Изучение механизмов (само)регуляции супрамолекулярных комплексов дегидрогеназ 2-оксокислот для фармакологической коррекции метаболических нарушений

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 23-74-10036

НазваниеИзучение механизмов (само)регуляции супрамолекулярных комплексов дегидрогеназ 2-оксокислот для фармакологической коррекции метаболических нарушений

Руководитель Алешин Василий Алексеевич, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова» , г Москва

Конкурс №85 - Конкурс 2023 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-202 - Протеомика; структура и функции белков

Ключевые слова пируватдегидрогеназа; кетоглутаратдегидрогеназа; 2-оксоадипатдегидрогеназа; дегидрогеназа разветвленных 2-оксокислот; сахарный диабет II типа; метформин; дефицит тиамина; посттрансляционные модификации белков; метаболические нарушения; тиаминдифосфат; фосфопроизводные тиамина; фосфопроизводные кетокислот; тиаминтрифосфат; низкомолекулярные регуляторы дегидрогеназ 2-оксокислот.

Код ГРНТИ31.27.39

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект посвящен изучению механизмов регуляции взаимодействия метаболизма, эпигенетической регуляции и транскрипции, исследованию нарушений данной регуляции, приводящих к метаболическим заболеваниям, поиску способов направленной регуляции метаболизма с помощью низкомолекулярных регуляторов его ключевых узлов - супрамолекулярных комплексов дегидрогеназ 2-оксокислот (СКДОК). Данные комплексы являются продуцентами ацил-КоА - субстратов для посттрансляционных модификаций (ПТМ) белков. Местом внутриклеточной локализации СКДОК традиционно считается матрикс митохондрий, однако новые данные подтверждают также их ядерную локализацию и регуляторную функцию в отношении ацилирования гистонов. Высокая значимость ПТМ гистонов и других ядерных белков определяет актуальность расшифровки нового механизма регуляции, напрямую зависимого от метаболической активности клетки. Сложная организация и взаимная регуляция СКДОК определяет широкий спектр регуляторных возможностей данной системы. Взаимосвязь метаболизма и транскрипционной активности через ПТМ ядерных белков и СКДОК обеспечивает механизм, нарушения которого могут приводить к метаболическим заболеваниям; и наоборот, направленное воздействие на СКДОК может способствовать лечению социально значимых метаболических расстройств. Действительно, трансформация клеточного метаболизма с участием СКДОК часто сопряжена с развитием диабета, нейродегенерации и злокачественных новообразований. Несмотря на ключевую роль в метаболизме и медицинскую значимость СКДОК, для вышеперечисленных заболеваний отсутствуют ассоциированные с данными комплексами способы ранней диагностики и эффективной терапии. Для выполнения проекта предлагается комбинация подходов in vitro и in vivo, дополненная биоинформатическим анализом, поиском информации в базах данных и химическим синтезом низкомолекулярных регуляторов, ключевых для понимания роли СКДОК в регуляции метаболизма. Анализ тканевой специфичности экспрессии поможет выделить препараты СКДОК разного субъединичного состава. Это позволит охарактеризовать влияние синтезированных ингибиторов на ранее не охарактеризованные варианты комплексов. Для характеристики коферментного и некоферментного действия производных тиамина будут синтезированы негидролизуемые метиленовые аналоги тиаминдифосфата (ТДФ) и тиаминтрифосфата (ТТФ) и их эфиры. Их применение позволит впервые однозначно дифференцировать влияние сигнального производного ТТФ и кофермента ТДФ. Предполагается, что по результатам анализа in vitro удастся охарактеризовать механизмы регуляции СКДОК, включая регуляцию периферических компонентов комплексов - киназ и фосфатаз. Для этого будет разработан качественный метод детекции ПТМ комплексов с помощью соответствующих антител. Новые ключевые параметры регуляции СКДОК будут апробированы в качестве маркеров их метаболической активности in vivo. В ряде животных экспериментов будет охарактеризовано состояние СКДОК в условиях их активации введением высокой дозы тиамина или в условиях тиаминового дефицита. Дефицит тиамина является недооцененным фактором развития метаболических нарушений, причем самый часто назначаемый при диабете II типа препарат метформин усиливает развитие дефицита тиамина. При исследовании антивитаминного действия метформина будет проанализирован ряд важных маркеров метаболизма сахаров и аминокислот, включая лактат, тиамин и НАД, а также активность или белковую экспрессию самих СКДОК и ассоциированных с ними ферментов, в т.ч. НАД-зависимых деацилаз сиртуинов. Используя полученные данные о механизмах и маркерах метаболической регуляции, зависимых от СКДОК, на заключительном этапе проекта мы предполагаем разработать новую животную модель диабета и предложить способы его лечения.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Алешина Ю.А., Алешин В.А. Evolutionary Changes in Primate Glutamate Dehydrogenases 1 and 2 Influence the Protein Regulation by Ligands, Targeting and Posttranslational Modifications International Journal of Molecular Sciences, том 25, выпуск 8, 4341 (год публикации - 2024)
10.3390/ijms25084341

