Разработка и изучение механизмов действия новых регуляторов репродуктивной и тиреоидной систем на основе тиенопиримидинов

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 19-75-20122

НазваниеРазработка и изучение механизмов действия новых регуляторов репродуктивной и тиреоидной систем на основе тиенопиримидинов

Руководитель Шпаков Александр Олегович, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук , г Санкт-Петербург

Конкурс №31 - Конкурс 2019 года по мероприятию «Проведение исследований на базе существующей научной инфраструктуры мирового уровня» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-401 - Молекулярная и клеточная медицина

Ключевые слова репродуктивная система, лютеинизирующий гормон, тиреоидная система, тиреотропный гормон, низкомолекулярный агонист, инверсионный агонист, антагонист, тиенопиримидин, стероидогенез, сперматогенез, тиреоидный гормон, тестостерон

Код ГРНТИ76.29.37

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на решение актуальной проблемы современной эндокринологии и медицины, состоящей в создании новых регуляторов репродуктивной и тиреоидной систем на основе низкомолекулярных соединений, которые могут в дальнейшем применяться для лечения и профилактики заболеваний, связанных с дисфункциями в гипоталамо-гипофизарно-гонадной и -тиреоидной осях. Нами будут разрабатываться тиенопиримидиновые производные (ТП) с активностью полных агонистов рецептора лютеинизирующего гормона (ЛГ) и инверсионных агонистов и нейтральных антагонистов рецептора тиреотропного гормона (ТТГ). ТП с активностью агонистов рецептора ЛГ, наделенные стероидогенной активностью, необходимы для компенсации андрогенного дефицита и регуляции сперматогенеза у мужчин, а также для регуляции фолликулогенеза и индукции овуляции во вспомогательных репродуктивных технологиях у женщин. ТП с активностью инверсионных агонистов и антагонистов рецептора ТТГ, могут служить ингибиторами базальной и стимулированной активности рецептора ТТГ, являясь прототипами лекарственных препаратов для лечения болезни Грейвса, вызываемой стимулирующими аутоантителами к рецептору ТТГ, рака щитовидной железы, ассоциированного с гиперактивацией рецептора ТТГ, и ТТГ-зависимых опухолей нетиреоидной локализации. Необходимость разработки низкомолекулярных регуляторов репродуктивной системы на основе ТП обусловлена тем, что используемые для этой цели рекомбинантный ЛГ и мочевой хорионический гонадотропин человека (ХГЧ) характеризуются рядом серьезных недостатков, среди которых низкая селективность действия, гиперактивация гонадотропин-зависимых сигнальных путей в гонадах и, как следствие, развитие их резистентности к гонадотропинам, необходимость парентерального введения. Согласно полученным нами ранее данным, ТП с активностью агонистов рецептора ЛГ характеризуются селективностью по отношению к цАМФ-зависимым каскадам, определяющим стероидогенную активность клеток Лейдига, и мягко стимулируют гонадотропиновые рецепторы, не вызывая их гиперактивации и десенситизации. В основе этого лежат различия в механизмах активации рецепторов ЛГ – гонадотропины связываются с внеклеточным доменом рецептора и запускают сразу несколько сигнальных каскадов, в то время как ТП проникают в его аллостерический сайт, расположенный внутри трансмембранного канала, и стабилизируют преимущественно одну, «целевую» активную конформацию. Для рецептора ТТГ в настоящее время отсутствуют препараты с активностью инверсионных агонистов и антагонистов, и их разработка является приоритетной задачей, так как именно подавление активности рецептора ТТГ – перспективный подход для лечения ТТГ-зависимых опухолей, имеющих крайне неблагоприятный прогноз, и аутоиммунных заболеваний щитовидной железы. В настоящее время для этого используют тиреоидные гормоны, но их действие является опосредованным, неспецифичным и характеризуются тяжелыми побочными эффектами со стороны сердечно-сосудистой и других систем организма. При выполнении проекта будет решаться ряд фундаментальных задач, в результате чего будут получены принципиально новые данные, имеющие как теоретическое, так и прикладное значение. Основываясь на данных литературы и собственном научном заделе по разработке низкомолекулярных агонистов рецепторов гликопротеиновых гормонов, с помощью методов молекулярного моделирования и молекулярной метадинамики будут сгенерированы и отобраны «целевые» структуры потенциально активных ТП, которые в случае агонистов рецептора ЛГ будут включать фрагменты азолкарбоновых кислот, в которых