Разработка новых фармакологических мишеней и взаимодействующих с ними низкомолекулярных химических соединений для лечения болезни Альцгеймера

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 19-74-30007

НазваниеРазработка новых фармакологических мишеней и взаимодействующих с ними низкомолекулярных химических соединений для лечения болезни Альцгеймера

Руководитель Макаров Александр Александрович, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук , г Москва

Конкурс №33 - Конкурс 2019 года по мероприятию «Проведение исследований научными лабораториями мирового уровня в рамках реализации приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными 2019_33

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

Ключевые слова Болезнь Альцгеймера, бета-амилоид, церебральный амилоидоз, нейродегенерация, молекулярный механизм патогенеза, белок-белковые взаимодействия, компьютерное моделирование, ионы металлов, пост-трансляционные модификации, амилоидные матрицы, трансгенные животные, аутопсийный материал, фармакологические мишени, ингибиторы агрегации, прототипы лекарственных средств

Код ГРНТИ34.15.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Болезнь Альцгеймера (БА) является самой распространенной нейродегенеративной протеинопатией, которой подвержены около 1% населения России. На сегодняшний день БА страдают около 50 млн. человек в мире и по прогнозам это количество будет удваиваться каждые 20 лет [Alzheimer’s Association Report, 2018, Alzheimer’s Dementia]. При БА происходит превращение бета-амилоида (Аβ) из нормального мономерного компонента биологических жидкостей в растворимые нейротоксические олигомеры и нерастворимые внеклеточные агрегаты («амилоидные бляшки»), которые, в свою очередь, служат как депозитами агрегированного Аβ, так и вторичными источниками выделения в окружающую среду нейротоксических олигомеров. Ингибирование роста амилоидных бляшек в мозгу пациентов с помощью пассивной иммунотерапии (введение моноклональных антител (BAN2401) против агрегированных форм Аβ) в качестве средства лечения БА было валидировано в клинических испытаниях в 2018 г. (https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT01767311). Однако, принципиальным недостатком такой терапии является то, что она действует на уже сформировавшиеся агрегаты Аβ и не направлена на причину образования этих агрегатов. Для создания методов лечения БА существует острая потребность в кандидатных молекулах, направленно подавляющих патологическую агрегацию Aβ. В соответствии с новейшими достижениями в исследовании амилоидогенеза при БА [Jucker & Walker, 2013, Nature; Козин и др., 2018, Биохимия], зародышами такой агрегации являются комплексы Aβ и его изоформ с белками-партнерами – «амилоидные матрицы». Нам принадлежит приоритет в экспериментальном обосновании того, что образование специфических комплексов между изоформами Аβ, которые присутствуют в амилоидных бляшках пациентов с диагнозом БА, и белками-партнерами эндогенного Аβ является необходимым условием возникновения патогенеза БА [Kozin et al., 2013, Neurotox. Res.; Mitkevich et al., 2013, Cell Death Des.; Petrushanko et al., 2016, Sci. Reports; Barykin et al., 2018, Frontiers Mol. Neurosci.]. Эти комплексы – амилоидные матрицы, действуют как первичные очаги зарождения и распространения нейротоксических олигомеров и агрегатов Аβ, которые в свою очередь индуцируют процессы нейровоспаления и нейродегенерации, что ведет к возникновению болезни Альцгеймера. Принципиальная эффективность использования специально сконструированной изоформы Аβ для подавления образования амилоидных матриц и церебрального амилоидоза недавно была продемонстрирована нами на животной модели БА [Kozin et al., 2018, Frontiers Neurosci.]. Таким образом, впервые в мире была экспериментально доказана роль амилоидных матриц в молекулярном механизме инициирования амилоидоза при БА. Соответственно, ингибиторы образования амилоидных матриц представляют собой потенциальные средства лечения БА. Возможность создания таких ингибиторов основывается на наших предварительных данных о разрушении амилоидных матриц с помощью эналаприлата, а также тетрапептидов HAEE и RADD. Определение межмолекулярных интерфейсов комплексов Aβ с белками-партнерами является критически важным для рационального дизайна молекулярных агентов, предотвращающих образование и/или разрушающих такие комплексы. Цель настоящего проекта состоит в разработке, конструировании и тестировании прототипов лекарственных средств, подавляющих амилоидогенез и сопряженные с ним симптомы при БА (нейродегенерация, нарушение когнитивных функций), с использованием амилоидных матриц в качестве фармакологических мишеней принципиально нового типа. Научная новизна настоящего проекта состоит в том, что разрабатываемые препараты будут направлены не только на разрушение уже существующих агрегированных форм Аβ, но, в первую очередь, на предотвращение процессов их зарождения. В проекте будет реализован масштабный, комплексный подход для выявления низкомолекулярных соединений (включая пептиды и пептидомиметики), направленно ингибирующих образование амилоидных матриц. Получение валидированных по эффективности антиамилоидного действия молекул в качестве прототипов средств активного подавления патологического процесса при болезни Альцгеймера будет достигнуто путем решения взаимодополняющих задач: будут получены данные о структурно-функциональных свойствах амилоидных матриц, которые затем будут использованы в качестве базы для рационального конструирования низкомолекулярных ингибиторов образования этих матриц. Далее потенциальные терапевтические эффекты таких ингибиторов будут валидированы в серии тестов in vitro и на животных моделях, и наиболее эффективные ингибиторы будут дополнительно протестированы на способность нейтрализовать амилоидогенные и нейротоксические эффекты зародышей патологической агрегации бета-амилоида, выделенных из аутопсийного материала. Результатом выполнения проекта – объектом для коммерциализации бизнес-партнером компанией БИОКАД – станут запатентованные прототипы средств лечения болезни Альцгеймера.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Кечко О.И., Петрушанко И.Ю., Брауэр К.С., Аджубей А.А., Москалев А.А., Пятков К.И., Митькевич В.А., Макаров А.А. Beta-amyloid induces apoptosis of neuronal cells by inhibition of the Arg/N-end rule pathway proteolytic activity. Aging, 11(16), 6134-6152 (год публикации - 2019)
10.18632/aging.102177

