Поиск регуляторов биологических процессов, воздействующих на белки, ферменты, полиферментные комплексы и рецепторные системы

Исследование механизмов функционирования биологических систем: белков, ферментов, полиферментных комплексов и рецепторов, а также поиск подходящих соединений для модуляции их функциональных свойств является чрезвычайно важным для современной биологии и медицины как с фундаментальной, так и с практической точки зрения. В 2024 году были продолжены исследования путей регуляции биологических систем разного уровня организации. Определен профиль оксилипинов и получена оценка возможности их направленного изменения как in vitro экспериментах (активация Толл-подобного рецептора 3 TLR3 в клеточной модели нейровоспаления), так и in vivo моделях аутоиммунного увеита и инсульта. Понимание ключевых элементов сигнальных каскадов и ферментативных превращений биосинтеза оксилипинов при различных внешних воздействиях на клетку или организм должно помочь установить возможные терапевтические мишени для направленного воздействия. Изучено координированное поведение нейтрофилов в процессе роения, регулируемого различными медиаторами и межклеточными взаимодействиями, влияние синтезируемого нейтрофилами лейкотриена В4 – сильнейшего хемоаттрактанта, участвующего в привлечении дополнительного количества нейтрофилов к месту инфекции. Целью исследований было понять механизмы регуляции синтеза лейкотриенов под действием бактерий и различных молекулярных структур, ассоциированных с патогенами. Исследованы возможности регуляции метаболизма ингибиторами тиаминового транспорта и тиаминдифосфат(ТДФ)-зависимых ферментов. Риск развития диабета и кардиометаболических расстройств связан с повышенным содержанием альфа-аминоадипиновой кислоты и нарушением метаболизма аминокислот с разветвленной цепью. В то же время побочные эффекты широко используемого противодиабетического препарата метформина включают нарушение деградации аминокислот с разветвленной цепью и угнетение внутриклеточного транспорта тиамина. Эти эффекты могут быть взаимосвязаны, поскольку дефицит тиамина ухудшает функционирование ТДФ-зависимых полиферментных комплексов дегидрогеназ 2-оксокислот, участвующих в деградации аминокислот, в то время как диабет часто связан с нарушением тиаминового статуса. В отчетном году было показано, что тиамин или его фармакологические формы улучшают клинические показатели у пациентов с невропатией Шарко–Мари–Тута (ШМТ), пероральный прием высоких доз тиамина может быть рекомендован в качестве поддерживающей терапии при неизлечимой в настоящее время невропатии ШМТ. В результате проведенного пилотного исследования выявлены ранее неизвестные биохимические маркеры изменений в ТДФ-зависимом метаболизме при ШМТ, что открывает путь к дальнейшему полномасштабному исследованию клинических улучшений у пациентов с ШМТ при приеме витамина В1 и его производных. Изучена роль посттрансляционных модификаций, в частности нитрозилирования, окисления и гликирования, в регуляции каталитической активности глицеральдегид3-фосфатдегидогеназы, а также в развитии патологических процессов. Проведен поиск новых комплексов ферментов с РНК и изучение влияния нуклеиновых кислот на каталитические и регуляторные свойства ферментов. Проведено сравнение влияния разных типов вирусных шаперонинов на патологическую трансформацию альфа-синуклеина и прионного белка. Изучены структурные особенности амилоидных структур, образующихся при трансформации амилоидных белков в разных условиях, с помощью методов крио-микроскопии и малоуглового рентгеновского рассеяния. Оценена эффективность использования синтетических и природных полимеров в качестве средств направленной доставки лекарственных соединений. Проведено молекулярное моделирование влияния мутаций ATM протеинкиназы на способность фермента фосфорилировать целевые белки на основе биоинформатического анализа суперсемейства белков, определены консервативные и специфические позиции в структуре белка, получена трехмерная модель структуры функционального FATKIN домена ATM протеинкиназы, проведен анализ конформационных изменений. Разработаны и апробировны новые подходы генерации библиотек соединений для поиска ингибиторов, усовершенствована методология структурной фильтрации и отбора соединений в процессе компьютерного скрининга, проведено экспериментальное тестирование ряда идентифицированных ингибиторов. Протестированы алгоритмы генерации библиотек низкомолекулярных соединений и подготовки их трехмерных структур для компьютерного скрининга (ACD/Labs, RDKit, OpenBabel и др.), а также собственные разработанные подходы с фиксацией трехмерной структуры основной части молекулы и генерацией заместителей в выбранных положениях. Подобраны оптимальные условия для компьютерной генерации и скрининга ингибиторов на примере двух белковых мишеней - нейраминидазы вируса гриппа и поли(АДФ-рибозо)полимеразы человека (мишень для терапии сердечно-сосудистых, онкологических и других заболеваний), что поможет в дальнейшем при выявлении новых лекарственных кандидатов. Проведена оптимизация алгоритма разрабатываемой программы vsFilt (https://biokinet.belozersky.msu.ru/vsfilt), предназначенной для структурной фильтрации соединений в процессе компьютерного скрининга: существенно увеличена скорость обработки больших библиотек соединений (более 10 тысяч молекул). Экспериментально подтверждено цитопротекторное действие 8-гидрокси-7-метилгуанина - ингибитора поли(АДФрибозо)полимеразы, обнаруженного с помощью разработанной методики компьютерного скрининга. По результатам исследований в 2024 году опубликованы 22 статьи, защищена 1 докторская, 1 кандидатская диссертация, 2 дипломные работы.