Создание нового типа агентов для преодоления P-gp-опосредованной химиорезистентности

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 23-13-00344

НазваниеСоздание нового типа агентов для преодоления P-gp-опосредованной химиорезистентности

Руководитель Григорьева Татьяна Алексеевна, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" , г Санкт-Петербург

Конкурс №80 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований 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 слова Разработка лекарственных препаратов, компьютерное моделирование лекарственных препаратов, химическое пространство, химиорезистентность, множественная лекарственная устойчивость, P-gp, MDR1, Р-гликопротеин, эффлюкс, биодоступность, химерные низкомолекулярные соединения

Код ГРНТИ31.27.51

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект посвящен разработке низкомолекулярных соединений, провоцирующих выход эффлюкс-транспортера P-gp из клеточный мембраны в цитозоль. Снижение содержания P-gp в мембране будет приводить к подавлению эффлюкса и накоплению противоопухолевых агентов в клетке, что позволит преодолеть P-gp-опосредованную химиорезистентность опухолевых клеток. В рамках проекта будут осуществлены разработка концепции, дизайн, синтез и изучение эффектов новых низкомолекулярных соединений, взаимодействующих одновременно с внутриклеточным участком P-gp и с убиквитинлигазой. Сближение этих белков, вызванное предложенными соединениями, спровоцирует убиквитинилирование P-gp, приводящее к его выходу из мембраны. Использование подобных соединений позволит а) продолжать терапию препаратом, который был эффективен на первой линии терапии, избегая поиска новых схем лечения в случае рецидива опухоли, либо б) изначально снизить дозировку химиопрепарата, что позволит снизить нагрузку на организм пациента. Таким образом, проект полностью соответствует стратегии научно-технического развития РФ «Переход к персонализированной медицине, высокотехнологичному здравоохранению и технологиям здоровьесбережения, в том числе за счет рационального применения лекарственных препаратов (прежде всего антибактериальных)», особенно учитывая перспективу применения подобных структур за пределами опухолевых заболеваний (в частности, в случае антибиотикорезистентности). Работа рассчитана на три года, в течение которых параллельно с комплектованием библиотеки полноразмерных соединений будет осуществляться подготовка биологического инструментария и исследование фрагментов предложенных химер, потенциально способных самостоятельно проявлять биологическую активность. Такое распределение этапов позволит провести весь комплекс разработки препаратов вплоть до валидации соединений-лидеров. Возможности коллектива позволяют вести работы в области медицинской химии на современном мировом уровне. В ходе работы будет созданы новые клеточные модели, и разработаны методы оценки противоопухолевого эффекта соединений, поскольку специфика ингибиторов транспортеров предполагает их сочетанное применение с противоопухолевыми (и не только) агентами. Возможности компьютерного моделирования позволят проанализировать широчайший спектр потенциальных лигандов и отобрать для синтеза наиболее перспективные. Таким образом, в результате реализации проекта помимо научного вклада в понимание механизмов резистентности и в развитие способов ее преодоления, будут получены конкретные соединения-лидеры, которые впоследствии могут быть оптимизированы и использованы в различных терапевтических схемах, связанных не только с онко-, но и с антибактериальной терапией.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Григорьева Т.А., Новикова Д.С., Трибулович В.Г. A fresh angle on P-glycoprotein to overcome tumor chemoresistance Proceedings Book of the XXIX Symposium “Bioinformatics and Computer-Aided Drug Discovery” – Moscow: Institute of Biomedical Chemistry, 2023, Proceedings Book of the XXIX Symposium “Bioinformatics and Computer-Aided Drug Discovery” – Moscow: Institute of Biomedical Chemistry, 2023. – P. 52. (год публикации - 2023)
10.18097/BCADD2023

2. Новикова Д.С., Трибулович В.Г. Восстановление пиримидинового кольца 5,7-замещенных пиразоло[1,5-a]пиримидинов для дизайна биологически активных молекул Сборник тезисов докладов X молодежной конференции ИОХ РАН, посвященной 300-летию Российской академии наук и 90-летию Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН, С. 204. (год публикации - 2023)

3. Григорьева Т.А., Новикова Д.С., Трибулович В.Г. Модификация технологии PROTAC для преодоления Р-гликопротеин-опосредованной химиорезистентности опухолей МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ДИЗАЙН БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ: БИОХИМИЧЕСКИЕ И МЕДИЦИНСКИЕ АСПЕКТЫ: тезисы конференции, С. 192. (год публикации - 2023)

4. Киндт Д.Н., Сагайдак А.В., Григорьева Т.А. Метод получения клеточной популяции, обогащённой опухолевыми стволовыми клетками Материалы XIV научной конференции «Традиции и Инновации», C. 177 (год публикации - 2023)