2. Барыкин Е.П., Гарифулина А.И., Крюкова Е.В., Спирова Е.Н., Анашкина А.А., Аджубей А.А., Шелухина И.В., Кашеверов И.Е., Митькевич В.А., Козин С.А., Нольманн М., Цетлин В.И., Макаров А.А. Isomerization of Asp7 in beta-amyloid enhances iInhibition of the α7 nicotinic receptor and promotes neurotoxicity. Cells, 8(8), 771 (год публикации - 2019)
10.3390/cells8080771

3. Барыкин Е.П., Петрушанко И.Ю., Козин С.А., Митькевич В.А., Радько С.П., Макаров А.А. Several disease-associated properties of the beta-amyloid peptide are neutralized by its phosphorylation. Journal of Neurochemistry, 150 (Suppl. 1), 92-92, (год публикации - 2019)
10.1111/jnc.14776

4. Пеков С.И., Иванов Д.Г., Бугрова А., Индейкина М.И., Захарова Н.В., Попов И.А., Кононихин А.С., Козин С.А., Макаров А.А., Николаев Е.Н. Evaluation of MALDI-TOF/TOF mass spectrometry approach for quantitative determination of aspartate residue isomerization in the amyloid-β peptide. Journal of The American Society for Mass Spectrometry, 30(7), 1325-1329 (год публикации - 2019)
10.1007/s13361-019-02199-2

5. Иванов Д.Г., Индейкина М.И., Пеков С.И., Бугрова А.Е., Кечко О.И., Юсупов А.Е., Кононихин А.С., Макаров А.А., Николаев Е.Н. Попов И.А. Relative Quantitation of Beta-Amyloid Peptide Isomers with Simultaneous Isomerization of Multiple Aspartic Acid Residues by Matrix Assisted Laser Desorption Ionization-Time of Flight Mass Spectrometry. Journal of The American Society for Mass Spectrometry (год публикации - 2019)
10.1021/jasms.9b00025

