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 20-15-00361
НазваниеКонъюгаты антибиотиков с антителами: рациональный дизайн для улучшения фармакологических свойств
РуководительКоршун Владимир Аркадьевич, Доктор химических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук, г Москва
| Период выполнения при поддержке РНФ | 2020 г. - 2022 г. |
Конкурс№45 - Конкурс 2020 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».
Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины, 05-501 - Фармацевтическая химия, фармакология (в том числе клиническая фармакология)
Ключевые словаАдресная доставка, антитела, антибиотики, противоопухолевые препараты, антибактериальные соединения, резистентность, биоконъюгация, бифункциональные линкеры, клик-реакции, оксиамины, отщепляемые линкеры, противовирусные соединения
Код ГРНТИ61.45.31
СтатусУспешно завершен
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Целью проекта является дизайн и синтез конъюгатов антител с антибиотическими препаратами и изучение их биологической активности. Принципиальной идеей данного проекта является адресная доставка терапевтических агентов с помощью конъюгатов со специфическими антителами. Этот подход уже лежит в основе ряда одобренных для применения в клинической практике лекарственных препаратов. Отличительными особенностями данного проекта являются выбор нового сайта модификации антитела для получения терапевтического конъюгата, введение флуорофора в состав отщепляемых и неотщепляемых линкеров, а также использование новых антибиотиков. Планируется получение новых биологически безопасных модифицирующих реагентов, линкеров и вспомогательных соединений для биоконъюгации. Выбор сайта модификации и антибиоткиа, а также выбор линкера будет осуществляться таким образом, чтобы антитело гарантированно сохраняло аффинность к антигену/мишени, а антибиотик сохранял терапевтическую активность. Планируется провести оптимизацию подходов к биоконъюгации с использованием реакций, протекающих в мягких условиях (сохраняющих нативную структуру антитела и антибиотка) и не дающих побочных продуктов (клик-химия). На основании данных о биологических свойствах конъюгатов будет проводиться вариация их структуры: линкеров (в том числе биоразлагаемых) и сайтов модификации антитела и антибиотика. Получаемые конъюгаты будут охарактеризованы физико-химическими методами анализа; для конъюгатов-лидеров метод синтеза будет масштабирован.
Ожидаемые результаты
Будет получен набор новых флуоресцентных бифункциональных реагентов для высокоспецифичной модификации антител, обеспечивающих сохранение аффинности антител после модификации. Будут синтезированы конъюгаты антител с противоопухолевыми и антимикробными антибиотиками, а также антивирусными фармакофорными скаффолдами. Терапевтические конъюгаты антител будут получены с использованием биоразлагаемых линкеров для контролируемого высвобождения биологически активных компонентов вблизи мишени. Изучение биологических свойств конъюгатов антител с антибиотиками позволит выявить соединения-лидеры, для которых будут масштабированы процедуры синтеза.
Полученные результаты приведут к созданию патентоспособных терапевтических конъюгатов антител для лечения социально-значимых заболеваний (в первую очередь, онкологических; некоторых заболеваний, вызываемых микробными инфекциями и, возможно, отдельных вирусных заболеваний).
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2020 году
На основе О-замещенных гидроксиламинов получена библиотека гидрофильных бифункциональных и полифункциональных линкеров, содержащих азиды, амины и алкины. Также получены линкеры, содержащие в своем составе гидрофильный цианиновый краситель sCy3.
Флуоресцентное моноклональное антитело к раково-тестикулярному белку PRAME получено периодатным окислением гликанов с последующей модификацией бифункциональным азидо-оксиаминовым реагентом и «клик»-реакцией с алкиновым производным цианинового красителя sCy3. По поглощению красителя определена стехиометрия модификации (6 остатков красителя на антитело). Продемонстрированы сохранение аффинности флуоресцентных антител и их применение для детекции белка PRAME на поверхности клеток меланомы.
Разработан улучшенный синтез «катепсинового линкера» и также получены его новые производные.
Изучена химическая модификация даунорубицина с помощью ацилирования по аминогруппе и образования оксимов по карбонильной группе с целью введения реакционноспособной азидогруппы, пригодной для дальнейшей модификации.
Среди новых пептидных антибиотиков ведется поиск антибактериальных соединений соединений, пригодных для модификации линкерами без потери активности.
