Применение ферментов для получения биологически активных нуклеозидов и нуклеиновых оснований

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 16-14-00178

НазваниеПрименение ферментов для получения биологически активных нуклеозидов и нуклеиновых оснований

Руководитель Михайлов Сергей Николаевич, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук , г Москва

Конкурс №11 - Конкурс 2015 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований по приоритетным тематическим направлениям исследований» (11)

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-209 - Биотехнология (в том числе бионанотехнология)

Ключевые слова ферментативный синтез, нуклеозиды, лекарственные препараты, биологическая активность, нуклеозидфосфорилазы

Код ГРНТИ62.00.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В настоящее время в клинической практике используется ряд современных препаратов, созданных на основе модифицированных нуклеозидов и обладающих широким спектром биологической активности, противоопухолевой (кладрибин, флударабин, пентостатин, неларабин, видаза, децитабин и др.), противовирусной (рибавирин, видарабин, зидовудин, ламивудин и др). Для получения практически важных нуклеозидов активно разрабатываются и применяются технологии, основанные на ферментативных реакциях трансгликозилирования - переноса углеводного остатка с одного гетероциклического основания на другое. Эти реакции катализируют нуклеозидфосфорилазы, которые осуществляют обратимый фосфоролиз рибонуклеозидов и 2′-дезоксирибонуклеозидов с образованием соответствующего гетероциклического основания и (2-дезокси)рибозо-1-фосфата. К нуклеозидфосфорилазам относятся тимидинфосфорилаза (ТФ) (КФ 2.4.2.4), уридинфосфорилаза (УФ) (КФ 2.4.2.3) и пуриннуклеозидфосфорилаза (ПНФ) (КФ 2.4.2.1). Эти ферменты обнаружены почти у всех организмов, при этом отличия их первичной структуры сравнительно невелики. Равновесие реакций фосфоролиза сдвинуто в сторону образования нуклеозидов, причем в случае пуриновых более значительно. На этом и основана ферментативная реакция трансгликозилирования, в ходе которой происходит перенос углеводного остатка от пиримидинового нуклеозида (B-Nuc) на пуриновое гетероциклическое основание (B’). В зависимости от набора используемых исходных соединений и нуклеозидфосфорилаз в результате осуществления данного процесса происходит образование новых модифицированных нуклеозидов (B’-Nuc). Эта общая схема может быть распространена и легко адаптирована для получения практически важных нуклеозидов. Анализ литературных и собственных данных позволяет заключить, что ферментативные методы создания гликозидной связи могут конкурировать с химическими при получении 2'-дезоксирибонуклеозидов (кладрибин) и β-D-арабинофуранозилнуклеозидов (флударабин и неларабин). Несмотря на большое количество работ, посвященное этим ферментам, не определена роль функциональных групп нуклеозидов при формировании продуктивного фермент-субстратного комплекса. Практически отсутствуют данные о влиянии структуры нуклеозида и гетероциклического основания на положение равновесия реакции фосфоролиза, что важно для практического применение этих ферментов. Настоящий проект направлен на решение важной научно-практической задачи по использованию ферментов в синтезе биологически важных нуклеозидов. В рамках выполнения проекта планируется продолжить изучение субстратной специфичности и механизма действия рекомбинантных нуклеозидфосфорилаз из различных источников, определить кинетические параметров и константы равновесия фосфоролиза природных нуклеозидов и их синтетических аналогов. Актуальными задачами являются оптимизация ферментативных методов создания N-гликозидной связи и расширение возможностей использования ферментов для получения нуклеозидов, нуклеиновых оснований и их производных. Будут определены оптимальные препаративные методы получения практически важных нуклеозидов, таких как кладрибин, флударабин и неларабин, что будет способствовать решению важной задачи по импортозамещению лекарственных препаратов.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Ословский В.Е.,Сольев П.Н.,Поляков К.М., Алексеев К.С., Михайлов С.Н. Chemoenzymatic synthesis of cytokinins from nucleosides: ribose as a blocking group Organic & Biomolecular Chemistry, 2018, 16, 2156-2163 (год публикации - 2018)
10.1039/c8ob00223a

2. Алексеев К.С., Куликова И.В.,Гаврюшов С.А., Тараров В.И., Михайлов С.Н. Quantitative Prediction of Yield in Transglycosylation Reaction Catalyzed by Nucleoside Phosphorylases Advanced Synthesis & Catalysis, 2018, 360, 3090–3096 (год публикации - 2018)
10.1002/adsc.201800411

