Дизайн и исследование целевой активности ингибиторов АМФ-активируемой протеинкиназы на основе комбинированного скаффолда для создания агентов экстренной терапии при поражениях сердечно-сосудистой системы

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 24-73-10221

НазваниеДизайн и исследование целевой активности ингибиторов АМФ-активируемой протеинкиназы на основе комбинированного скаффолда для создания агентов экстренной терапии при поражениях сердечно-сосудистой системы

Руководитель Новикова Дарья Сергеевна, Кандидат химических наук

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

Конкурс №98 - Конкурс 2024 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

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 АМФ-активируемая протеинкиназа, киназная активность, селективное ингибирование, сфокусированная библиотека, рациональная разработка лекарственных препаратов, 3-метилен-2-индолинон, пиразолопиримидин, клеточная модель, FRET-биосенсор, индуцированные плюрипотентные стволовые клетки

Код ГРНТИ31.27.51

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
АМФ-активируемая протеинкиназа (АМФК) является центральным регуляторным элементом энергетического гомеостаза организма, что позволяет рассматривать ее в качестве перспективной терапевтической мишени. Фармакологическая активация АМФК находит свое применение для лечения сахарного диабета 2-ого типа, при комплексной терапии раковых заболеваний, в терапии атеросклероза и других социально значимых заболеваний. В то же время, исследование процессов ингибирования АМФК является новым и мало разработанным направлением, поиском и разработкой ингибиторов АМФК занимаются единичные научные группы. В противоположность большому количеству установленных низкомолекулярных активаторов АМФК, структур, способных селективно ингибировать АМФК, пока нет. В настоящий момент только три соединения, ситуативно идентифицированные как ингибиторы АМФК, доступны для исследователей. Учитывая возрастающий интерес к ингибированию АМФК как в исследовательских, так и терапевтических целях, задача поиска и разработки активных соединений, вызывающих селективное ингибирование активности АМФК, становится крайне актуальной. Предлагаемый проект направлен на разработку серии активных соединений, обладающих селективным ингибирующим эффектом по отношению к АМФК, с использованием инструментов рационального дизайна лекарственных препаратов. Основной целью научного проекта является получение серии соединений на основе скаффолда, включающего такие структурные элементы, как 3-метилен-2-индолинон и пиразоло[1,5-a]пиримидин, способных вызывать ингибирование АМФК, и оценка их терапевтического потенциала на модели инфаркта миокарда, разработанной с использованием индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека (чИПСК). Синтез подобного рода новых структур покажет не только универсальность 3-метилен-2-индолинона в качестве основы для получения модуляторов активности АМФК, но и позволит сформировать теоретический базис для создания высокоспецифичных ингибиторов АМФК с целью их дальнейшего применения в терапевтической практике. Проект носит комплексный характер, что является необходимым условием для реализации исследований, связанных с разработкой перспективных терапевтических агентов. В рамках проекта будут использованы инструменты и подходы таких областей медицинской химии, как компьютерное моделирование, комбинаторная химия, направленный синтез, исследование свойств и биологической активности соединений, а также биотехнологий. Будет осуществлен весь цикл работ по дизайну активных соединений, начиная с формирования сфокусированной библиотеки соединений, виртуального скрининга, отбора наиболее перспективных кандидатов, разработки методов синтеза и получения целевых соединений, до подготовки биологических моделей и проведения экспериментов по оценке целевой активности и терапевтического потенциала, в результате которых будет создана серия таргетных соединений, способных вызывать ингибирование АМФК на клеточном уровне. Реализация предложенного научного проекта позволит не только применить разработанный нами ранее протокол создания активаторов АМФК к получению ингибиторов, но и существенно расширить доступный для исследователей инструментарий за счет создания нового класса активных соединений. Подобная таргетная серия ингибиторов АМФК обладает высоким прикладным потенциалом и может рассматриваться в дальнейшем как основа для создания агентов, снижающих тяжесть острых поражений сердечно-сосудистой системы.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
На первом этапе выполнения проекта работы велись параллельно по трем направлениям: компьютерное моделирование, химический синтез и подготовка биологического эксперимента. С помощью компьютерного моделирования было проведено детальное исследование сайта связывания классических (АТФ-конкурентных) ингибиторов АМФК. При использовании в качестве референса соединения Compound C были получены результаты, в высокой степени совпадающие с данными рентгеноструктурного анализа. Для оценки вклада структурных элементов молекулы Compound C в ингибирующую активность по отношению к АМФК были выявлены точки, в которых можно осуществить варьирование структуры. С учетом синтетической доступности была сгенерирована библиотека близких аналогов из 480 соединений, которые были исследованы методом виртуального скрининга по АТФ-связывающему сайту. При анализе результатов были получены зависимости структура-активность, а также выявлены аналоги Compound C с большей расчетной активностью, что планируется в дальнейшем использовать для разработки эффективного ингибирующего агента на основе этого соединения. Для создания виртуальной библиотеки соединений на основе комбинации пиразоло[1,5-a]пиримидинового и 3-метилен-2-индолинонового фрагментов были использованы подходы комбинаторной химии. Конечные структуры формировались из варьируемого карбальдегида пиразоло[1,5-a]пиримидина, сконденсированного с варьируемым 3-метилен-2-индолиноном по реакции Кневенагеля. В первичную формальную библиотеку вошли 46 746 структур, представляющие собой Z-конфигурированные продукты конденсации. Анализ данных виртуального скрининга и последующий докинг в режиме высокой точности позволили отобрать более ста наиболее перспективных структур, которые предполагается синтезировать на втором этапе проекта. Основной объем синтетических работ первого года заключался в разработке метода получения соединения Compound C. Была разработана схемы синтеза на основе конвергентной стратегии. В качестве прекурсоров для получения Compound C было предложено использовать 6-бром-3-пиридил-замещенный пиразоло[1,5-a]пиримидиновый фрагмент и 1-(2-(4-бромфенокси)этил)пиперидин. Образование C–C связи между фрагментами проводили по методу Сузуки–Мияуры, для чего осуществляли функционализацию пиразолопиримидинового фрагмента. Преимуществом предложенной схемы является возможность получения аналогов Compound C, а также применение реакции Мицунобу в неклассическом варианте для синтеза арилалкильного фрагмента. С использованием разработанной схемы в препаративных количествах было синтезировано соединение Compound C, а также получена и охарактеризована серия арилалкильных фрагментов, на основе которых были синтезированы структурные аналоги Compound C. Для получения структур на основе комбинированного скаффолда были отработаны методики синтеза пиразоло[1,5-a]пиримидинового ядра с альдегидной группой в положении 3. Введение альдегидной функции осуществляли двумя способами: восстановлением амидов Вайнреба и путем прямого введения альдегидной группы по реакции Вильсмейера–Хаака. Полученные модельные производные затем вводились в конденсацию Кневенагеля, образующиеся изомерные продукты разделяли и охарактеризовывали. В рамках создания биологического инструментария была проведена большая работа по оптимизации используемой клеточной тест-системы на основе клеточной линии H1299 для исследования процесса ингибирования АМФК. В ходе проведенных работ удалось повысить светимость клеточной модели почти на порядок. Также были отработаны протоколы трансфекции и осуществлены начальные этапы сортинга клеточных моделей на основе культур HEK293, HepG2 и Caco2. Помимо этого, было осуществлено два эксперимента по дифференцировке клеток в кардиомиоциты. Первичные результаты оказались удовлетворительными, работы в этом направлении будут продолжены, чтобы обеспечить возможность оценки терапевтического эффекта разрабатываемых структур на финальном этапе исследований. Таким образом, на первом этапе выполнения проекта: - была получена детальная характеристика АТФ-связывающего сайта АМФК и разработан протокол для моделирования взаимодействия лиганд-рецептор; - определены основные точки модификации структуры Compound C и создана сфокусированная библиотека его аналогов из 480 соединений; - сформирована виртуальная библиотека соединений на основе комбинации пиразоло[1,5-a]пиримидинового и 3-метилен-2-индолинонового фрагментов из 46 746 структур; - на основании данных виртуального скрининга отобрано более 100 структур на основе комбинированного скаффолда для дальнейшего синтеза; - на основе конвергентной стратегии разработан метод синтеза Compound C, позволяющий получать также его структурные аналоги; - соединение Compound C наработано в препаративных количествах, позволяющих обеспечить весь объем запланированных биологических экспериментов; - разработаны методы получения альдегидных производных пиразоло[1,5-a]пиримидинов, обеспечивающие синтетическую доступность соединений на основе комбинированного скаффолда; - проведена оптимизация используемой тест-системы на основе клеточной линии H1299; - создана панель первичных клеточных тест-систем на основе HEK293, HepG2 и Caco2, а также проведены эксперименты по дифференцировке чИПСК в кардиомиоциты.

