Методы ЯМР в молекулярной фармакологии и фармакометаболомике

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 проекта 19-14-00115

НазваниеМетоды ЯМР в молекулярной фармакологии и фармакометаболомике

Руководитель Польшаков Владимир Иванович, Доктор химических наук

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

Конкурс №35 - Конкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

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

Ключевые слова Спектроскопия 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
Проект нацелен на решение задач молекулярной фармакологии и фармакометаболомики методами спектроскопии ядерного магнитного резонанса. Планируется исследовать строение, динамические и функциональные свойства трех фармакологически важных ферментов – потенциальных мишеней действия лекарственных препаратов, выполнить методами ЯМР скрининг ингибиторов двух мишеней – неорганической пирофосфатазы из Mycobacterium tuberculosis (Mt-PPаза) и формиатдегидрогеназы Staphylococcus aureus (Sa-ФДГ), а также произвести поиск метаболитов в биологических жидкостях добровольцев, имеющих различный уровень потребления витаминов с целью определения биомаркеров витаминного статуса человека. Общей связующей целью проекта является разработка наиболее эффективных методик применения спектроскопии ЯМР для решения поставленных задач. В ходе выполнения проекта планируется исследовать функциональные свойства белка Est3 – компонента теломеразы термофильных дрожжей Hansenula polymorpha. Планируется также получить информацию о строении в растворе, функциональных и динамических свойствах крупных по меркам возможностей методов ЯМР белков - Mt-PPазы (116 кДа) и Sa-ФДГ (84 кДа). Будут измерены многомерные спектры ЯМР этих белков, обогащенных изотопами 15N, 13C и 2D, на основании которых будет получена информация об отнесении сигналов аминокислотных остатков этих белков. Оба этих фермента являются перспективными фармакологическими мишенями, которые могут быть использованы для поиска потенциальных антибактериальных препаратов. Планируется провести поиск ингибиторов этих ферментов методами ЯМР скрининга. Для скрининга будут отобраны соединения из коммерчески доступных библиотек химических соединений. Критериями отбора будут результаты докинга низкомолекулярных соединений в кристаллические структуры этих белков и их физико-химические свойства. Поиск и дизайн соединений-лидеров будет проведен с использованием современных методик ЯМР, включая SAR-by-NMR, используемый для дизайна молекулы из двух и более структурных фрагментов. Найденные ингибиторы ферментов Mt-PPазы и Sa-ФДГ будут использованы для финальной оптимизации их структуры методами медицинской химии и проведения углубленных доклинических исследований. Планируется, что найденные ингибиторы Mt-PPазы могут быть использованы в качестве противотуберкулезных средств, а ингибиторы Sa-ФДГ могут применяться для инактивации колоний высоко патогенных бактерий Staphylococcus aureus в виде биопленок. В рамках данного проекта планируется также исследование методом спектроскопии ЯМР метаболомных профилей здоровых лиц молодого возраста до и после монотерапии витаминами. В работе планируется исследовать влияние перорального приема витаминов С, В1, В6, В9, В12 и Д на метаболитный состав мочи, сыворотки и плазмы крови. Назначение моновитаминных препаратов необходимо для разработки методологии метаболомного типирования и идентификации метаболитов – маркеров биологической активности и/или витаминного статуса человека. Актуальность исследования обусловлена, как характером конкретных научных задач, которые планируется решить в рамках данного проекта, так и необходимостью разработки современных эффективных технологий применения спектроскопии ЯМР в молекулярной фармакологии и фармакометаболомике. Если говорить о конкретных научных задачах, то поиск новых антибактериальных препаратов (в том числе противотуберкулезных) является чрезвычайно важной задачей. Не менее важным и актуальным представляется и разработка методов персонализированной медицины. Так, в данном проекте планируется создать методы диагностики витаминного статуса человека, основанные на анализе спектров ЯМР биологических жидкостей. Предполагается, что разработанные методы позволят давать обоснованные рекомендации по приему витаминов. Все 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.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Шепелев Н.М., Марьясина С.М., Манцызов А.Б., Малявко А.Н., Ефимов С.В., Петрова О.А., Родина Е.В., Зверева М.Э., Донцова О.А., Польшаков В.И. Insights into the structure and function of Est3 from the Hansenula polymorpha telomerase Scientific Reports (год публикации - 2020)

