Методы ЯМР в изучении строения физиологически активных соединений и их взаимодействия с биомишенямиНИР

NMR methods in study of physiological active compounds and their interaction with biotargets

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 4 января 2016 г.-30 декабря 2016 г. Разработка методик для определения структуры биомолекул и их комплексов с низкомолекулярными лигандами
Результаты этапа: В 2016-ом году выполнены следующие исследования физиологически активных соединений и их взаимодействия с биологическими мишенями: 1. Методами 2D спектроскопии ЯМР определено строение и исследованы конформационные свойства серии бензоксаборольных производных антибиотика амфотерицина B и серии новых синтетических аналогов антибиотика олигомицина. Работа проводилась совместно с сотрудниками Федерального государственного бюджетного научного учреждения "Научно-исследовательский институт по изысканию новых антибиотиков имени Г.Ф. Гаузе". Результаты исследований опубликованы в журнале Journal of Antibiotics (Nature Publishing Group). 2. Методами виртуального скрининга и ЯМР скрининга проведен поиск новых ингибиторов метионин гамма-лиазы в качестве соединений с потенциальной антибактериальной активностью. На этапе виртуального скрининга проведен отбор 20-ти наиболее перспективных соединений из ~1.3 миллиона соединений, представленных в коммерчески доступных библиотеках. На этапе экспериментальных исследований из указанных 20-ти соединений методами ЯМР скрининга найдено 3 соединения, связывающиеся с наибольшей афинностью с C. freundii метионин гамма-лиазой. Для этих соединений показано наличие ингибирующих свойств, что свидетельствует об их взаимодействии с активным центром фермента. 3. Методами 2D спектроскопии ЯМР определена структура в растворе двух аптамеров ДНК – ингибиторов тромбина (RE31 и 31TBA). Отнесение сигналов аптамеров выполнено на основе анализа спектров DQF COSY, NOESY и 13C-1H HSQC и исследования серии производных аптамера RE31, содержащего остатки гуанозина, модифицированные по 2’-положению рибозного цикла атомом фтора. 4. Методами 2D спектроскопии ЯМР и квантово-химическими методами исследовано строение серии новых производных тиазолидин-2,4-диона - аналогов препарата микозидин, обладающих высокой противогрибковой активностью. Работа проводилась в сотрудничестве с институтом химической физики РАН им. Н.Н. Семенова. 5. Методами ЯМР и квантово-химическими расчетами определено строение серии новых синтетических полипептидов бета-пролинового ряда, содержащих CF3 группу в фенильном заместителе. 6. С целью поиска новых более эффективных лекарственных форм противотуберкулезного препарата рифабутина, способных обеспечить более высокую биодоступность препарата, методами ЯМР исследован механизм образования комплексов рифабутина с 2-гидрокси-пропил-β-циклодекстрином. Работа проводилась совместно с сотрудниками ООО НПК «Наносистема» (Москва). По результатам исследования опубликована статья в Журнале Физической Химии. В результате исследований, проведенных сотрудниками НИЛ магнитной томографии и спектроскопии в 2016 году в области применения спектроскопии ЯМР для решения задач молекулярной биологии, молекулярной фармакологии и медицинской химии, было опубликовано 7 статей в рецензируемых российских и международных журналах, получено 3 авторских свидетельства на оригинальное программное обеспечение, предназначенное для получения информации об объектах, исследуемых методами спектроскопии ЯМР. Результаты работы представлены в 2016 году на 9-ти международных и российских конференциях и научных школах в виде 2 пленарных, 7 устных и 6 стендовых докладов. В 2016 году по тематике проводимых исследований защищена кандидатская диссертация.