Публикации
1. Сапожникова К.А., Мисюрин А.В., Пестов Н.Б., Мелешкина Е.Г., Орешков С.Д., Ганжула Е.П., Михайлова А.С., Коршун В.А., Мисюрин В.А., Брылёв В.А. Детекция белка PRAME на поверхности клеток меланомы с помощью флуоресцентно меченого моноклонального антитела Биоорганическая химия, - (год публикации - 2021)
2. Верютин Д.А., Алферова В.А., Шувалов М.В., Малощицкая О.А., Чистов А.А., Мартынова Е.А., Сапожникова К.А., Коршун В.А. Конъюгаты даунорубицина с трикарбоцианиновыми красителями Сборник тезисов докладов Шестой Междисциплинарной конференции «Молекулярные и Биологические аспекты Химии, Фармацевтики и Фармакологии», Сборник тезисов докладов Шестой Междисциплинарной конференции «Молекулярные и Биологические аспекты Химии, Фармацевтики и Фармакологии» / под редакцией К.В. Кудрявцева и Е.М. Паниной. – М. : «Перо», 2020. – 266 с., с. 20 (год публикации - 2020)
Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Получены этоксиэтилиден-защищенные производные красителей флуоресцеинового ряда, которые способны реагировать с окисленными антителами в кислых условиях. При этом происходит in situ деблокирование оксиаминовой группы с последующим образованием оксима. Полученные флуоресцентные антитела применены для детекции в клинических образцах белка PRAME, который является маркером ряда онкологических заболеваний.
Обнаружен и охарактеризован новый поликетидный антибиотик 6-гидрокситетраценомицин X. Изучены его фотофизические свойства и биологическая активность. Изучается возможность его применения в качестве потенциальной нагрузки при создании конъюгатов антител.
Синтезированы азидо-производные антрациклинового антибиотика даунорубицина (в том числе с помощью оксимного лигирования) и получены конъюгаты с цианиновыми красителями (аналоги Cy7). Изучены их биологические свойства.
Синтезировано оксиаминовое производное катпесинового линкера в виде карбамата с противоопухолевым антибиотиком даунорубицином. Полученный модифицирующий реагент будет применен в создании противоопухолевых конъюгатов с моноклональным антителом к белку PRAME.
Публикации
1. Алферова В.А., Мавица Т.П., Бирюков М.В., Закалюкина Ю.В., Лукьянов Д.А., Скворцов Д.А., Васильева Л.А., Ташлицкий В.Н., Польшаков В.И., Сергиев П.В., Коршун В.А., Остерман И.А. Biological evaluation and spectral characterization of a novel tetracenomycin X congener Biochimie, Vol. 192 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1016/j.biochi.2021.09.014
2. Сапожникова К.А., Мисюрин В.А., Рязанцев Д.Ю., Кокин Е.А., Финашутина Ю.П., Алексеева А.В., Иванов И.А., Кочаровская М.В., Тихонова Н.А., Попова Г.П., Алферова В.А., Устинов А.В., Коршун В.А., Брылёв В.А. Sensitive immunofluorescent detection of the PRAME antigen using a practical antibody conjugation approach International Journal of Molecular Sciences, 22 (23), 12845 (2021). (год публикации - 2021) https://doi.org/10.3390/ijms222312845
3. Алферова В., Парамонов А., Лапчинская О., Шувалов М., Кравченко Т., Кудрякова Г., Баранова А., Бирюков М., Чистов А., Иванов И., Шенкарев З., Грамматикова Н., Марданов А., Белецкий А., Равин Н., Терехов С., Остерман И., Тюрин А., Коршун В. Biosynthesis-assisted structural study of the gausemycins, novel lipoglycopeptide antibiotics FEBS Open Bio, 11 (Suppl. 1), 312 (2021). P-06.2-38 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1002/2211-5463.13206
4. Брылёв В.А., Мисюрин В.А., Сапожникова К.А., Орешков С.Д., Ганжула Е.П., Михайлова А.С., Мелешкина Е.Г., Коршун В.А. Сайт-специфическая модификация антител оксиаминовыми реагентами III Объединенный научный форум физиологов, биохимиков и молекулярных биологов, 3–8 Октября 2021, Сочи–Дагомыс. Научные труды, т. 2, с. 134 (год публикации - 2021)
