач персонализированной медицины. Ожидаемые результаты проекта имеют не только очевидные возможности их практического применения в медицине, но и высокий фундаментальный уровень. Результаты исследования планируется публиковать в ведущих международных высокорейтинговых научных журналах и докладывать на международных и российских конференциях.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