5. Романова А.А., Зенина А.Д., Новикова Д.С. Последствия белок-белкового взаимодействия, индуцированного химерной молекулой Материалы XIV научной конференции «Традиции и Инновации», С. 349 (год публикации - 2023)

6. Григорьева Т.А., Новикова Д.С., Трибулович В.Г. Ubiquitin recruiting chimera: more than just a PROTAC Chemical Biology, 2024, 19, 55. (год публикации - 2024)
10.1186/s13062-024-00497-8

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В соответствии с планом реализации проекта была продолжена работа по направлениям компьютерного моделирования межмолекулярных взаимодействий, органического синтеза молекул и создания клеточных моделей. Основные усилия были направлены на синтез и биотестирование первых полноразмерных химерных молекул. Задел, созданный на первом году, позволил разработать виртуальные модели белок-белковых комплексов E3-убиквитинлигаза – P-gp, что позволило анализировать возможные взаимодействия низкомолекулярных химер с белковыми мишенями в условиях, соответствующих активности PROTAC. Эти данные были использованы для оптимизации структур. Моделирование взаимодействия полноразмерных химер с белками будет продолжено на следующем этапе проекта. На втором этапе проекта были продолжены работы с клеточными линиями, необходимыми для проведения испытаний. В том числе создана клеточная линия, отвечающая свечением на реактивацию р53. Она использовалась для подтверждения механизма действия MDM2-рекрутирующих химер. Кроме того, нами подтверждено, что в результате продолжительной работы по отбору нативных клеток с гиперактивированным эффлюксом получена стабильная популяция так называемых опухолевых стволовых клеток. Коллективом проведена обширная синтетическая работа, в результате которой подготовлены билдинг-блоки для химер, таргетирующих MDM2 и CRBN. В количествах, достаточных для проведения испытаний, получены шесть полноразмерных химерных молекул, способствующих взаимодействию P-gp с MDM2. Синтезированные молекулы – как лиганды P-gp, так и полноразмерные химеры – прошли ряд биологических испытаний. Установлено, что производные пиразоло[1,5-a]пиримидина способны подавлять P-gp-опосредованный выброс веществ, в том числе лекарственных препаратов, из клетки, способствуя их противоопухолевому действию. Полноразмерные химеры проявляют аналогичное действие, при этом они также провоцируют снижение количества P-gp в клеточной мембране и индуцируют активацию проапоптотического белка р53, что связано с рекрутированием его нативной Е3-убиквитинлигазы на связывание с P-gp. Работа коллектива лаборатории молекулярной фармакологии отражена на сайтах: https://vk.com/molpharm, http://mol-pharm.com, https://www.researchgate.net/lab/Viacheslav-G-Tribulovich-lab.

Публикации

1. Романова А.А., Григорьева Т.А. Изучение механизмов, активируемых химерной молекулой типа PROTAC в опухолевых линиях с различным p53 статусом Сборник тезисов XIV научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «НЕДЕЛЯ НАУКИ-2024. Творчество молодежи – будущему России» (с международным участием). 22–24 апреля 2024 г., Сборник тезисов XIV научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «НЕДЕЛЯ НАУКИ-2024. Творчество молодежи – будущему России» (с международным участием). 22–24 апреля 2024 г. – СПб.: 2024. – С. 447. (год публикации - 2024)

2. Трибулович В.Г., Григорьева Т.А., Новикова Д.С. Адаптация технологии PROTAC для трансмембранных белков 6-я Российская конференция по медицинской химии, сборник тезисов, 6-я Российская конференция по медицинской химии, сборник тезисов. 2024. – С. 300. (год публикации - 2024)

3. Григорьева Т.А., Сагайдак А., Новикова Д.С., Трибулович В.Г. PROTAC-attractive site as a new target for suppressing P-glycoprotein activity Archives of Biochemistry and Biophysics, Archives of Biochemistry and Biophysics, 2024, 110258. (год публикации - 2024)
10.1016/j.abb.2024.110258

4. Григорьева Т.А., Киндт Д.Н., Сагайдак А.В., Новикова Д.С., Трибулович В.Г. Cellular systems for colorectal stem cancer cell research Cells, 14(3), 170 (год публикации - 2025)
10.3390/cells14030170

5. Зенина А.Д., Романова А.А., Сагайдак А.В. Ингибиторы mdm2 позволяют преодолеть Р-gp-опосредованную химиорезистентность опухолей Успехи молекулярной онкологии, Успехи молекулярной онкологии (год публикации - 2023)