гетероциклический фрагмент и тиенопиримидиновый остов будут соединены сульфамидной связью, а в случае лигандов рецептора ТТГ представлять собой конформационно жесткие поликонденсированные аналоги, получаемые двойной тандемной циклизацией неконденсированного каркаса. Выбранные ТП будут синтезированы и очищены с помощью современных методов органической и аналитической химии и охарактеризованы с использованием масс-спектрометрии высокого разрешения, ЯМР-спектроскопии и других методов. В экспериментах in vitro будет изучено влияние синтезированных ТП, потенциальных агонистов рецептора ЛГ, на активность аденилатциклазы (АЦ) в тестикулярных мембранах крысы и на ЛГ-зависимые сигнальные пути и систему стероидогенеза в клетках Лейдига. Это позволит выявить наиболее эффективные и селективные соединения и изучить их стероидогенную активность при пероральном и внутрибрюшинном способах введения самцам крыс. Наряду с этим, в рамках проверки гипотезы авторов о шапероноподобном эффекте ТП, будет изучена способность как новых, так и ранее разработанных (ТП04) ТП с активностью агонистов рецептора ЛГ потенцировать стимулирующие эффекты гонадотропинов на стероидогенез и более эффективно, в сравнении с ХГЧ, стимулировать стероидогенез и восстанавливать сперматогенез в семенниках крыс с сахарным диабетом 1-го и 2-го типов. Впервые будет изучено влияние низкомолекулярных агонистов рецептора ЛГ на ослабленные в условиях диабетической патологии сигнальные пути адипокинов, играющих исключительно важную роль в регуляции стероидогенеза и сперматогенеза. На основе исследования ингибирующего влияния синтезированных ТП, потенциальных инверсионных агонистов и антагонистов рецептора ТТГ, на базальную и стимулированную ТТГ активность АЦ в тироидальных мембранах, а также на базальную и стимулированную ТТГ экспрессию и функциональную активность сигнальных и эффекторных белков, ответственных за продукцию тиреоидных гормонов, в культурах тироцитов, будут отобраны наиболее активные и селективные аналоги. В дальнейшем в условиях in vivo будет изучено ингибирующее влияние активных ТП при пероральном и внутрибрюшинном способах их введения на базальную и стимулированную тиролиберином продукцию тиреоидных гормонов, а также на систему тироидогенеза и активность D2-дейодиназы, превращающей тироксин в трийодтиронин, основной эффекторный гормон тиреоидной системы. Будет проведено изучение фармакокинетики ТП, а также их накопление в организме, в первую очередь в тканях-мишенях – семенниках (агонисты рецептора ЛГ) и щитовидной железе (лиганды рецептора ТТГ). Основными результатами проекта должны стать: (1) выбор структур ТП, потенциальных агонистов рецептора ЛГ и инверсионных агонистов и антагонистов рецептора ТТГ с высокой селективностью и эффективностью действия; (2) оптимизация стратегии их применения, как регуляторов эндокринных функций, включая выбор доз, продолжительности и способов введения, фармакокинетику и распределение в тканях-мишенях; (3) расшифровка молекулярных механизмов и идентификация мишеней действия ТП в клетках Лейдига (агонисты рецептора ЛГ) и тироцитах (ингибиторы рецептора ТТГ), как в условиях in vitro при обработке ими культур клеток, так и в условиях in vivo при различных стратегиях введения препаратов самцам крыс; (4) проверка гипотезы авторов проекта о шапероноподобных свойствах ТП и исследование обусловленного этим потенцирующего эффекта ТП с активностью агонистов рецептора ЛГ на стероидогеные эффекты гонадотропинов и их способности эффективно стимулировать стероидогенез у крыс с моделями сахарного диабета 1-го и 2-го типов, для которых характерно ослабление процессинга рецептора ЛГ, (5) выявление интегративных связей между сигнальными системами в семенниках, активируемых гонадотопинами и адлипокинами, и их изменений в условиях стимуляции стероидогенеза низкомолекулярными агонистами рецептора ЛГ, в том числе при диабетической патологии.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Бахтюков А.А., Деркач К.В., Дарьин Д.В., Сорокоумов В.Н., Шпаков А.О. Differential Stimulation of Testicular Steroidogenesis by Orthosteric and Allosteric Agonists of Luteinizing Hormone Receptor J Evol Biochem Phys. 2020. V.56. № 5. P. 439-450, (Особенности стимуляции стероидогенеза в семенниках ортостерическими и аллостерическими агонистами рецептора лютеинизирующего гормона. Журнал эволюционной биохимии и физиологии 2020. Т. 56. № 5. C. 380-390. https://doi.org/10.31857/S0044452920040026) (год публикации - 2020)
10.1134/S0022093020050075

