|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Разработка и оптимизация метода поиска ингибиторов циклооксигеназной активности фермента простагландин-Н синтазадипломная работа (Специалист)
- Научные руководители: Вржещ П.В., Филимонов И.С.
- Автор: Митрофанов С.И.
- Тип: Специалист
- Организация, в которой проходила защита: МГУ имени М.В. Ломоносова
- Год защиты: 2011
- Аннотация: Многие миллионы людей регулярно принимают лекарственные препараты, которые устраняют симптомы, а не причину заболевания, и к тому же дают негативные побочные эффекты. К числу таких явно «нецелевых» и скрыто небезопасных лекарств относятся НПВП – нестероидные противовоспалительные препараты. НПВП создают на основе ингибиторов циклооксигеназной активности фермента простагландин-Н синтаза (PGHS) – химических соединений, подавляющих работу этого фермента. PGHS имеет две основные изоформы. От биологической роли первой (PGHS-1) и второй (PGHS-2) изоформ PGHS зависят фармакологические свойства их ингибиторов, а следовательно, и НПВП. Популярные лекарства аспирин, индометацин, ибупрофен и ряд других, в течение многих десятилетий применяемые в медицинской практике, относятся к НПВП первого поколения – неселективным ингибиторам PGHS, то есть подавляющим активность как PGHS-1, так и PGHS-2. Они оказывают мощное обезболивающее, жаропонижающее и противовоспалительное действие. Однако существенным недостатком этих препаратов, возникающим из-за сильного ингибирования ими PGHS-1, является их деструктивное воздействие на слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта. Ингибиторы, подавляющие активность преимущественно одной изоформы фермента, называются селективными. Схожесть строения циклооксигеназного активного центра обеих изоформ PGHS осложняет создание селективных НПВП. Тем не менее, физиологически активные вещества, избирательно подавляющие активность только второй изоформы фермента PGHS, существуют и в настоящее время широко используются, наряду с НПВП первого поколения. К ним относятся селективные ингибиторы PGHS-¬2, такие как целекоксиб, рофекоксиб, NS-398, L-475 337 и др. Они являются представителями второго поколения НПВП и тоже обладают обезболивающим, жаропонижающим и противовоспалительным действием, но более безопасны, чем НПВП первого поколения. Вместе с тем, как оказалось, при применении ингибиторов PGHS-¬2 происходит селективное угнетение синтеза простациклина, предотвращающего тромбоз, и не происходит угнетения тромбоксана, за счет чего в полной мере реализуется его прокоагулянтный эффект. Другими словами, применение селективных ингибиторов PGHS-2 может приводить к негативным последствиям в виде повышения агрегации тромбоцитов, и следовательно, увеличения риска развития инсультов и инфарктов. Кроме того, многие НПВП второго поколения тормозят процесс заживления переломов гораздо сильнее, чем НПВП первого поколения. Тем не менее, с медицинской точки зрения, положительный эффект от применения НПВП второго поколения перекрывает негативные последствия, появляющиеся у людей, принимающих эти лекарства. Это означает, что селективные ингибиторы PGHS-2 являются более безопасной группой препаратов, чем неселективные ингибиторы PGHS. Однако работа по их усовершенствованию и поиску новых селективных ингибиторов продолжается. Повышение избирательности действия лекарственных препаратов и их безопасности не теряет своей важности. А учитывая быстрое «старение» населения развитых стран, которое потребляет большую часть НПВП, можно считать, что актуальность результативного поиска новых, более эффективных ингибиторов PGHS остается высокой. Исходя из важности и актуальности обозначенной проблемы, в настоящей дипломной работе сделана попытка разработать новый расчетный метод выявления ингибиторов циклооксигеназной активности фермента PGHS. Как представляется, найти новый ингибитор PGHS и создать на его основе НПВП с более высокой избирательностью действия и минимальными побочными эффектами существенно проще при наличии полного четкого представления о мишени, на которую будет воздействовать искомое вещество, а также о механизме взаимодействия ингибиторов с этой мишенью и его кинетических параметрах. В этой связи особое значение приобретает правильный выбор мишени и точность построения ее модели. В