Разработка двойных ингибиторов белковых факторов, вовлеченных в эпигенетическую регуляцию выживаемости злокачественных клеток

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 23-64-10018

НазваниеРазработка двойных ингибиторов белковых факторов, вовлеченных в эпигенетическую регуляцию выживаемости злокачественных клеток

Руководитель Хандажинская Анастасия Львовна, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук , г Москва

Конкурс №82 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований по поручениям (указаниям) Президента Российской Федерации» (междисциплинарные проекты)

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-208 - Молекулярная биология

Ключевые слова Рак, эпигенетическая регуляция, экспрессия генов, клеточный цикл, двойные ингибиторы, селективность, полисахариды из морских растений и бактерий

Код ГРНТИ76.03.31

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Смертность от рака разных видов уверенно занимает второе место после сердечно-сосудистых заболеваний. Несмотря на очевидный прогресс в лечении, эффективных средств для терапии многих видов рака до сих пор не найдено. К таким видам относятся лейкозы и нейробластомы. Несмотря на различия этих двух заболеваний, механизмы их развития и ответа на химиотерапевтические препараты имеют много общего. К числу подходов, препятствующих злокачественному перерождению клеток, относится блокировка сигнальных путей посредством ингибирования активностей их компонентов. Перспективными мишенями представляются белки, вовлечённые в эпигенетическую регуляцию экспрессии генов (ДНК-метилтрансферазы и гистондеацетилазы) и клеточного цикла (циклин-зависимые киназы). Эти ферменты принимают участие в регуляции большого количества процессов, связанных с выживаемостью клеток, а нарушение их активности обнаружено в злокачественных клетках, как в случае лейкозов, так и нейробластомы. Существующие ингибиторы этих ферментов часто обладают низкой селективностью, что является причиной их высокой токсичности для организма. В этой связи целью проекта является разработка новых эффективных подходов к ингибированию ферментов, относящихся к указанным выше группам. В рамках проекта планируется реализовать три современных подхода к созданию лекарственных препаратов. Первый состоит в скрининге противоопухолевых активностей библиотеки химических соединений, синтезированных к настоящему времени в ИМБ и представляющих собой аналоги таких классов природных соединений, как нуклеозиды, биогенные полиамины, аминокислоты и кетокислоты. Второй подход основан на рациональном дизайне и синтезе «двойных» ингибиторов указанных выше ферментов (ДНК-метилтрансферазы, гистондеацетилазы и циклин-зависимые киназы), способных одновременно ингибировать два или несколько таких ферментов. Создание ингибиторов, нацеленных на разные группы ферментов, может позволить достичь синергического эффекта в отношении злокачественных клеток и увеличить избирательность их действия. Основой создания таких ингибиторов является опыт, накопленный заявителями проекта в области направленного химического синтеза специфических регуляторов активности ферментов, с учетом структурных особенностей их активных центров. Третий подход, реализуемый в рамках проекта, является биотехнологическим. Он включает выделение полисахаридов из морских растений и бактерий и исследование их противораковой активности. Механизмы противоопухолевой активности морских полисахаридов до сих пор остаются мало изученными, в рамках настоящего проекта планируется исследовать структуру таких полисахаридов и их фрагментов/производных, сохраняющих биологическую активность. Все полученные в результате реализации описанных выше подходов соединения будут протестированны на специально отобранных клеточных линиях, являющихся модельными для лейкозов и нейробластом. Вещества будут охарактеризованы, как по способности тормозить рост злокачественных клеток, так и по ингибированию соответствующих ферментативных активностей. Для соединений лидеров, полученных в рамках проекта, на лабораторных животных будет проведен ряд токсикологических тестов, входящих в состав доклинических испытаний. В результате реализации предлагаемого междисциплинарного подхода будут получены новые эффективные инструменты воздействия на рост и развитие злокачественных клеток, что в перспективе может привести к созданию принципиально новых терапевтических антираковых средств.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Глумакова К., Иванов Г., Ведерникова В., Шуркова Л., Лебедев Т., Стомакин А., Зенченко А., Ословский В., Дреничев М., Прасолов В., Спирин П. Nucleoside Analog 2′,3′-Isopropylidene-5-Iodouridine as Novel Efficient Inhibitor of HIV-1 Pharmaceutics, 15(10), 2389 (год публикации - 2023)
10.3390/pharmaceutics15102389

