Холинэстеразы как активные компоненты нанореакторов для детоксикации фосфорорганических соединений. Взаимодействия с новыми лекарственными препаратами.

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 20-14-00155

НазваниеХолинэстеразы как активные компоненты нанореакторов для детоксикации фосфорорганических соединений. Взаимодействия с новыми лекарственными препаратами.

Руководитель Массон Патрик, кандидат наук (признаваемый в РФ PhD)

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" , Республика Татарстан (Татарстан)

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

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

Ключевые слова Холинэстеразы, кинетика, фармакология, токсикология, ингибиторы холинэстераз, фосфорорганические соединения, холинэргическая система, реактиваторы, биоловушки (биоскавенджеры), нанореакторы

Код ГРНТИ34.15.63

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Холинэстеразы (ХЭ) представляют собой хорошо изученные ферменты, открытые около 100 лет назад. Однако некоторые аспекты их каталитического действия и даже физиологической роли в организме остаются не до конца ясны. Ацетилхолинэстераза (АХЭ) играет ключевую роль в холинэргической системе, прекращая действие ацетилхолина. Физиологическая роль близкого к ней фермента — бутирилхолинэстеразы (БХЭ) остается до конца неясной. По всей видимости, этот фермент осуществляет контроль экстрасинаптического ацетилхолина в нервно-мышечных соединениях, может инактивировать гормон голода грелин, а также может выполнять функции АХЭ в экстремальных физиологических условиях. Кроме того, БХЭ имеет важное значение в метаболизации большого количества лекарств и ксенобиотиков. БХЭ легких, кожи и плазмы крови служат естественной защитой против таких отравляющих веществ, как карбоксил-, карбамил-, и фосфорные эфиры, действуя как эндогенные биоловушки для этих ядов. И АХЭ, и БХЭ относятся к наиболее быстрым ферментам, и их каталитические механизмы взаимодействия с естественными субстратами (ацетилхолином) и, в целом, с положительно заряженными субстратами невероятно сложны. Каталитическая сложность обусловлена уникальной молекулярной структурой этих ферментов. Каждая мономерная субъединица представляет собой однодоменный фермент, в котором каталитический центр расположен на дне глубокого канала, также сложность обусловливается наличием периферического сайта для аллостерического связывания и высокой конформационной подвижностью. На протяжении более 40 лет мы изучали каталитические и ингибиторные механизмы работы человеческих холинэстераз дикого типа и мутантных форм, взаимосвязь между трехмерной структурой, активностью, стабильностью и динамикой этих ферментов. В последние 20 лет мы также были заинтересованы в инженерии ферментов с целью создания мутантов ХЭ, способных расщеплять молекулы фосфорорганических соединений (ФОС), и таким образом, выступать в качестве каталитических биоловушек против этих отравляющих соединений, что могло бы использоваться в дальнейшем в медицине. Таким образом, проект, который мы представляем, соответствует нашим предыдущим исследованиям и недавним достижениям. В этом исследовательском проекте мы планируем: 1) встроить биоловушки и реактиваторы ХЭ в инъектируемые нанореакторы для введения до и после отравления ФОС. Чтобы повысить эффективность этого метода против большого спектра ФОС, в нанореакторы будут инкапсулированы несколько реактиваторов (оксимы внутри твердо-липидных наночастиц) и несколько ферментов: БХЭ дикого типа, мутанты этого фермента, разрабатываемые совместно с нашими коллегами. Также рассматривается возможность использования фосфотриэстераз бактериального происхождения; 2) исследовать фармакологические свойства нескольких ингибиторов, представляющих потенциальный интерес для лечения нейродегенеративных заболеваний, а также для профилактики отравления ФОС. Эти вещества, содержащие трифторкетонную группу и токоферол, являются обратимыми ингибиторами АХЭ, которые были идентифицированы в рамках нашего предыдущего проекта РНФ. Эта работа будет состоять из следующих компонентов: Фаза in vitro будет включать: а) подготовку нанореакторов, исследование их стабильности и физико-химических свойств, а также параметров кинетики по отношению к модельным ФОС; б) оценку каталитических свойств и стабильности ферментов, подготовленных для включения в нанореакторы, в т.ч. экспрессированных мутантов БХЭ; в) исследование кинетических механизмов ингибирования и защиты АХЭ выбранными обратимыми лигандами; Фаза in vivo будет посвящена исследованиям отобранных лигандов и функционирования нанореакторов на животных: а) сдвиг LD50 параоксона у мышей; б) исследование способности нанореакторов предотвращать нейроднгенеративные изменения, вызванные отравлением параоксоном Новизна этого проекта заключается, в основном, в использовании нанореакторов. Нанореакторный подход в медицине является относительно новым, но уже была показана его экспериментальная эффективность в лечении рака, в борьбе с токсичностью активных форм кислорода при воспалительных процессах, а также для коррекции метаболических и генетических дефектов с помощью инкапсулированных ферментных коктейлей, действующих в каскадных реакциях. Этот подход до сих пор не был реализован в лечении/детоксикации при отравлении фосфорорганическими соединениями.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Зуева И.В., Лущекина С.В., Потье И.Р., Дарвеш С., Массон П. 1-(3-Tert-Butylphenyl)-2,2,2-Trifluoroethanone as a Potent Transition-State Analogue Slow-Binding Inhibitor of Human Acetylcholinesterase: Kinetic, MD and QM/MM Studies Biomolecules, 10(12), 1608 (год публикации - 2020)
10.3390/biom10121608