6. Сагайдак А., Григорьева Т., Новикова Д., Трибулович В. Application of MDM2-recruiting protac to overcome transporter-mediated chemoresistance of tumor cells PROCEEDINGS BOOK OF THE XXX SYMPOSIUM “BIOINFORMATICS AND COMPUTER-AIDED DRUG DISCOVERY”, PROCEEDINGS BOOK OF THE XXX SYMPOSIUM “BIOINFORMATICS AND COMPUTER-AIDED DRUG DISCOVERY” – Moscow: Institute of Biomedical Chemistry, 2024, P. 118. (год публикации - 2024)
10.18097/BCADD2024

7. Дарвиш Ф., Новикова Д.С., Трибулович В.Г. Синтез серии производных дорсоморфина с помощью реакции О-алкилирования Сборник тезисов XIV научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «НЕДЕЛЯ НАУКИ-2024. Творчество молодежи – будущему России» (с международным участием). 22–24 апреля 2024 г., Сборник тезисов XIV научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «НЕДЕЛЯ НАУКИ-2024. Творчество молодежи – будущему России» (с международным участием). 22–24 апреля 2024 г. – СПб.: 2024. – С. 82. (год публикации - 2024)

8. Романова А.А., Зенина А.Д., Григорьева Т.А. Исследование транскрипционных механизмов, активируемых различными ингибиторами белок-белкового взаимодействия р53-MDM2 Антибиотики и Химиотерапия (год публикации - 2025)

9. Зенина А.Д., Сагайдак А. Сравнительный анализ моделей химиорезистентности раковых опухолей Сборник тезисов XIV научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «НЕДЕЛЯ НАУКИ-2024. Творчество молодежи – будущему России» (с международным участием). 22–24 апреля 2024 г., Сборник тезисов XIV научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «НЕДЕЛЯ НАУКИ-2024. Творчество молодежи – будущему России» (с международным участием). 22–24 апреля 2024 г. – СПб.: 2024. – С. 265. (год публикации - 2024)

10. Григорьева Т.А., Сагайдак А.В., Трибулович В.Г. Аллостерическая модуляция активности Р-гликопротеина малыми молекулами Сборник тезисов докладов кластера конференций КомиХим2024 в 2-х томах. Том 2. Сборник тезисов докладов Девятой Междисциплинарной конференции «Молекулярные и Биологические аспекты Химии, Фармацевтики и Фармакологии» / под ред. К.В. Кудрявцева и Е.М. Паниной. – Киров: «Кировская областная типография», 2024. , Сборник тезисов докладов кластера конференций КомиХим2024 в 2-х томах. Том 2. Сборник тезисов докладов Девятой Междисциплинарной конференции «Молекулярные и Биологические аспекты Химии, Фармацевтики и Фармакологии» / под ред. К.В. Кудрявцева и Е.М. Паниной. – Киров: «Кировская областная типография», 2024. – С. 14. (год публикации - 2024)
10.19110/978-5-498-01075-5

11. Дарвиш Ф., Новикова Д.С., Григорьева Т.А., Трибулович В.Г. Производные пиразоло[1,5-a]пиримидина и их биологическая активность Известия СПбГТИ(ТУ), Известия СПбГТИ(ТУ), №70(96), 2024 (год публикации - 2024)
10.36807/1998-9849-2024-70-96-53-59

12. Трибулович В.Г. Многообразие функций ингибиторов MDM2 в контексте раковых заболеваний Сборник тезисов докладов кластера конференций КомиХим2024 в 2-х томах. Том 2. Сборник тезисов докладов Девятой Междисциплинарной конференции «Молекулярные и Биологические аспекты Химии, Фармацевтики и Фармакологии» / под ред. К.В. Кудрявцева и Е.М. Паниной., Сборник тезисов докладов кластера конференций КомиХим2024 в 2-х томах. Том 2. Сборник тезисов докладов Девятой Междисциплинарной конференции «Молекулярные и Биологические аспекты Химии, Фармацевтики и Фармакологии» / под ред. К.В. Кудрявцева и Е.М. Паниной. – Киров: «Кировская областная типография», 2024. – С. 39. (год публикации - 2024)
10.19110/978-5-498-01075-5

13. Новикова Д.С., Григорьева Т.А., Трибулович В.Г. Структура дорсоморфина как платформа для разработки киназных ингибиторов и PROTAC лигандов Сборник тезисов докладов кластера конференций КомиХим2024 в 2-х томах. Том 2. Сборник тезисов докладов Девятой Междисциплинарной конференции «Молекулярные и Биологические аспекты Химии, Фармацевтики и Фармакологии» / под ред. К.В. Кудрявцева и Е.М. Паниной., Сборник тезисов докладов кластера конференций КомиХим2024 в 2-х томах. Том 2. Сборник тезисов докладов Девятой Междисциплинарной конференции «Молекулярные и Биологические аспекты Химии, Фармацевтики и Фармакологии» / под ред. К.В. Кудрявцева и Е.М. Паниной. – Киров: «Кировская областная типография», 2024. – С. 33. (год публикации - 2024)
10.19110/978-5-498-01075-5