2. Шпаков А.О., Бахтюков А.А., Дарьин Д.В., Деркач К.В. Pretreatment of Rats with an Allosteric Luteinizing Hormone Receptor Agonist Enhances Chorionic Gonadotropin-Induced Stimulation of Testosterone Production J. Evol. Biochem. Phys. 2019. V. 55. № 6. P. 510-514 (Журнал эволюционной биохимии и физиологии. https://doi.org/10.1134/S004445291906007X, Т.55, № 6, Стр. 459-462. Предобработка крыс аллостерическим агонистом рецептора лютеинизирующего гормона усиливает стимуляцию продукции тестостерона хорионическим гонадотропином) (год публикации - 2019)
10.1134/S0022093019060115

3. Бахтюков А.А., Деркач К.В., Даоьин Д.В., Степочкина А.М., Шпаков А.О. Низкомолекулярный агонист рецептора лютеинизирующего гормона эффективно стимулирует аденилатциклазу в тестикулярных мембранах и стероидогенез в семенниках крыс с диабетом 1-го типа Биологические мембраны, V.36, No 5, pp. 322-331 (год публикации - 2019)
10.1134/S0233475519050037

4. Шпаков А.О., Дарьин Д.В., Бахтюков А.А., Деркач К.В. Низкомолекулярные лиганды рецепторов лютеинизирующего и фолликулостимулирующего гормонов, как новое поколение регуляторов репродуктивных функций Цитология, Т.61, №8, стр. 634-648 (год публикации - 2019)
10.1134/S0041377119080054

5. Шпаков А.О., Деркач К.В., Бахтюков А.А., Шпакова Е.А. Сопряженные с G-белками рецепторы и их аллостерические регуляторы ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, Санкт-Петербург:, 446 c, (год публикации - 2019)

6. Шпаков А.О., Деркач К.В., Бахтюков А.А., Дарьин Д.В. The low molecular weight ligands of the gonadotropin receptors as the new generation of the regulators of the reproductive functions and steroidogenesis. Chapter 7 “Innovations in Assisted Reproduction Technology” (Eds. N. Sharma, S. Chakrabarti). Intech Open Access Publisher, Rijeka, Croatia, 2020. P. 111-131. (год публикации - 2019)
10.5772/intechopen.88498

7. Бахтюков А.А., Деркач К.В., Шпаков А.О. Ранние стероидогенные эффекты гонадотропина и низкомолекулярного агониста рецептора лютеинизирующего гормона при их введении самцам крыс Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова, 2020. Т. 106. № 2. C. 254-264. (год публикации - 2020)
10.31857/S0869813920020028