6. Козин С.А., Макаров А.А. Конвергенция концепций патогенеза болезни Альцгеймера. Молекулярная биология, 53, №6, 1020-1028 (год публикации - 2019)
10.1134/S0026898419060107

7. Супрун Е.В., Радько С.П., Козин С.А., Митькевич В.А., Макаров А.А. Application of electrochemical method to a comparative study of spontaneous aggregation of amyloid-β isoforms Journal of Electroanalytical Chemistry, 861, 113938 (год публикации - 2020)
10.1016/j.jelechem.2020.113938

8. Шапошников М.В., Земская Н.В., Коваль Л.А., Минниханова Н.Р., Кечко О.И., Митькевич В.А., Макаров А.А., Москалев А.А. Amyloid-β peptides slightly affect lifespan or antimicrobial peptide gene expression in Drosophila melanogaster BMC GENETICS, 21, 65 (год публикации - 2020)
10.1186/s12863-020-00866-y

9. Родин С., Козин С.А., Кечко О.И., Митькевич В.А., Макаров А.А. Aberrant interactions between amyloid-beta and alpha5 laminins as possible driver of neuronal disfunction in Alzheimer's disease BIOCHIMIE, 174, 44-48 (год публикации - 2020)
10.1016/j.biochi.2020.04.011

10. Радько С.П., Хмелева С.А., Калюжный Д.Н., Кечко О.И., Киселева Ю.Ю., Козин С.А., Митькевич В.А., Макаров А.А. The english (H6R) mutation of the alzheimer’s disease amyloid‐β peptide modulates its zinc‐induced aggregation BIOMOLECULES, 10(6), 961 (год публикации - 2020)
10.3390/biom10060961

11. Барыкин Е.П., Гарифулина А.И., Толстова А.П., Анашкина А.А., Аджубей А.А., Мезенцев Ю.В., Шелухина И.В., Козин С.А., Цетлин В.И., Макаров А.А. Tetrapeptide Ac-HAEE-NH2 Protects α4β2 nAChR from Inhibition by Aβ INTERNATIONAL JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCES, 21, 6272 (год публикации - 2020)
10.3390/ijms21176272

12. Ершов П.В., Мезенцев Ю.В., Яблоков Е.О., Калужский Л.А., Иванов А.С., Гнучев Н.В., Митькевич В.А., Макаров А.А., Козин С.А. Прямой молекулярный фишинг цинкзависимых белковых партнеров бета-амилоида 1–16 с “Тайваньской” (D7H) мутацией и с фосфорилированным остатком SER8 МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ, 54, 6, 1029-1036 (год публикации - 2020)
10.31857/S0026898420060038

13. Барыкин Е.П., Гарифулина А.И., Аджубей А.А., Шелухина И.В., Козин С.А., Митькевич В.А., Цетлин В.И., Макаров А.А. Identification of α4β2 nAChR interaction sitewith Aβ42 and development of tetrapeptide capable of breaking this interaction Alzheimer's and Dementia, 16(Suppl. 3):e040936 (год публикации - 2020)
10.1002/alz.040936

14. Козин С.А., Лазарев В.Ф., Тсолаки М., Михайлова Е.Р., Бенкен К., Шевцов М.А., Никотина А.Д., Митькевич В.А., Макаров А.А., Маргулис Б.А., Гужова И.В. Extracellular complex of beta-amyloid with glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase contributes to neurodegeneration in Alzheimer’s disease Alzheimer's and Dementia, 16(Suppl. 2):e043347 (год публикации - 2020)
10.1002/alz.043347

15. Гусаров И., Шамовский И., Пани Б., Гаутер Л., Еремина С.Ю., Каткова-Жукотская О.А., Миронов А.С., Макаров А.А., Нудлер Е. Dietary thiols accelerate aging of C. elegans Natrue Communications, 12(1):4336 (год публикации - 2021)
10.1038/s41467-021-24634-3

