КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
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 22-23-00850
НазваниеХимерные молекулы избирательного протеолиза PI3K-киназы
РуководительБунев Александр Сиясатович,
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тольяттинский государственный университет", Самарская обл
| Период выполнения при поддержке РНФ | 2022 г. - 2023 г. |
Конкурс№64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-103 - Синтез, строение и свойства природных и физиологически активных веществ; медицинская химия и прогнозирование различных видов биоактивности
Ключевые словаPROTACs, ингибиторы PI3K, структурно-ориентированный молекулярный дизайн, E3-лигаза, пиримидины, реакции кросс-сочетания
Код ГРНТИ31.21.27
СтатусЗакрыт досрочно
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Представленный научный проект направлен на формирование научного задела в области дизайна химерных молекул, ориентированных на избирательную деградацию онкогенного белка PI3K посредством протеолиза. Известно, что PI3K/Akt/mTOR сигнальный путь имеет решающее значение для канцерогенеза, и ингибиторы, нацеленные на данный сигнальный каскад, продемонстрировали большой прогресс в лечении рака. Тем не менее, все пути рационального дизайна ингибиторов PI3K не исчерпаны: по-прежнему остро стоит вопрос селективности к различным изоформам, а приобретенная лекарственная устойчивость препятствует их продолжительному применению в клинической практике. Альтернативной терапевтической стратегией, активно развивающейся в последние годы, является разработка химерных молекул (PROTACs), нацеленных на эксплуатацию клеточного механизма белкового гомеостаза, E3-лигаза опосредованного протеолиза белка интереса (POI). Данная стратегия лишена классических проблем, присущих как дизайну киназных ингибиторов, так и их клиническому применению. В данной работе впервые будут заложены научные основы выбора оптимального линкера для химерных молекул нацеленных на PI3K, посредством рекрутинга как минимум двух E3-лигаз (CRBN и VHL). Будут предложены оригинальные синтетические стратегии сборки химерных молекул на основе pan и изоформа-селективных ингибиторов PI3K пропеллерного типа (BKM120 и его аналоги). Будет получена серия клеточных линий экспрессирующая различные изоформы PI3K (HEK293, PI3K(a,b,d,g)-Nanoluc) для исследования внутриклеточного протеолиза in vitro.
Ожидаемые результаты
В ходе выполнения представленного проекта будет решен ряд задач, важных для разработки высокоактивных химерных молекул нацеленных на протеолиз PI3K. В частности, во-первых, будут подобраны оптимальные линкеры (конформационно подвижные и жесткие) связывающие рекрутеры E3-лигазы (CRBN и VHL) c ингибиторами PI3K (BMK-120, его аналоги и др) и определены характеристики, влияющие на параметр DC50 (degradation concentration), по сути, впервые будет проведена SAR-оптимизация библиотеки линкеров для химерных молекул нацеленных на PI3K. Во-вторых, будут реализованы синтетические стратегии сборки химерных молекул с оптимальным линкером на основе пропеллерных ингибиторов PI3K, что в дальнейшем позволит синтезировать изоформа-селективные PROTACs, для более тонкой регуляции PI3K/Akt/mTOR сигнального каскада. В-третьих, в рамках реализация проекта будет получена серия клеточных линий экспресирующая различные изоформы PI3K (HEK293, PI3K(a,b,d,g)-Nanoluc) для внутриклеточного in-vitro исследования протеолиза.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Данный проект направлен на разработку новых эффективных химерных молекул, ориентированных на протеолиз (PROTAC) PI3K-киназы, важной мишени в развитии онкологических и аутоиммунных заболеваний. В рамках проекта на данном этапе нам удалось разработать синтетический подход к получению производных BKM-120 пан-ингибитора PI3K пропеллерного типа. Синтезированные соединения показали незначительное снижение активности in vitro по ингибированию киназной активности и фенотипического ответа в скрининге на антипролиферативную активность (глиобластома U87 MG, карцинома яичников A2780, рак молочной железы MCF7, карцинома предстательной железы DU-145, колоректальный рак HCT 116). Эти результаты позволяют нам использовать данные лиганды к PI3K-киназе для синтеза новых эффективных химер. Также нам удалось реализовать инструментарий к рациональному дизайну деградеров, мы получили и валидировали репортерную систему на основе HaloTAG слитого с GFP для оценки эффективности линкеров, используемых в конструировании PROTAC. Другие полученные нами клеточные линии в ходе классической трансфекции и селекции, демонстрируют возможность использования конструкции POI-HiBiT для оценки полумаксимальной концентрации деградации. Разработанный инструментарий послужит отправной точкой для реализации второго этого проекта по синтезу конкретных химерных молекул и исследованию их функциональных свойств.
Публикации
1. Бунев А.С., Варакина Е.В., Гасанов Р.Е., Кудинов А.Ю., Хоченков Д.А. Synthesis of BKM-120 analogues: the core morpholine replacement strategy is efficient for future conjugation in the synthesis of PROTAC Успехи синтеза и комплексообразования = Advances in synthesis and complexing : сборник тезисов шестой Международной научной конференции. Москва, РУДН,, № б/н, Том б/н, стр. 157 (год публикации - 2022)
2. Бунев А.С., Гасанов Р.Э., Кудинов А.Ю. Репортерные клеточные линии, несущие HiBiT-тэг для скрининга химерных молекул избирательного протеолиза BRD4 Успехи молекулярной онкологии, №4 (приложение), Т.9, 89-90. (год публикации - 2022)
Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Данный проект направлен на разработку новых эффективных химерных молекул, ориентированных на протеолиз (PROTAC) PI3K-киназы, важной мишени в развитии онкологических и аутоиммунных заболеваний. На втором этапе реализации проекта нам удалось продемонстрировать возможность использования полученных нами репортерных клеточных линий HEK293(PI3KCAwt-HiBiT/PIK3R1) во внутриклеточном анализе термического сдвига (CETSA) с использованием для оценки эффективности ингибиторов PI3KCA (Dactolisib, PI-103, Pactilisib, ZSTK474, LY294002, PIK90, BKM-120 и др.). Нами продемонстрирована корреляция между ингибиторной активностью высокопотентных ингибиторов и термического сдвига. В дальнейшем был проведен дизайн и синтез новых PROTACs на основе производных 4-гидрокситалидомида, BKM120 и его аналогов, однако исследование показало, что синтезированные соединения не проявляли ожидаемой доза- и время-зависимой деградации PI3KCA, что позволило нам констатировать неэффективность использования ингибиторов пропеллерного типа для разработки деградеров, по видимому в первую очередь из-за неоптимального расположения вектора выхода, ввиду глубинного залегания ингибитора в активном сайте киназы. Дополнительно синтезированные молекулы были подвергнуты фенотипическому скринингу на панели опухолевых клеточных линий (глиобластома U87 MG, карцинома яичников A2780, рак молочной железы MCF7, карцинома предстательной железы DU-145, колоректальный рак HCT 116). Все синтезированные соединения продемонстрировали микромолярные IC50 (1.7-21.28 микмоль/л). Несмотря на отрицательный результат по исследованию деградации PI3KCA, полученные данные гармонично дополняют информацию о структурно-ориентированном дизайне химерных молекул ориентированных на протеолиз.
Публикации
Возможность практического использования результатов
Полученные в работе результаты могут быть использованы. в отечественных лабораториях и центрах разработки фармацевтических компаний для рационального дизайна новых ингибиторов фосфоинозитид-3-киназы альфа, а также новых химерных молекул ориентированных на протеолиз