2. Польшаков В.И., Петрова О.А., Манцызов А.Б., Марьясина С.С., Родина Е.В., Малявко А.Н., Шепелев Н.М., Ефимов С.В., Зацепин Т.С., Зверева М.Э. Донцова О.А. Структурно-функциональные исследования белков теломеразы БИОТЕХНОЛОГИЯ - МЕДИЦИНЕ БУДУЩЕГО, Материалы всероссийской мультиконференции с международным участием. Новосибирск, 2019, БИОТЕХНОЛОГИЯ - МЕДИЦИНЕ БУДУЩЕГО, Материалы всероссийской мультиконференции с международным участием. Новосибирск, 2019 Издательство: ООО "Офсет-ТМ", стр. 132 (год публикации - 2019)

3. Валуева А.В., Романов Р.С., Марьясина С.С., Елисеев М.С., Родина Е.В. Inorganic pyrophosphatase–nanodiamond conjugates hydrolyze pyrophosphate in human synovial fluid ACS Omega (год публикации - 2020)

4. А.В. Валуева, Р.С. Романов, С.С. Марьясина, М.С. Елисеев, Е.В. Родина Inorganic Pyrophosphatase–Nanodiamond Conjugates Hydrolyze Pyrophosphate in Human Synovial Fluid ACS Omega, Vol. 5, issue 15, pages 8579–8586 (год публикации - 2020)
10.1021/acsomega.9b04429

5. Н.Н. Шепелев, С.С. Марьясина, А.Б. Манцызов, А.Н. Малявко, С.В. Ефимов, О.А. Петрова, Е.В. Родина, М.Э. Зверева, О.А. Донцова, В.И. Польшаков Insights into the structure and function of Est3 from the Hansenula polymorpha telomerase Scientific Reports, Article number: 11109 (2020) (год публикации - 2020)
10.1038/s41598-020-68107-x

6. Р.С. Романов, С.С. Марьясина, С.В. Ефимов, В.В. Клочков, Е.В. Родина, В.И. Польшаков Backbone resonance assignment and dynamics of 110 kDa hexameric inorganic pyrophosphatase from Mycobacterium tuberculosis Biomolecular NMR Assignments, Vol. 14, issue 2, pages 281–287 (2020) (год публикации - 2020)
10.1007/s12104-020-09962-7

7. И.А. Остерман, M. Wieland, T.P. Maviza,К.А. Лашкевич, Д.А. Лукьянов, Е.С. Комарова, Ю.В. Закалюкина, R. Buschauer, Д.И. Ширяев, S.A. Leyn, J.E. Zlama, М.В. Бирюков, Д.А. Скворцов, В.Н. Ташлицкий, В.И. Польшаков, J. Cheng, Ю.С. Поликанов и др. Tetracenomycin X inhibits translation by binding within the ribosomal exit tunnel Nature Chemical Biology, Vol. 16, pages 1071–1077 (2020) (год публикации - 2020)
10.1038/s41589-020-0578-x

8. А.Н. Бончук, С. Камалян, С.С. Марьясина, К.М. Бойко, В.О. Попов, О.Г. Максименко, П.Г. Георгиев N-terminal domain of the architectural protein CTCF has similar structural organization and ability to self-association in bilaterian organisms Scientific Reports, Volume 10, Article number: 2677 (2020) (год публикации - 2020)
10.1038/s41598-020-59459-5