5. Брылёв В.А., Михайлова А.С., Орешков С.Д., Ганжула Е.П., Сапожникова К.А., Мисюрин В.А., Коршун В.А. Новые производные катепсинового линкера для получения конъюгатов антител с противоопухолевыми препаратами III Объединенный научный форум физиологов, биохимиков и молекулярных биологов, 3–8 октября 2021, Сочи–Дагомыс. Научные труды, т. 2, с. 142 (год публикации - 2021)
6. Коршун В.А., Сапожникова К.А., Кравченко Т.В., Верютин Д.А., Орешков С.Д., Михайлова А.С., Ганжула Е.П., Мелешкина Е.Г., Матхеева Т.В., Пинегина Е.Д., Баранова А.А., Тюрин А.П., Мисюрин В.А., Алфёрова В.А., Брылёв В.А. Химия диагностических и терапевтических конъюгатов иммуноглобулинов Сборник тезисов докладов Седьмой Междисциплинарной конференции «Молекулярные и Биологические аспекты Химии, Фармацевтики и Фармакологии», с. 30 (год публикации - 2021)
7. Кравченко Т.В., Алферова В.А., Тюрин А.П., Парамонов А.С., Лапчинская О.А., Шенкарев З.О., Коршун В.А. Выделение индивидуальных компонентов липогликопептидного комплекса гауземицина III Объединенный научный форум физиологов, биохимиков и молекулярных биологов, 3–8 Октября 2021, Сочи–Дагомыс. Научные труды, т. 2, с. 45 (год публикации - 2021)
8. Кравченко Т.В., Тюрин А.П., Парамонов А.С., Баранова А.А., Равин Н.В., Марданов А.В., Терехов С.С., Лапчинская О.А., Шенкарев З.О., Коршун В.А., Алферова В.А. Биосинтез и механизм действия нового семейства пептидных антибиотиков гауземицинов III Объединенный научный форум физиологов, биохимиков и молекулярных биологов, 3–8 Октября 2021, Сочи–Дагомыс. Научные труды, т. 2, с. 51 (год публикации - 2021)
9. Сапожникова К.А., Мелешкина Е.Г., Брылёв В.А., Коршун В.А. Бифункциональные и полифункциональные линкеры на основе гидроксиламина для модификации биологически активных молекул III Объединенный научный форум физиологов, биохимиков и молекулярных биологов, 3–8 Октября 2021, Сочи–Дагомыс. Научные труды, т. 2, с. 139-140 (год публикации - 2021)
Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Разработан универсальный подход к созданию конъюгатов антитело-лекарство. Он основан на периодатном окислении N-гликанов иммуноглобулина G с последующим оксимным лигированием и катализируемым медью(I) алкин-азидным циклоприсоединением флуоресцентного расщепляемого линкера с полезной нагрузкой – цитотоксическим препаратом. Введение высокопоглощающих цианиновых красителей в линкер позволяет легко определить соотношение лекарство-антитело. Полученный конъюгат продемонстрировал активность in vitro против раковой клеточной линии, экспрессирующей PRAME. Это первый пример конъюгата антитело-лекарство, нацеленного на PRAME.
Так же была разработана методика, которая позволяет получать флуоресцентные антитела с повышенной степенью мечения. Она основана на периодатном окислении гликанов IgG с последующим лигированием оксимом с разветвленными линкерами и флуоресцентным мечением методом SPAAC. Было обнаружено, что сродство антител практически не изменяется в ходе синтеза. Полезность подхода была продемонстрирована путем обнаружения белка PRAME в клеточных мембранах с помощью проточной цитометрии. Результаты данной работы могут быть использованы в качестве основы для синтеза разветвленных конъюгатов на основе антител, в частности конъюгатов антитело-лекарство с повышенной лекарственной нагрузкой.
Получены конъюгаты гептаметиновых цианиновых красителей с даунорубицином. Были оценены цитотоксичность, проникновение в клетки, внутриклеточное распределение, индукция апоптоза и влияние антиоксидантов на токсичность соединений. Результаты показывают, что структура цианин-антрациклинового конъюгата (гидрофильность/гидрофобность, заряд, линкер, место присоединения) важна для его биологической активности, поэтому расширение химического пространства таких конъюгатов может обеспечить новые молекулярные инструменты для диагностики и терапии.