Публикации

1. Новикова Д.С., Ворона С.В., Зенина А.Д., Григорьева Т.А., Трибулович В.Г. Adaptation of the Mitsunobu Reaction for Facile Synthesis of Dorsomorphin-Based Library Molecules, Vol. 30, Iss. 11, P. 2258 (год публикации - 2025)
10.3390/molecules30112258

2. Новикова Д.С., Ворона С.В., Трибулович В.Г. Синтез серии аналогов дорсоморфина для выявления фрагментов, определяющих ингибирование АМФК Сборник тезисов докладов Десятой Междисциплинарной конференции «Молекулярные и Биологические аспекты Химии, Фармацевтики и Фармакологии» / под редакцией К.В. Кудрявцева и Е.М. Паниной. – С-Пб. : ООО «Сборка», 2025., С. 162. (год публикации - 2025)

3. Ворона С.В., Трибулович В.Г. АТФ связывающий сайт как мишень для поиска ингибиторов TGF-бета Сборник тезисов докладов Десятой Междисциплинарной конференции «Молекулярные и Биологические аспекты Химии, Фармацевтики и Фармакологии» / под редакцией К.В. Кудрявцева и Е.М. Паниной. – С-Пб. : ООО «Сборка», 2025., С. 124. (год публикации - 2025)

4. Сагайдак А.В., Иванов Г.С., Зенина А.Д., Новикова Д.С. Разработка in vitro системы для исследования модуляторов активности АМФК Сборник тезисов докладов Десятой Междисциплинарной конференции «Молекулярные и Биологические аспекты Химии, Фармацевтики и Фармакологии» / под редакцией К.В. Кудрявцева и Е.М. Паниной. – С-Пб. : ООО «Сборка», 2025., С. 163. (год публикации - 2025)