8. Деркач К.В., Дарьин Д.В., Шпаков А.О. Низкомолекулярные лиганды рецептора лютеинизирующего гормона с активностью антагонистов Биологические Мембраны, 2020. T. 37. № 4. С. 271-281. (год публикации - 2020)
10.31857/S0233475520030032

9. Деркач К.В., Бахтюков А.А., Сорокоумов В.Н., Шпаков А.О. New Thieno-[2,3-d]Pyrimidine-based Functional Antagonist for the Receptor of Thyroid Stimulating Hormone Doklady Biochemistry and Biophysics, V. 491. P. 77–80 (год публикации - 2020)
10.1134/S1607672920020064

10. Шпаков А.О. Эндогенные и синтетические регуляторы периферических звеньев гипоталамо-гипофизарно-гонадной и -тиреоидной осей Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова, Т. 106, № 6, С. 696-719 (год публикации - 2020)
10.31857/S0869813920060126

11. Бахтюков А.А., Деркач К.В., Гуреев М.А., Дарьин Д.В., Сорокоумов В.Н., Романова И.В., Морина И.Ю., Степочкина А.М., Шпаков А.О. Comparative study of the steroidogenic effect of human chorionic gonadotropin and thieno[2,3-d]pyrimidine-based allosteric agonist of luteinizing hormone receptor in young adult, aging and diabetic male rats International Journal of Molecular Sciences, V. 21. № 20. E7493 (год публикации - 2020)
10.3390/ijms21207493

12. Деркач К.В., Романова И.В., Бахтюков А.А., Морина И.Ю., Дарьин Д.В., Сорокоумов В.Н., Шпаков А.О. The Effect of Low-Molecular-Weight Allosteric Agonist of Luteinizing Hormone Receptor on Functional State of the Testes in Aging and Diabetic Rats Bulletin of Experimental Biology and Medicine, 2021. V. 171. № 1. P. 81-86. PMID: 34050416 (год публикации - 2021)
10.1007/s10517-021-05177-5

13. Бахтюков А.А., Деркач К.В., Романова И.В., Сорокоумов В.Н., Соколова Т.В., Говди А.И., Морина И.Ю., Перминова А.А., Шпаков А.О. Effect of low-molecular-weight allosteric agonists of the luteinizing hormone receptor on its expression and distribution in rat testes J. Evol. Biochem. Physiol. V. 57. № 2. P. 208-220, (Влияние низкомолекулярных аллостерических агонистов рецептора лютеинизирующего гормона на его экспрессию и распределение в семенниках крыс. Журнал эволюционной биохимии и физиологии. Т. 57. № 2. C. 124-135. https://doi.org/10.31857/S0044452921020017) (год публикации - 2021)
10.1134/S0022093021020034

14. Шпаков А.О. Improvement effect of metformin on female and male reproduction in endocrine pathologies and its mechanisms Pharmaceuticals (Basel), V. 14. No 1. E42 (год публикации - 2021)
10.3390/ph14010042

15. Деркач К.В., Фокина Е.А., Бахтюков А.А., Сорокоумов В.Н., Степочкина А.М., Захарова И.О., Шпаков А.О. The Study of Biological Activity of a New Thieno[2,3-D]-Pyrimidine-Based Neutral Antagonist of Thyrotropin Receptor Bulletin of Experimental Biology and Medicine, 2022. V. 172. № 6. P. 713-716. PMID: 35501650. (год публикации - 2022)
10.1007/s10517-022-05462-x

16. Бахтюков А.А., Деркач К.В., Степочкина А.М., Сорокоумов В.Н., Баюнова Л.В., Лебедев И.А., Шпаков А.О. The effect of metformin therapy on luteinizing hormone receptor agonists-induced stimulation of testosterone production and spermatogenesis in diabetic rats J. Evol. Biochem. Physiol., V. 57. № 6. P. 1382-1393 (год публикации - 2021)
10.1134/S002209302106017X