Публикации
1. Верютин Д.А., Дорошенко И.А., Мартынова Е.А., Сапожникова К.А., Свирщевская Е.В., Шибаева А.В., Маркова А.А., Чистов А.А., Борисова Н.Е., Шувалов М.В., Коршун В.А., Алферова В.А., Подругина Т.А. Probing tricarbocyanine dyes for targeted delivery of anthracyclines Biochimie, 10.1016/j.biochi.2022.09.015 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1016/j.biochi.2022.09.015
2. Гуляк Е.Л., Сапожникова К.А., Брылёв В.А., Мисюрин В.А., Коршун В.А. Флуоресцентно меченные расщепляемые линкеры для терапевтических конъюгатов антител Всероссийская конференция «Синтетическая биология и биофармацевтика», Всероссийская конференция «Синтетическая биология и биофармацевтика», Новосибирск, Россия. Материалы конференции, 170 (год публикации - 2022)
3. Гуляк Е.Л., Сапожникова К.А., Брылёв В.А., Мисюрин В.А., Коршун В.А. Конъюгаты антитело-препарат с расщепляемыми флуоресцентными линкерами Всероссийская научная конференция «Марковниковские чтения: органическая химия от Марковникова до наших дней», школа-конференция молодых ученых «Органическая химия: Традиции и Современность», Всероссийская научная конференция «Марковниковские чтения: органическая химия от Марковникова до наших дней», школа-конференция молодых ученых «Органическая химия: Традиции и Современность», Лоо, Сочи, Россия. Материалы конференции, 81. (год публикации - 2022)
4. Коршун В.А., Сапожникова К.А., Гуляк Е.Л., Орешков С.Д., Верютин Д.А., Михайлова А.С., Мисюрин В.А., Алфёрова В.А., Брылёв В.А. Сайт-специфические диагностические и терапевтические конъюгаты антител Всероссийская конференция «Синтетическая биология и биофармацевтика», Всероссийская конференция «Синтетическая биология и биофармацевтика», 24–28 июля 2022 г., Новосибирск, Россия. Материалы конференции, 74 (год публикации - 2022)
5. Кравченко Т.В., Алферова В.А., Тюрин А.П., Коршун В.А. Перспективы регуляции биосинтеза гауземицинов Всероссийская конференция «Синтетическая биология и биофармацевтика», Перспективы регуляции биосинтеза гауземицинов. Всероссийская конференция «Синтетическая биология и биофармацевтика», 24–28 июля 2022 г., Новосибирск, Россия. Материалы конференции, 192. (год публикации - 2022)
6. Мелешкина Е.Г., Коршун В.А., Сапожникова К.А. Бифункциональные и полифункциональные линкеры на основе гидроксиламина для модификации карбонильных соединений XXXIV Международная зимняя научная школа «Перспективные направления физико-химической биологии и биотехнологии», XXXIV Международная зимняя научная школа «Перспективные направления физико-химической биологии и биотехнологии» 8–11 февраля 2022 г., Москва, Россия. Сборник тезисов, 142–143. (год публикации - 2022)
7. Сапожникова К.А., Гуляк Е.Л., Брылёв В.А., Мисюрин В.А., Коршун В.А. Линкеры на основе О-алкилгидроксиламинов для получения диагно- стических и терапевтических конъюгатов антител Всероссийская конференция «Синтетическая биология и биофармацевтика», Всероссийская конференция «Синтетическая биология и биофармацевтика», 24–28 июля 2022 г., Новосибирск, Россия. Материалы конференции, 227 (год публикации - 2022)
8. Сапожникова К.А., Гуляк Е.Л., Брылёв В.А., Мисюрин В.А., Коршун В.А. Получение диагностических и терапевтических флуоресцентных антител с помощью линкеров на основе О-замещенных гидроксиламинов Всероссийская научная конференция «Марковниковские чтения: органическая химия от Марковникова до наших дней», школа-конференция молодых ученых «Органическая химия: Традиции и Современность», Всероссийская научная конференция «Марковниковские чтения: органическая химия от Марковникова до наших дней», школа-конференция молодых ученых «Органическая химия: Традиции и Современность», Лоо, Сочи, Россия. Материалы конференции, 81 (год публикации - 2022)
Возможность практического использования результатов
Противоопухолевые терапевтические конъюгаты антител (ADC) в настоящее время в России не производятся (в мире имеется около 15 одобренных для к клиническому применению ADC, многие из которых не являются сайт-специфическими. Разработанный в рамках данного проекта универсальный подход можно применить для создания отечественных терапевтических препаратов на основе модифицированных антител.