ИСТИНА

Цель Проекта – определение молекулярного механизма каталитической активности фосфотриэстеразы из Sphingobium sp. к органофосфатам с инактивированной уходящей группой с последующими рекомендациями по модификации этого фермента для более эффективного гидролиза огнезащитных средств.

Flame retardants contain halogenated alkyl and aromatic esters and are carcinogens. Unlike well-studied chemical warfare agents and insecticides, flame retardants are organophosphates with an inactivated leaving group. This leads to the fact that only some phosphotriesterases, in particular from the bacterium Sphingobium sp., are able to hydrolyze such substrates. This enzyme is of great practical importance, since it is already used for purification from contaminants and is of fundamental interest, since its active site is similar to other phosphotriesterases, while the profile of substrate specificity is very different. This project will study the mechanisms of hydrolysis of organophosphates with an activated and inactivated leaving groups by two phosphotriesterases, one of which hydrolyzes only one substrate and the other both of them, and determine the structural and electron-density features that determine these differences. Those will be tested and refined on a large dataset of experimentally known compounds hydrolyzed by phosphotriesterase from Sphingobium sp. Further, new mutant forms of phosphotriesterase, characterized by greater catalytic activity, will be proposed. Structural and electron density based criteria suggested in the study will be used for their prediction. We will utilize modern methods of multiscale molecular modeling and artificial intelligence.

1. Будут сформулированы структурные и электронно-плотностные критерии, объясняющие наличие каталитической активности в отношении органофосфатов с инактивированной уходящей группой PTE из Sphingobium sp. и отсутствие таковой в PTE из Pseudomonas diminuta. 2. Будет определен механизм гидролиза органофосфатов дибутил-4-нитро-фенилфосфата и его аналога с инактивированной уходящей группой – дибутилфенилфосфата двумя выбранными фосфотриэстеразами. Будет определена лимитирующая стадия и сопоставлены эффективные параметры, полученные моделированием кинетических кривых и из экспериментальных данных. 3. По результатам анализа экспериментальных кинетических данных для большого набора органофосфатов и построения молекулярных моделей интермедиатов реакции гидролиза будут идентифицированы ключевые факторы, определяющих реакционную способность органофосфатов в активном центре фосфотриэстеразы из Sphingobium sp. 4. Будут предложены мутантные формы PTE из Sphingobium sp. с улучшенными каталитическими свойствами по отношению к органофосфатам с инактивированной уходящей группой.

1. Khrenova M.G., Mulashkin F.D., Bulavko E.S., Zakharova T.M., Nemukhin A.V. Dipole Moment Variation Clears Up Electronic Excitations in the π-Stacked Complexes of Fluorescent Protein Chromophores // Journal of Chemical Information and Modeling. — 2020. — Vol. 60. № 12. — P. 6288–6297 (SJR – Q1). 2. Khrenova M.G., Nemukhin A.V., Tsirelson V.G. Discrimination of enzyme–substrate complexes by reactivity using the electron density analysis: peptide bond hydrolysis by the matrix metalloproteinase-2 // Mendeleev Communications. — 2020. — Vol. 30. — P. 583–585 (SJR –Q2). 3. Khrenova M.G., Tsirelson V.G., Nemukhin A.V. Dynamical properties of enzyme–substrate complexes disclose substrate specificity of the SARS-CoV-2 main protease as characterized by the electron density descriptors // Physical Chemistry Chemical Physics. — 2020. — Vol. 22. — P. 19069–19079 (SJR – Q1). 4. Kapusta D.P., Mulashkin F.D. Khrenova M.G. Keto-enol tautomerism of the 4,5-dimethyl-2-(2′- hydroxyphenyl)imidazole in water solution: modeling equilibrium between neutral forms and accurate assignment of the absorption bands // International Journal of Quantum Chemistry. — 2020. — e26577 (SJR – Q2). 5. Kulakova A.M., Popinako A.V., Khrenova M.G. Large-Scale Prediction of the ARS Family Inhibitors of the Oncogenic KRASG12C Mutant // Lecture Notes in Computer Science. — 2020. — Vol. 11958. — P. 348–355 (SJR – Q2). 6. Капуста Д.П., Кулакова А.М., Хренова М.Г. Моделирование таутомерного равновесия и спектра поглощения 4,5-диметил-2-(2’-гидроксифенил)имидазола // Журнал физической химии. — 2020. — Т. 94. № 5. — С. 719–725 (SJR – Q4). 7. Khrenova M.G., Kulakova A.M., Nemukhin A.V. Proof of concept for poor inhibitor binding and efficient formation of covalent adducts of KRASG12C and ARS compounds // Organic and Biomolecular Chemistry. — 2020. — Vol. 18. — P. 3069-3081 (SJR – Q1).