2. Мухаметгалиева А.Р., Лущекина С.В., Агълямова А.Р., Массон П. Steady-state kinetics analysis and molecular modeling of human cholinesterases competing substrates over wide concentration ranges: toxicological and pharmacological implications Vth International Conference ?Actual Scientific & Technical Issues of Chemical Safety? (ASTICS-2020) Kazan, October 6 - 8, 2020. / Book of Abstracts eds.: Prof. Alexander V. Roshchin, PhD Elena G. Raevskaya [Electronic resource] Kazan. 2020, P. 192-193 (год публикации - 2020)
10.25514/CHS.2020.05.7755

Публикации

1. Зуева И.В., Ленина О.А., Каюмова Р.М., Петров К.А. Массон П. Protective effects of m-(tert-butyl) trifluoroacetophenone, a transition state analogue of acetylcholine, against paraoxon toxicity and memory impairments Chemico-Biological Interactions, 345, 109558 (год публикации - 2021)
10.1016/j.cbi.2021.109558

2. Паширова Т.Н., Богданов А.В., Массон П. Therapeutic nanoreactors for detoxification of xenobiotics: Concepts, challenges and biotechnological trends with special emphasis to organophosphate bioscavenging Chemico-Biological Interactions, 346, 109577 (год публикации - 2021)
10.1016/j.cbi.2021.109577

3. Мухаметгалиева А.Р., Лущекина С.В., Агълямова А.Р. Steady-state kinetic analysis of human cholinesterases over wide concentration ranges of competing substrates Biochimica et Biophysica Acta - Proteins and Proteomics, 1870, 140733 (год публикации - 2022)
10.1016/j.bbapap.2021.140733

4. Зуева. И.В., Лущекина С.В., Шульникова П.А., Ленина О.А., Петров К.А., Молочкина Е.М., Массон П. α-tocopherol, a slow-binding inhibitor of acetylcholinesterase Chemico-Biological Interactions, 348, 109646 (год публикации - 2021)
10.1016/j.cbi.2021.109646

5. Лущекина С.В., Иниджель Г., Мартинез Н., Массон П., Тровале-Лерой М., Нашон Ф., Коза М.М., Сейдель Т., Петерс Дж. Impact of Sucrose as Osmolyte on Molecular Dynamics of Mouse Acetylcholinesterase Biomolecules, 10, 1664 (год публикации - 2020)
10.3390/biom10121664