предлагаемом программном методе выявления новых ингибиторов PGHS от адекватности модели мишени напрямую зависит достоверность расчетов силы взаимодействия химических соединений с этой мишенью, а, следовательно, и перечень соединений, которые будут охарактеризованы как потенциальные ингибиторы. Поэтому подготовка адекватной модели мишени является первым этапом разработки метода. Вторым этапом разработки этого метода является оптимизация его способности идентифицировать (с использованием подготовленной модели мишени) уже известные ингибиторы PGHS в общей массе химических соединений. Этот этап также может включать оценку точности расчетов путем сравнения расчетных величин эффективности ингибирования с экспериментальными. При получении удовлетворительных результатов проверки начинается этап выявления ингибиторов PGHS в электронных базах химических соединений. Критерием отбора служит энергия связывания исследуемого вещества с активным центром фермента, которая для искомых ингибиторов должна быть не меньше, чем для уже известных ингибиторов PGHS. Следующий этап заключается в экспериментальной проверке найденных соединений in vitro. Если экспериментальные данные подтвердят результаты, полученные с помощью предлагаемого метода, то эти вещества и есть искомые ингибиторы, которые в дальнейшем могут быть использованы в предклинических, а затем клинических испытаниях. В перспективе, в случае выявления новых ингибиторов PGHS предлагаемым методом, планируется осуществлять дизайн соединений, обладающих сходными свойствами. Объектом данного исследования служит фермент PGHS. Предметом данного исследования является взаимодействие фермента PGHS с ингибиторами. Границы исследования. В данной работе in silico проанализирована только циклооксигеназная активность двух изоформ фермента PGHS (СОХ1 и СОХ2). Эксперименты in vitro проведены только с первой изоформой фермента PGHS. Цель работы состоит в разработке нового метода выявления селективных ингибиторов циклооксигеназной активности фермента PGHS, что позволит качественно, а при определенных условиях и количественно, оценивать присущие этим соединениям константы ингибирования. Для достижения этой цели в работе решены следующие задачи: - описаны свойства и особенности фермента PGHS, от которых зависит механизм ингибирования его циклооксигеназной активности; - проанализированы опубликованные данные об ингибиторах циклооксигеназной активности фермента PGHS и занести в сводную таблицу все опубликованные IC50, Кi и прочие характеристики для всех найденных ингибиторов; сопоставить каждый ингибитор в этой таблице с его трехмерной структурой; - сформирован модельный набор ингибиторов, которые предстоит задействовать в экспериментальной и расчетной частях исследования; - разработан алгоритм подготовки трехмерных структур PGHS для докинга; - подготовлены исходные структуры белков и лигандов для последующей работы с ними в программах молекулярного моделирования и докинга; - с помощью докинга вычислены значения энергии связывания комплексов PGHS с лигандами из модельного набора; - рассчитан коэффициент корреляции между значениями IC50 и энергии связывания; - проведен массовый высокопроизводительный виртуальный скрининг химических соединений; - проанализированы результаты виртуального скрининга; - формализован разработанный и апробированный метод определения ингибиторов циклооксигеназной активности фермента PGHS. Новизну данной работе придают три момента: - проведение скрининга недоступных ранее библиотек химических соединений и задействование в ходе обработки более 250 известных ингибиторов; - использование суперкомпьютеров; - разработка и апробация метода, позволяющего анализировать любые по объему и составу массивы химических соединений с известной молекулярной структурой для выявления ингибиторов циклооксигеназной активности фермента PGHS. Значимость работы определяется тем, что в ней обоснована возможность использования расчета «энергии связывания» in silico вместо постановки трудоемкого эксперимента по определению константы ингибирования in vitro. Как представляется, это может существенно упростить качественную и количественную оценку силы ингибиторов PGHS при сохранении степени достоверности этой оценки.
- Добавил в систему: Митрофанов Сергей Игоревич