2 2 января 2017 г.-29 декабря 2017 г. Определение строения и конформационных свойств новых соединений – аналогов антибиотиков амфотерицина B и олигомицина
Результаты этапа: Методами спектроскопии ЯМР и квантовой химии исследовано строение и конформационные свойства серии новых соединений – аналогов антибиотиков амфотерицина B и олигомицина. Полученные данные использованы при создании нескольких новых полусинтетических производных олигомицина А. Исследована кето-енольная таутомерия олигомицина А и нескольких его аналогов. Установлено, что 33-дегидроолигомицин, существующий в кето-форме по данным ЯМР, обладает приблизительно в два раза более слабой противомикробной активностью по отношению к Streptomyces fradiae в сравнении с олигомицином А. Примерно настолько же снижена и противогрибковая активность этого соединения по отношению к штаммам Streptomyces fradiae. Методами спектроскопии ЯМР и квантовой химии определено строение серии новых соединений из семейства тиазолидин-2,4-диона - аналогов противогрибкового препарата микозидин.
3 1 января 2018 г.-28 декабря 2018 г. Поиск ингибиторов метионин гамма-лиазы в качестве соединений с потенциальной антибактериальной активностью
Результаты этапа: В 2018 году проводилось изучение методами спектроскопии ядерного магнитного резонанса строения фармакологически важных биомолекул и физиологически активных соединений, а также изучение взаимодействия низкомолекулярных соединений с биомишенями. Методами ЯМР скрининга проведен поиск ингибиторов C. freundii метионин гамма-лиазы (МГЛ) - перспективной мишени действия антибактериальных препаратов. Найдено два соединения, обладающих более высокими ингибирующими свойствами по сравнению с известным природным ингибитором фермента L-норлейцином. Методами ЯМР и квантовой химии изучено строение серии новых синтетических полипептидов бета-пролинового ряда, обладающих антибактериальной и противоопухолевой активностью. Определены предпочтения в структурной организации этих соединений и термодинамические свойства отдельных конформеров. Определена структура высокого разрешения белка Est3 теломеразы Hansenula polymorpha. Установлено, что Est3 содержит структурированное ядро из пяти β-листов и шести α-спиралей (остатки 22 – 172), а также неструктурированные N- и C-терминальные хвосты. Координаты атомов для семейства 20 структур ЯМР были депонированы в Protein Data Bank (https://www.rcsb.org) с кодом 6Q44. Опубликовано 7 статей в рецензируемых российских и международных журналах. Члены трудового коллектива принимали участие в работе международных конференций и международных научных школ, где было сделано 6 докладов.
4 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Структура в растворе и конформационные свойства новых пептидных миметиков - олигомеров бета-пролина
Результаты этапа: В 2019 году проводилось изучение методами спектроскопии ядерного магнитного резонанса строения фармакологически важных биомолекул и физиологически активных соединений. Исследованы структурно-функциональные свойства серии новых синтетических β-пептидов, являющихся функциональными миметиками нативных пептидов и белков. Установлено, что тремя основными факторами, контролирующими структурное разнообразие исследованных соединений, являются конформация пирролидинового кольца, Z/E-изомерия β-пептидных связей и затрудненное вращение соседних мономеров в полипептидной цепи. Экспериментально обнаружен процесс синхронной Z-E изомеризация нескольких остатков в цепи β-пролиновых полипептидов с одновременным изменением конфигурации нескольких пептидных связей. Изучены β-пролиновые трипептиды, состоящие из гомо и гетерохиральных мономерных звеньев, содержащих в фенильном заместителе при β-пролиновом цикле трифторметильную группу. Установлено, что соединения этой группы в растворе имеют вторичную структуру, соответствующую PPII спирали природных белков, часто встречающихся на интерфейсах белок-белкового взаимодействия. Исследовано строение серии производных тиазолидин-2,4-диона, обладающих противогрибковыми свойствами. Изучено направление реакции бензоилирования тиазолидин-2,4-диона в условиях основного и общего кислотного катализа. Показано, что в условиях применения неполярного растворителя в присутствии триэтиламина образуется ранее не описанных и не охарактеризованный дибензоильный продукт. Его строение было идентифицировано с помощью ЯМР и однозначно доказано методом рентгеновской кристаллографии. Методами ЯМР исследовано строение и функциональные свойства белка WBSCR27, ассоциированного с синдром Вильямса-Бойрена. Для белка в апо-форме и в комплексе с S-(5'-аденозил)-L-гомоцистеином (SAH) получено полное отнесение сигналов в спектрах ЯМР и определена вторичная структура белка. Эта информация позволила отнести WBSCR27 к SAM-зависимым метилтрансферазам первого класса. Методами ЯМР и изотермической калориметрии титрования исследовано взаимодействие WBSCR27 с кофактором S-(5'-аденозил)-L-метионином (SAM) и продуктами его метаболизма. Установлено, что SAH связывается с белком значительно прочнее, чем SAM, что ставит вопрос об обороте кофактора в реакции метилирования. Одним из возможных ответов на этот вопрос является обнаружение невысокой, но достоверно детектируемой нуклеозидазной активности у WBSCR27. Установлено, что связывание SAM или SAH вызывает значительное изменение структуры и конформационной подвижности тех фрагментов WBSCR27, которые можно отнести к сайту узнавания субстрата. Синтезировано и исследовано методами ЯМР несколько новых синтетических аналогов SAM, содержащих стабильные радикалы и парамагнитные ионы лантанидов. По итогам проведенных исследований опубликовано 5 статей в рецензируемых российских и международных журналах. Члены трудового коллектива принимали участие в работе международных и российских конференций и научных школ, где было сделано 13 докладов.