3. Ословский В.Е., Дреничев М.С., Алексеев К.С., Сольев П.Н., Есипов Р.С., Михайлов С.Н. Synthesis of Cytokinins via Enzymatic Arsenolysis of Purine Nucleosides Current Protocols in Nucleic Acid Chemistry, 2018, 75(1), e61 (год публикации - 2018)
10.1002/cpnc.61

4. Алексеев К.С.,Дреничев М.С., Михайлов С.Н. Use of 7-methyl-2’-deoxyguanosine for the preparation of 2 0 -deoxynucleosides FEBS Open Bio, FEBS Open Bio, Volume 8, Supplement 1, P. 174 (год публикации - 2018)
10.1002/2211-5463.12453

5. Михайлов С.Н. REVERSIBLE ENZYMATIC REACTIONS. HOW TO INCREASE THE YIELD OF THE TARGET NUCLEOSIDES AND NUCLEIC BASIS BIONANOTOX 2018, 9th INTERNATIONAL CONFERENCE “BIOMATERIALS AND NANOBIOMATERIALS, 06-13 MAY, 2018, p. 21-22 (год публикации - 2018)

6. Алексеев К.С., Поляков К.М., Михайлов С.Н. Substrate specificity of E. coli uridine phosphorylase. Evidences of high-syn conformation of the substrate XXII International Round Table on Nucleosides, Nucleotides and Nucleic Acids. Abstract book, P. 274-277 (год публикации - 2016)

7. Михайлов С.Н. APPLICATION OF ENZYMES FOR THE PREPARATION OF BIOLOGICALLY ACTIVE NUCLEOSIDES 8th INTERNATIONAL CONFERENCE “BIOMATERIALS AND NANOBIOMATERIALS: Recent Advances Safety-Toxicology And Ecology Issues”, 07-14 MAY, 2017, AGAPI BEACH, HERAKLION, CRETE - GREECE, Abstract book, p. 9-10 (год публикации - 2017)

8. Алексеев К.С., Сивец Г.Г., Сафонова Т.Н., Михайлов С.Н. Substrate Specificity of E. Coli Uridine Phosphorylase. Further Evidences of High-syn Conformation of the Substrate in Uridine Phosphorolysis Nucleosides, Nucleotides and Nucleic Acids (год публикации - 2016)
10.1080/15257770.2016.1223306

9. Дреничев М.С., Алексеев К.С., Курочкин Н.Н., Михайлов С.Н. Use of Nucleoside Phosphorylases for the Preparation of Purine and Pyrimidine 2′-Deoxynucleosides Advanced Synthesis & Catalysis (год публикации - 2017)
10.1002/adsc.201701005

10. Михайлов С.Н. Применение нуклеозидфосфорилаз для получения практически важных нуклеозидов ACTA NATURAE, Спецвыпуск, Том 2, с. 47 (год публикации - 2016)

11. Михайлов С.Н., Ословский В.Е., Дреничев М.С., Алексеев К.С. Synthesis of purines from nucleosides: ribose as a blocking group. Book of Abstracts, XVllth Symposium on Chemistry of Nucleic Acid Components, Cesky Krumlov, Czech Republic, June 4 - 9, 2017, Book of Abstracts, p. 171 (год публикации - 2017)

12. Дреничев М.С., Ословский В.Е., Михайлов С.Н. Cytokinin Nucleosides - Natural Compounds with a Unique Spectrum of Biological Activities Current Topics in Medicinal Chemistry, Vol. 16, No. 23, P. 2562-2576 (год публикации - 2016)
10.2174/1568026616666160414123717

13. Михайлов С.Н., Скотти Л., Сингла Р.К., Скотти М.Т. Perspectives in Medicinal Chemistry Current Topics in Medicinal Chemistry, vol. 16, No. 25, p. 2725-2726 (год публикации - 2016)
10.2174/156802661625160816180839

14. Дреничев М.С., Ословский В.Е., Тараров В.И., Михайлов С.Н. Synthesis of Cytokinin Nucleosides Current Protocols in Nucleic Acid Chemistry, CPNC Supp. 71: Unit 14.15 (год публикации - 2017)

Публикации