Распределение электронной плотности в кристаллах: создание универсального подхода к оценке биологической активности и транспортных свойств.

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 20-13-00241

НазваниеРаспределение электронной плотности в кристаллах: создание универсального подхода к оценке биологической активности и транспортных свойств.

Руководитель Корлюков Александр Александрович, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт элементоорганических соединений им. А.Н.Несмеянова Российской академии наук , г Москва

Конкурс №45 - Конкурс 2020 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-502 - Кристаллохимия

Ключевые слова биологически активные соединения, активные фармацевтические субстанции, прецизионные рентгенодифракционные исследования, квантовохимические расчеты, энергия межмолекулярных взаимодействий, энергия кристаллической решетки, полиморфизм, энергия связывания лиганд-рецептор, теория «Атомы в молекулах», метод NCI, функция RDG, метод переносимых мультипольных параметров, метод максимально локализованных орбиталей.

Код ГРНТИ31.15.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Применение вычислительных методов для оценки биологической активности и физико-химических свойств органических соединений дает огромный экономический эффект, выражающийся, прежде всего, в снижении затрат на поиск наиболее оптимальной молекулярной структуры потенциальных действующих веществ в лекарственных препаратах. Среди большого числа проблем, решаемых с помощью вычислительных методов, особое место занимает исследование механизма действия биологически активных соединений на молекулярном уровне. К ней вплотную примыкает проблема транспорта рассматриваемых соединений к местам, где они оказывают свой эффект. Все вычислительные методы используют модели различной степени сложности, включающие от одной малой молекулы до сложных ассоциатов с участием молекул воды, белка, ДНК или РНК. При этом сложность используемых приближений уменьшается в обратной последовательности от точных квантовомеханических постхартрифоковских методов для расчетов самих молекул до полу- и полностью эмпирических расчетных схем для изучения больших ассоциатов. Актуальной является задача создания такого подхода, который позволит провести оценку практически важных физико-химических свойств биологически активных соединений, например, природу и энергию их связывания со сложными биомолекулами и различными системами (в том числе, элементорганическими и неорганическими) на одинаковом или близком уровне, что позволит прямое сопоставление полученных данных. Единственным путем создать такой подход является использование функции распределения электронной плотности как фундаментальной величины, получение которой возможно для систем различного уровня сложности. Предлагаемый проект направлен на разработку схемы, позволяющей получить количественные данные о способности к связыванию молекул биологически активных соединений в различных системах, таких как: молекулярные кристаллы, пористые каркасные элементорганические и координационные соединения, слоистые неорганические сульфиды переходных металлов и белки. Провести эти исследования планируется на примере соединений, являющихся активными фармацевтическими субстанциями, применяемыми в настоящее время для терапии социально значимых заболеваний (ингибиторы протеазы и обратной транскриптазы ВИЧ, стероидные и нестероидные агенты для лечения рака простаты, молочной железы, гепатита С, рассеянного склероза, лейкемии, амилоидной недостаточности, тромбоза). Заявленные исследования будут проведены с использованием совокупности методов квантовой химии, рентгеновской дифракции и квантовой кристаллографии. Основная научная новизна предлагаемого подхода заключается в использовании методов анализа распределения электронной плотности для количественной оценки энергии связи между активной фармацевтической субстанцией с одной стороны и молекулами белка или агентов по адресной доставке с другой. Кроме этого, впервые точные рентгенодифракционные данные (в том числе прецизионные) будут использованы для поиска наиболее оптимальных конфигураций соответствующих комплексов (структурно-топологический подход). Дополнительно, научная новизна проекта будет заключаться в получении большой совокупности информации о новых полиморфных модификациях, солях, кристаллосольватах и сокристаллах соединений, являющихся активными фармацевтическими субстанциями.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Корлюков А.А.,Вологжанина А.В.,Трзыбинский Д.,Малинска М.,Возняк К. Charge density analysis of abiraterone acetate Acta Crystallographica Section B: Structural Science, Crystal Engineering and Materials, 76 (6), 1018-1026 (год публикации - 2020)
10.1107/S2052520620013244

2. Вологжанина А.В., Ушаков И.Е., Корлюков А.А. Intermolecular Interactions in Crystal Structures of Imatinib-Containing Compounds International Journal of Molecular Sciences, 21(23), 8970 (год публикации - 2020)
10.3390/ijms21238970

3. Ушаков И.Е., Головешкин А.С., Лененко Н.Д., Таказова Р.У., Езерницкая М.Г., Корлюков А.А., Зайковский В.И., Голубь А.С. Строение и нековалентные взаимодействия монослоев дисульфида молибдена в слоистом органо-неорганическом соединении с тетраметилгуанидином Координационная химия, 46 (11), 706-712 (год публикации - 2020)
10.1134/S1070328420090067