5 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Строение новых производных тиазолидина, обладающих противогрибковой активностью
Результаты этапа: В 2020 году проводилось изучение методами спектроскопии ядерного магнитного резонанса строения физиологически активных соединений – потенциальных противогрибковых препаратов. Грибковая инфекция, вызываемая патогенными грибами Candida spp., Cryptococcus, Aspergillus spp. является наиболее опасной при операционных процедурах и трансплантации органов. В последнее время отмечен высокий уровень летальности, вызванный госпитальными инфекциями, и в первую очередь - патогенными грибами. Грибковые инфекции – частая причина смертности новорожденных. Несмотря на активный поиск новых противогрибковых соединений, число новых препаратов, в том числе и антимикотиков, прошедших всесторонние испытания и рекомендованных к клиническому использованию крайне мал. Большое число возбудителей грибковых заболеваний проибрело множественную лекарственную устойчивость. В связи с эти создание новых препаратов для лечения микозов является актуальной задачей. В сотрудничестве с химиками - синтетиками из Научно-исследовательского института по изысканию новых антибиотиков имени Г.Ф. Гаузе и Химического факультета МГУ в 2020 году была проведена работа по поиску новых соединений, обладающих потенциальных противогрибковой активностью, на основе гибридных молекул, содержащих фрагменты тиазолидин-4-она и триазола, соединенные серией линкеров. Выбор этих фрагментов основан на том, что соединения, содержащие триазольный фрагмент, действует на синтез эргостерола, а производные тиазолидин-4-она разрушают клеточную стенку патогенного гриба. Методом ЯМР устанавливали структуру, как выделенных и очищенных соединений, так и компонентов реакционных смесей. Установлено, в ходе реакций протекает неожиланная перегруппировка, приводящая к нескольким новых серосодержащих гетероциклическим соединений - производным 1,4-оксатиан-2-она, тиоморфолин-3-она и 1,4-тиазепан-3-она. Направление этих реакций удалось установить на основании результатов анализа спектров ЯМР продуктов реакции. Некоторые из синтезированных соединений показали высокую биологическую активность. При испытаниях на экспериментальных животных при диссеминированном кандидозе они показали результаты, сопоставимые по эффективности с коммерческими препаратами флуконазолом и вориконазолом. По итогам проведенных исследований опубликовано 7 статей в рецензируемых российских и международных журналах, в том числе 4 статьи в журналах из первой квартили списка WoS. Члены трудового коллектива принимали участие в работе международных и российских конференций и научных школ, где было сделано 2 доклада.
6 4 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Установление структуры новых антибиотиков
Результаты этапа:
7 3 января 2022 г.-31 октября 2022 г. Взаимодействие пептида HAEE – потенциального препарата для лечения болезни Альцгеймера, с мишенями его действия
Результаты этапа:
8 2 января 2023 г.-29 декабря 2023 г. Установление структуры и конформационных свойств новых противоопухолевых соединений, обладающих свойствами адресной доставки к раковым клеткам
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".