9. Павлова А.В., Монахова М.В., Оглоблина А.М., Андреева Н.А., Лаптев Г.Ю., Польшаков В.И., Громова Е.С., Зверева М.Э., Якубовская М.Г., Орецкая Т.С., Кубарева Е.А., Долинная Н.Г. Responses of DNA Mismatch Repair Proteins to a Stable G-Quadruplex Embedded into a DNA Duplex Structure International Journal of Molecular Sciences, vol. 21, article 8773 (год публикации - 2020)
10.3390/ijms21228773

10. Алферова В.А., Мавиза Т.П., Бирюков М.В., Закалюкина Ю.В., Лукьянов Д.А., Скворцов Д.А., Васильева Л.А., Ташлицкий В.Н., Польшаков В.И., Сергиев П.В., Коршун В.А., Остерман И.А. Biological evaluation and spectral characterization of a novel tetracenomycin X congener Biochimie, in press, published online 28 September 2021 (год публикации - 2022)
10.1016/j.biochi.2021.09.014

11. Мачулкин А.Е., Шафиков Р.Р., ..., Польшаков В.И.,..., Донцова О.А., Белоглазкина Е.К., Зык Н.В., Хазанова Е.С., Мажуга А.Г. Synthesis and biological evaluation of PSMA ligands with aromatic residues and fluorescent conjugates based on them Journal of Medicinal Chemistry, volume 64, issue 8, pages 4532–4552 (год публикации - 2021)
10.1021/acs.jmedchem.0c01935

12. Петров С.А., Мачулкин А.Е., Успенская А.А., Зык Н.Ю., Нименко Е.А., Гаранина А.С., Петров Р.А., Польшаков В.И., Гришин Ю.К., Рознятовский В.А., Зык Н.В., Мажуга А.Г., Белоглазкина Е.К. Polypeptide-Based Molecular Platform and Its Docetaxel/Sulfo-Cy5-Containing Conjugate for Targeted Delivery to Prostate Specific Membrane Antigen Molecules, Vol. 25, 5784 (год публикации - 2020)
10.3390/molecules25245784

13. Стародубова А.В., Косюра С.Д., Вараева Ю.Р., Ливанцова Е.Н., Поленова Н.В. The association between vitamin D levels and LDL-C in healthy adults Atherosclerosis, Vol. 331, e170-e171 (год публикации - 2021)
10.1016/j.atherosclerosis.2021.06.520

14. Ларичева Д.И., Марьясина С.С., Вараева Ю.Р., Стародубова А.В., Польшаков В.И. Оценка витаминного статуса человека методами ЯМР-метаболомики ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИ И БИОТЕХНОЛОГИИ. Сборник тезисов. XXXIII ЗИМНЯЯ МЕЖДУНАРОДНАЯ МОЛОДЁЖНАЯ НАУЧНАЯ ШКОЛА. Москва, 2021, Сборник тезисов. XXXIII ЗИМНЯЯ МЕЖДУНАРОДНАЯ МОЛОДЁЖНАЯ НАУЧНАЯ ШКОЛА. Москва, 2021, стр. 210 (год публикации - 2021)

15. Мачулкин А.Е., Успенская А.А., Зык Н.Ю., Нименко Е.А., Бер А.П., Петров С.А., Польшаков В.И., Шафиков Р.Р., Скворцов Д.А., .... , Белоглазкина Е.К., Зык Н.В., Хазанова Е.С., Мажуга А.Г. Synthesis, characterization, and preclinical evaluation of a small-molecule prostate-specific membrane antigen-targeted monomethyl Auristatin E conjugate Journal of Medicinal Chemistry, in press (год публикации - 2022)
10.1021/acs.jmedchem.1c01157

16. Малявко А.Н., Петрова О.А., Зверева М.Э., Польшаков В.И., Донцова О.А. Telomere length regulation by Rif1 protein from Hansenula polymorpha eLife, eLife 11:e75010 (год публикации - 2022)
10.7554/eLife.75010

Публикации