4. Головешкин А.С., Корлюков А.А., Вологжанина А.В. Novel Polymorph of Favipiravir-An Antiviral Medication Pharmaceutics, 13 (2),139 (год публикации - 2021)
10.3390/pharmaceutics13020139

5. Каюкова Л., Вологжанина А.,Пралиев К., Дюсембаева Г., Байтурсынова Г., Узакова А., Бисмильда В.,Чингиссова Л., Акатан К. Boulton-Katritzky Rearrangement of 5-Substituted Phenyl-3-[2-(morpholin-1-yl)ethyl]-1,2,4-oxadiazoles as a Synthetic Path to Spiropyrazoline Benzoates and Chloride with Antitubercular Properties Molecules, 26 (4), 967 (год публикации - 2021)
10.3390/molecules26040967

6. Родионов А.Н., Корлюков А.А.,Сименел А.А. Synthesis, structure of 5,7-dimethyl-3-ferrocenyl-2,3-dihydro-1H-pyrazolo-[1,2-a]-pyrazol-4-ium tetrafluoroborate. DFTB calculations of interaction with DNA Journal of Molecular Structure, том 1251, стр. 132070 (год публикации - 2022)
10.1016/j.molstruc.2021.132070

7. Корлюков А.А., Дороватовский П.В., Вологжанина А.В. N-(4-Methyl-3-((4-(pyridin-3-yl)pyrimidin-2-yl)amino)phenyl)-4-((4-methylpiperazin-1-yl)methyl)benzamide MolBank, 2022(4), M1461 (год публикации - 2022)
10.3390/M1461

8. Ушаков И.Е., Лененко Н.Д., Головешкин А.С., Корлюков А.А., Голубь А.С. Influence of noncovalent intramolecular and host-guest interactions on imatinib binding to MoS2sheets: A PXRD/DFT study CrystEngComm, 24 (3), 639-646 (год публикации - 2022)
10.1039/D1CE01350E

9. Бондарева Н.А., Пурыгин П.П., Зарубин Ю.П., Дороватовский П.В., Корлюков А.А., Вологжанина А.В. Синтез, строение и распределение электронной плотности в кристаллах K2(L-Trp)2(H2O) (HTrp = триптофан) Координационная химия (год публикации - 2023)

10. Каюкова Л., Вологжанина А., Пралиев К., Дюсембаева К., Байтурсынова Г., Узакова А., Бисмульда В., Чингисова Л., Акатан К. Recent Advances in the Synthesis, Functionalization and Applications of Pyrazole-Type Compounds Recent Advances in the Synthesis, Functionalization and Applications of Pyrazole-Type Compounds I. MDPI (Basel, Switzerland), Vol. I. Ed. by Vera L. M. Silva and Artur M. S. Silva. MDPI (Basel, Switzerland), pp. 400. (год публикации - 2022)
10.3390/books978-3-0365-5421-1

11. Корлюков А.А., Вологжанина А.В., Сташ А.И., Возняк К. Charge-density distribution of API in crystals and ligand–receptor complexes Acta Crystallographica Section A: FOUNDATIONS AND ADVANCES, Vol. 77 (a2), P. C907. (год публикации - 2021)
10.1107/S0108767321087924

12. Вологжанина А.В., Корлюков А.А. Two sides of a molecular surface for analysis of non-covalent interactions Acta Crystallographica Section A: FOUNDATIONS AND ADVANCES, Vol. 77 (a2), C1201 (год публикации - 2021)
10.1107/S010876732108510X

13. Корлюков А.А. Charge density distribution of APIs in crystals and ligand-receptor complexes Book of Abstracts of the 3rd Struchkov Meeting. 15-19 November 2021, P.41 (год публикации - 2021)

14. Вологжанина А.В., Корлюков А.А., Гойзман М.С. Сравнение межмолекулярных взаимодействий бикалутамида и абиратерона в кристаллах и комплексах с белками Сборник тезисов X Национальной кристаллохимической конференции. 5 - 9 июля 2021, С. 68 (год публикации - 2021)

15. Корлюков А.А.,Сташ А.И., Романенко А.Р.,Трзыбинский Д., Возняк К., Вологжанина А.В. Ligand-Receptor Interactions of Lamivudine: A View from Charge Density Study and QM/MM Calculations Biomedicines, 11(3), 743 (год публикации - 2023)
10.3390/biomedicines11030743

16. Вологжанина А.В., Корлюков А.А. Voronoi molecular surface for analysis of noncovalent interactions NCI-2022, Book of abstracts. Moscow, 14-16 November 2022, p. 54. (год публикации - 2022)

Публикации