6. Мухаметгалиева А.Р., Массон П. Изучение механизмов ингибирования холинэстераз высокими концентрациями положительно заряженных субстратов при конкурирующей кинетике Материалы III Всероссийской научной конференции с международным участием (г. Уфа, 21-23 сентября 2021 г.) / отв. ред. Р.Г. Фархутдинов. – Уфа: РИЦ БашГУ, С.144-146 (год публикации - 2021)
10.33184/spbgb-2021-09-21.30

7. Шайхутдинова З.М., Шамбазова Д.Н., Татаринов Д.А., Богданов А.В., Паширова Т.Н., Массон П. Создание ферментативных нанореакторов для детоксикации пестицида параоксон Сборник тезисов IV Всероссийской с международным участием школы-конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Материалы и технологии XXI века» / Отв. ред. А.В. Герасимов. – Казань.: КФУ, С. 63 (год публикации - 2021)

8. Шайхутдинова З.М., Шамбазова Д.Н., Татаринов Д.А., Богданов А.В., Паширова Т.Н., Массон П. Терапевтические ферментативные нанореакторы для детоксикации пестицида параоксон Сборник тезисов международного конгресса молодых ученых в фармации «Drug Research», С.12 (год публикации - 2021)

Публикации

1. Паширова Т.Н., Шайхутдинова З.М., Мансурова М., Казакова Р., Шамбазова Д., Богданов А.В., Татаринов Д.А., Дауде Д, Жакет П., Шабриель Э., Массон П. Enzyme Nanoreactor for In Vivo Detoxification of Organophosphates ACS Appl. Mater. Interfaces, 14(17), 19241-19252 (год публикации - 2022)
10.1021/acsami.2c03210.

2. Массон П., Лущекина С. Conformational Stability and Denaturation Processes of Proteins Investigated by Electrophoresis under Extreme Conditions Molecules, 27, 6861 (год публикации - 2022)
10.3390/molecules27206861

3. Шайхутдинова З.М., Паширова Т.Н., Мансурова М.Н., Казакова Р.Р., Шамбазова Д.Н., Богданов А.В., Татаринов Д.А., Массон П. Ферментсодержащие полимерсомы на основе полиэтиленгликоля и пропиленсульфида как нанореакторы для in vivo детоксикации параоксона Материалы конференции, XVIII международная научно-практическая конференция «Новые полимерные композиционные материалы. Микитаевские чтения». 4-9 июля 2022, Нальчик, Россия. Сборник тезисов, С. 375 (год публикации - 2022)

4. Шайхутдинова З.М., Паширова Т.Н., Мансурова М.Н., Казакова Р.Р., Шамбазова Д.Н., Богданов А.В., Татаринов Д.А., Массон П. Ферментативные нанореакторы для детоксикации пестицида параоксон: исследования in vitro и in vivo 25-ая Пущинская школа-конференция молодых ученых с международным участием «Биология – наука XXI века». Сборник тезисов, с. 172-173. (год публикации - 2022)

5. Паширова Т.Н., Массон П. Ферментативная и терапевтическая нанодетоксикация фосфорорганических соединений in vivo III Научная конференция с международным участием «Динамические процессы в химии элементоорганических соединений», посвященная 145-летию со дня рождения академика А.Е. Арбузова. Тезисы докладов, С. 60. (год публикации - 2022)

6. Шайхутдинова З.М., Паширова Т.Н., Мансурова М.Н., Казакова Р.Р., Татаринов Д.А., Богданов А.В., Массон П. Терапевтические ферментсодержащие нанореакторы для детоксикации фосфорорганического соединения параоксон Всероссийская с международным участием школа-конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Материалы и технологии XXI века», Казань, 30 ноября-2 декабря 2022, Сборник тезисов., C. 57. (год публикации - 2022)

7. Шайхутдинова З., Паширова Т., Массон П. Kinetic Processes in Enzymatic Nanoreactors for In Vivo Detoxification Biomedicines, 10, 784. (год публикации - 2022)
10.3390/biomedicines10040784