16. Золотарев Ю.А., Митькевич В.А., Шрам С.И., Аджубей А.А., Толстова А.П., Талибов О.Б., Дадаян А.К., Мясоедов Н.Ф., Макаров А.А., Козин С.А. Pharmacokinetics and Molecular Modeling Indicate nAChRα4-Derived Peptide HAEE Goes through the Blood-Brain Barrier Biomolecules, 11(6):909 (год публикации - 2021)
10.3390/biom11060909

17. Лазарев В.Ф., Тсолаки М., Михайлова Е.Р., Бенкен К.А., Шевцов М.А., Никотина А.Д., Лечпаммер М., Митькевич В.А., Макаров А.А., Москалев А.А., Кохин С.А., Маргулис Б.А., Гужова И.В., Нудлер Е. Extracellular GAPDH Promotes Alzheimer Disease Progression by Enhancing Amyloid-β Aggregation and Cytotoxicity Aging and Disease, 12(5):1223-1237 (год публикации - 2021)
10.14336/AD.2020.1230

18. Толстова А.П., Макаров А.А., Аджубей А.А. Zinc Induced Aβ 16 Aggregation Modeled by Molecular Dynamics International Journal of Molecular Sciences, 22(22):12161 (год публикации - 2021)
10.3390/ijms222212161

19. Тверской А.М., Полуэктов Ю.М., Климанова Е.А., Митькевич В.А., Макаров А.А., Орлов С.Н., Петрушанко И.Ю., Лопина О.Д. Depth of the Steroid Core Location Determines the Mode of Na,K-ATPase Inhibition by Cardiotonic Steroids International Journal of Molecular Sciences, 22, 13268 (год публикации - 2021)
10.3390/ijms222413268

20. Москалёв А., Гуватова З., Лопес И.А., Бекетт Ч.В., Кеннеди Б.К., Магальяес Ж.П., Макаров А.А. Targeting aging mechanisms: pharmacological perspectives Trends in Endocrinology and Metabolism, Volume 33, Issue 4, Pages 266-280 (год публикации - 2022)
10.1016/j.tem.2022.01.007

21. Аджубей А.А., Толстова А.П., Стрелкова М.А., Митькевич В.А., Петрушанко И.Ю., Макаров А.А. Interaction Interface of Aβ42 with Human Na,K-ATPase Studied by MD and ITC and Inhibitor Screening by MD Biomedicines, 10(7), 1663 (год публикации - 2022)
10.3390/biomedicines10071663

22. Петрушанко И.Ю., Тверской А.М., Барыкин Е.П., Петровская А.В., Стрелкова М.А., Леонова О.Г., Анашкина А.А., Толстова А.П., Аджубей А.А., Богданова А.Ю., Макаров А.А., Митькевич В.А. Na,K-ATPase Acts as a Beta-Amyloid Receptor Triggering Src Kinase Activation Cells, 11(17), 2753 (год публикации - 2022)
10.3390/cells11172753

23. Митькевич В.А., Барыкин Е.П., Ерёмина С., Пани Б., Каткова-Жукотская О., Польшаков В.И., Аджубей А.А., Козин С.А., Миронов А.С., Макаров А.А., Нудлер Е. Zn-dependent β-amyloid Aggregation and its Reversal by the Tetrapeptide HAEE Aging and disease, 2022 https://doi.org/10.14336/AD.2022.0827 (год публикации - 2022)
10.14336/AD.2022.0827

24. Супрун Е.В., Радько С.П., Козин С.А., Митькевич В.А., Макаров А.А. Электрохимический анализ в исследовании агрегации бета-амилоида Успехи биологической химии (Biochemistry Moscow), т. 63, с. 175–206 (год публикации - 2023)
10.1134/S0006297923140067

25. Козин С.А. Роль взаимодействий цинка и бета-амилоида в патогенезе болезни Альцгеймера Успехи биологической химии (Biochemistry Moscow), т. 63, с. 149–174 (год публикации - 2023)
10.1134/S0006297923140055

Публикации