14. Новикова Д.С., Сагайдак А.В., Григорьева Т.А., Трибулович В.Г. Создание гетеробифункциональных молекул типа PROTAC для преодоления лекарственной устойчивости раковых клеток ХХII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии, 7-12 октября, 2024, Федеральная территория «Сириус», Россия. Сборник тезисов докладов в 7 томах. Том 5. — М.: ООО «Адмирал Принт», 2024. – 372 c., ХХII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии, 7-12 октября, 2024, Федеральная территория «Сириус», Россия. Сборник тезисов докладов в 7 томах. Том 5. – М.: ООО «Адмирал Принт», 2024. – С. 166. (год публикации - 2024)

15. Сагайдак А.В., Григорьева Т.А., Новикова Д.С., Трибулович В.Г. Тест-система для оценки эффективности ингибиторов ABC-транспортеров ХХII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии, 7-12 октября, 2024, Федеральная территория «Сириус», Россия. Сборник тезисов докладов в 7 томах. Том 5. — М.: ООО «Адмирал Принт», 2024. – 372 c., ХХII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии, 7-12 октября, 2024, Федеральная территория «Сириус», Россия. Сборник тезисов докладов в 7 томах. Том 5. – М.: ООО «Адмирал Принт», 2024. – С. 323. (год публикации - 2024)

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В соответствии с планом за время третьего года реализации проекта завершены все работы, связанные с компьютерным моделированием белок-белковых и лиганд-белковых взаимодействий, получены полноразмерные химерные молекулы в количествах, достаточных для проведения испытаний, и проведен весь комплекс испытаний соединений, включая физико-химические и молекулярно-биологические свойства. Завершена работа по созданию виртуальных моделей, отражающих состояние белок-белковых комплексов P-gp – Е3-убиквитинлигаза, а также исследования связывания рассматриваемых низкомолекулярных лигандов с каждым из белков и с белок-белковыми комплексами. Можно утверждать, что виртуальные методы в случае исследования химер могут быть успешно применены для поиска отдельных связывающихся фрагментов. Однако количественное сравнение аффинности полноразмерных молекул представляет определенную трудность, и на этом этапе моделирование подходит скорее для валидации всего класса соединений, чем для поиска лидера внутри класса. Исследована возможность развития химиорезистентности опухолей, при использовании синтезированных на втором году проекта химерных молекул и показано, что предложенные вещества являются условно безопасными с этой точки зрения, поскольку клетки не адаптируются к присутствию химер в питательной среде и не гиперэкспрессируют гены множественной лекарственной устойчивости. Получены полноразмерные химеры, включающие в свою структуру фрагменты, связывающиеся с MDM2 либо CRBN, а также лиганды P-gp. Соединения, синтезированные на втором и третьем годах проекта, как полноразмерные химерные молекулы, так и их связывающиеся фрагменты, прошли полный комплекс испытаний. Показано, что лиганды MDM2 обладают собственным р53-опосредованным проапоптотическим действием, в то время как лиганды CRBN хоть и обладают токсическим действием, но оно реализуется по другим механизмам. Лиганды P-gp, связывающиеся по исследуемому сайту, подавляют его транспортную активность за счет ингибирования АТФазной активности транспортера. В то же время полноразмерные химерные молекулы при непосредственном связывании с мишенью не только подавляют активность транспортера, но и провоцируют его выход из клеточной мембраны в цитозоль. Работа коллектива лаборатории молекулярной фармакологии отражена на сайтах: https://vk.com/molpharm, http://mol-pharm.com, https://www.researchgate.net/lab/Viacheslav-G-Tribulovich-lab.

Возможность практического использования результатов
Результаты проекта закладывают основу для разработки и производства противоопухолевых препаратов, актуальных для Российской Федерации как в социальном, так и в экономическом плане, поскольку инвалидизация и смертность в том числе работоспособного населения страны в значительной степени определяется именно развитием химиорезистентных опухолей. Результаты проекта являются основой для создания отечественных современных таргетных противоопухолевых препаратов. Проект и его прикладные и научные выводы соответствуют долгосрочной Национальной стратегии по борьбе с онкологическими заболеваниями, поскольку направлены на снижение общей смертности, в том числе преждевременной смертности лиц трудоспособного возраста, а также на снижение уровня инвалидизации при онкологических заболеваниях за счет повышения доступности медицинской помощи в контексте лекарственного обеспечения.