17. Деркач К.В., Бахтюков А.А., Морина И.Ю., Романова И.В., Баюнова Л.В., Шпаков А.О. Comparative study of the restoring effect of metformin, gonadotropin, and allosteric agonist of luteinizing hormone receptor on spermatogenesis in male rats with streptozotocin-induced type 2 diabetes mellitus Bull. Exp. Biol. Med. 2022. V. 172. № 4. P. 435-440. PMID: 35175480 (Бюллетень экспериментальной биологии и имедицины. https://doi.org/10.47056/0365-9615-2021-172-10-445-451, Т.172, Т 10, Стр.445-451. Сравнительное изучение восстанавливающего эффекта метформина, гонадотропина и аллостерического агониста рецептора лютеинизирующего гормона на сперматогенез у самцов крыс со стрептозотоциновым диабетом 2-го типа) (год публикации - 2021)
10.1007/s10517-022-05409-2

18. Степочкина А.М., Бахтюков А.А., Деркач К.В., Сорокоумов В.Н., Шпаков А.О. A Comparative Study of the Steroidogenic Effect of 5-Amino-N-tert-butyl-2-(methylthio)-4-(3-(nicotinamido)phenyl)thieno[2,3-d]-pyrimidine-6-carboxamide and Chorionic Gonadotropin with Different Methods of Administration to Male Rats J. Evol. Biochem. Physiol. 2022. V. 58. № 1. P. 54-63. (Журнал эволюционной биохимии и физиологии. https://doi.org/10.31857/S0044452922010077, Т. 58. № 1. C. 51-60. Сравнительное изучение стероидогенного эффекта 5-амино-N-трет-бутил-2-(метилтио)-4-(3-(никотинамидо)фенил)тиено[2,3-d]-пиримидин-6-карбоксамида и хорионического гонадотропина при различных способах введения самцам крыс) (год публикации - 2022)
10.1134/S0022093022010057

19. Бахтюков А.А., Деркач К.В., Фокина Е.А., Сорокоумов В.Н., Захарова И.О., Баюнова Л.В., Шпаков А.О. Development of low-molecular-weight allosteric agonist of thyroid-stimulating hormone receptor with thyroidogenic activity Doklady Biochemistry and Biophysics, 2022. V. 503. № 1. P. 67-70. PMID: 35538280 (год публикации - 2022)
10.1134/S1607672922020016

20. Бахтюков А.А., Деркач К.В., Сорокоумов В.Н., Дарьин Д.В., Степочкина А.М., Шпаков А.О. Хроническое введение аллостерического агониста рецептора лютеинизирующего гормона усиливает эффект хорионического гонадотропина на стероидогенез в семенниках крыс Сб. статей Межд. конф. «Рецепторы и внутриклеточная сигнализация». 24–28 мая 2021 г., Пущино., Т2. С.598-603 (год публикации - 2021)

21. Деркач К.В., Сорокоумов В.Н., Бахтюков А.А., Фокина Е.А., Басова Н.Е., Шпаков А.О. Ингибирование тиреоидогенеза низкомолекулярным аллостерическим антагонистом рецептора тиреотропного гормона Сб. статей Межд. конф. «Рецепторы и внутриклеточная сигнализация». 24–28 мая 2021 г., Пущино., Т.2, С.647-652 (год публикации - 2021)

22. Степочкина А.М., Бахтюков А.А., Деркач К.В., Сорокоумов В.Н., Шпаков А.О. Сравнительное изучение стероидогенного эффекта тиено[2,3-d]-пиримидина и хорионического гонадотропина при внутрибрюшинном и подкожном введении крысам Сб. статей Межд. конф. «Рецепторы и внутриклеточная сигнализация». 24–28 мая 2021 г., Пущино, Т2., С.716-720 (год публикации - 2021)

23. Бахтюков А.А., Деркач К.В., Сорокоумов В.Н., Фокина Е.А., Шпаков А.О. The development of new low-molecular-weight allosteric antagonists of thyroid-stimulating hormone receptor and their effect on the basal and thyroliberin-stimulated production of thyroid hormones FEBS Open Bio, V.11, S1, P.87 (год публикации - 2021)
10.1002/2211-5463.13205