2. Алешина Ю.А., Завилейский Л.Г., Алешин В.А. Neanderthal and Denisovan Glutamate Dehydrogenase 2 Evolution and Clinical Significance International Journal of Molecular Sciences, том 26, № 9, с. 4322 (год публикации - 2025)
10.3390/ijms26094322

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В ходе второго этапа проекта удалось масштабировать синтез эфиров негидролизуемых метиленовых фосфорпроизводных тиамина ТДФн и ТТФн. Предложен метод дополнительной очистки. Проведены предварительные эксперименты по синтезу ТДФн и ТТФн. Показано in vitro наличие коферментного и некоферментного действия негидролизуемых фосфопроизводных тиамина, определены кинетические параметры связывания. Разработана экспресс-методика получения препаратов, обогащенных ПДГК, из гомогенатов различных тканей крыс. Показана временная и концентрационная зависимость определяемого сигнала и возможность полуколичественной оценки активности киназ ПДГК. Результаты физиологического мониторинга крыс в моделях дефицита тиамина индуцированного хроническим введением ампролиума или окситиамина показали увеличение тревожности животных в первую очередь под влиянием окситиамина. Анализ метаболических маркеров продемонстрировал высокую способность нервной ткани к поддержанию гомеостаза. При этом, содержание ТДФ в крови крыс, получавших окситиамин, было снижено вдвое. Влияние ампролиума отражалось в уменьшении насыщения транскетолазы кофермиентом ТДФ. Уровень лактата был выше у крыс, получавших окситиамин, по сравнению с крысами, получавшими ампролиум. При этом ампролиум снижал уровень лактата. Таким образом, введение окситиамина сопровождалось значительным уменьшением уровня ТДФ в крови и тенденцией к увеличению уровня лактата, что проявлялось на уровне поведения в виде более выраженных маркеров стресса. Введение ампролиума имело гораздо менее выраженные последствия, метаболические параметры мозга показывали более выраженные компенсаторные изменения. В результате было выявлено лишь небольшое увеличение тревожности в тесте «Открытое поле». Данные физиологического мониторинга животных, получавших метформин и метформин совместно с ампролиумом показали уменьшение стресса при приеме ампролиума совместно с метформином. Анализ последовательностей ГДГ (GLUD1 и GLUD2) древних людей – неандертальцев и денисовцев – позволил уточнить детали эволюции ГДГ2. Определена очередность двух последних мутаций ГДГ2 человека; найдены новые варианты ГДГ2, характерные для алтайского неандертальца и денисовца. С использованием современных клинических данных найдены варианты ГДГ2, похожие на ГДГ2 денисовца. Один из этих вариантов, вызывающий замену S498A, ассоциирован с болезнью Паркинсона с поздним началом, этот вариант встречается в среднем с частотой 3% у современных людей. Анализ экспрессии ГДГ и РНК, кодируемых их псевдогенами в различных тканях, позволил предположить механизм регуляции экспрессии ГДГ с помощью РНК, кодируемой GLUD1P3, являющейся потенциальным ингибитором транскрипции ГДГ1 (Aleshina, et al. 2025; https://doi.org/10.3390/ijms26094322).

Публикации