24. Степочкина А.М., Бахтюков А.А., Деркач К.В., Сорокоумов В.Н., Дарьин Д.В., Шпаков А.О. Effect of three-day pretreatment of male rats with a thieno[2,3-d]-pyrimidine-based allosteric agonist on the steroidogenic effects of human chorionic gonadotropin FEBS Open Bio, V. 11, S. 1. P. 316 (год публикации - 2021)
10.1002/2211-5463.13205

25. Шпаков А.О. Allosteric Modulators of G Protein‐Coupled Receptors International Journal of Molecular Sciences, V.23, No 6, E2934 (год публикации - 2022)
10.3390/ijms23062934

26. Фокина Е.А., Шпаков А.О. Thyroid-stimulating hormone receptor: role in the development of thyroid pathology and its correction J. Evol. Biochem. Physiol., V.58, № 5, с. 1439-1454 (год публикации - 2022)
10.31857/S0869813922090060

27. Фокина Е.А., Шпаков А.О. Фундаментальные и клинические аспекты заболеваний щитовидной железы и новые подходы для их лечения (обзор литературы) Сибирский журнал клинической и экспериментальной медицины, Т.37, № 3, с. 90-97 (год публикации - 2022)
10.29001/2073-8552-2022-37-3-90-97

28. Бахтюков А.А., Деркач К.В., Сорокоумов В.Н., Степочкина А.М., Романова И.В., Морина И.Ю., Баюнова Л.В., Шпаков А.О. The effects of separate and combined treatment of male rats with type 2 diabetes with metformin and orthosteric and allosteric agonists of luteinizing hormone receptor on steroidogenesis and spermatogenesis Int. J. Mol. Sci., V.23, No 1, 198, ijms-1511208 (год публикации - 2022)
10.3390/ijms23010198

29. Бахтюков А.А., Деркач К.В., Сорокоумов В.Н., Шпаков А.О. Применение аллостерического агониста рецептора лютеинизирующего гормона для снижения эффективной дозы гонадотропина при лечении андрогенной недостаточности крыс с диабетом 1 типа Биомедицина, Т.18, № 3, с. 72-78 (год публикации - 2022)
10.33647/2074-5982-18-3-72-78

30. Бахтюков А.А., Деркач К.В., Степочкина А.М., Сорокоумов В.Н., Баюнова Л.В., Лебедев И.А., Шпаков А.О. Effects of metformin and luteinizing hormone receptor agonists on steroidogenesis and spermatogenesis in rats with type 2 diabetes with their separate and combined administration Metabolism - Clinical and Experimental, V. 128. 155010. S18–S19 (год публикации - 2022)
10.1016/j.metabol.2021.155010

31. Фокина Е.А., Деркач К.В., Бахтюков А.А., Сорокоумов В.Н., Лебедев И.А., Морина И.Ю., Шпаков А.О. Стимуляция овуляции у неполовозрелых самок крыс с помощью ортостерического и аллостерического агонистов рецептора лютеинизирующего гормона Доклады Академии наук. Науки о жизни (год публикации - 2023)

32. Бахтюков А.А., Деркач К.В., Фокина Е.А., Лебедев И.А., Сорокоумов В.Н., Баюнова Л.В., Шпаков А.О. Effect of different agonists of luteinizing hormone receptor on ovarian steroidogenesis in mature female rats J. Evol. Biochem. Physiol. (год публикации - 2023)

33. Бахтюков А.А., Морина И.Ю., Деркач К.В., Романова И.В., Сорокоумов В.Н., Шпаков А.О. Development of approaches to reducing the effective gonadotropin dose in treating androgen insufficiency in male rats with type 1 diabetes mellitus J. Evol. Biochem. Physiol., Т. 58, № 5, с.1503-1513 (год публикации - 2022)
10.1134/S0022093022050209

Публикации