2. Кезин В.А., Матюгина Е.С., Суржиков С.А., Новиков М.С., Маслова А.А., Карпенко И.Л., Иванов А.В., Кочетков С.Н., Хандажинская А.Л. Оценка цитотоксичности производных 5- ариламиноурацилов Молекулярная биология, 2, 58, 325-332 (год публикации - 2024)
10.31857/S0026898424020156

3. Новикова О.Н., Матюгина Е.С., Горшенин А.В., Великородная Ю.И., Кренгауз М.Д., Ведерникова В.О., Спирин П.В., Прасолов В.С., Кочетков С.Н., Хандажинская А.Л. Перепрофилирование 5ˊ-нораристеромицина: ингибитор S-аденозил-L-гомоцистеингидролазы в качестве потенциального антилейкозного препарата. Acta Naturae, ТОМ 16 № 3 (62) С 60-66 (год публикации - 2024)
10.32607/actanaturae.27443

4. Руденко А.Ю., Марясина С.С., Болихова А.К., Никулин М.В., Ожиганов Р.М., Васильев В.Г., Ихалайнен Ю.А., Хандажинская А.Л., Хомутов М.А., Сергиев П.В., Хомутов А.Р., Польшаков В.И. Organophosphorus S-adenosyl-L-methionine mimetics: synthesis, stability, and substrate properties Frontiers in Chemistry, 12:1448747 (год публикации - 2024)
10.3389/fchem.2024.1448747

5. Клейменова А., Земская А., Кочетков С., Козлов М. In-Cell Testing of Zinc-Dependent Histone Deacetylase Inhibitors in the Presence of Class-Selective Fluorogenic Substrates: Potential and Limitations of the Method Biomedicines, 12(6):1203 (год публикации - 2024)
10.3390/biomedicines12061203

6. Кокоулин М.С., Кузьмич А.С., Фильштейн А.П., Прасолов В.С., Романенко Л.А. Capsular polysaccharide from the marine bacterium Cobetia marina induces apoptosis via both caspase-dependent and mitochondria-mediated pathways in HL-60 cells Carbohydrate Polymers, Volume 347, 1 January 2025, 122791 (год публикации - 2025)
10.1016/j.carbpol.2024.122791

7. Шульгин А., Спирин П., Лебедев Т., Кравченко А., Глазунов В., Ермак И., Прасолов В. Comparative study of HIV-1 inhibition efficiency by carrageenans from red seaweeds family gigartinaceae, Tichocarpaceae and Phyllophoraceae Heliyon, 10(13):e33407 (год публикации - 2024)
10.1016/j.heliyon.2024.e33407

8. Филонов В.Л., Хомутов М.А., Руденко А.Ю., Мариасина С.С., Ожиганов Р.М., Сергеев А.В., Кочетков С.Н., Польшаков В.И., Громова Е.С., Хандажинская А.Л.,. Хомутов А.Р. Phospho-Switch: Regulation of the Activity of SAM-Dependent Methyltransferases Using H-Phosphinic SAM Analogue Int. J. Mol. Sci., 26, 8590 (год публикации - 2025)
10.3390/ijms26178590

9. Спирин П., Ведерникова В., Волкава Т., Морозов А., Клейменова А., Земская А., Широкова Л., Порозов Ю., Глумакова К., Лебедев Т., Козлов М., Прасолов В. New and Effective Inhibitor of Class I HDACs, Eimbinostat, Reduces the Growth of Hematologic Cancer Cells and Triggers Apoptosis Pharmaceutics , 17, 416 (год публикации - 2025)
10.3390/ pharmaceutics17040416

10. Давыдова В.Н. , Комлева Д.Д., Володько А.В., Сидорин Е.В., Пименова Е.А., Китань С.А., Шульгин А.А., Спирин П.В., Сидорин А.Е., Прасолов В.С., Ермак И.М. Comparative analysis of physicochemical properties and biological activities of chitosans from squid gladius and crab shell Carbohydrate Polymers (год публикации - 2025)
10.1016/j.carbpol.2025.123812

11. Кенч Ю., Сологова С., Смолярчук Е., Прасолов В., Спирин П. Pharmaceutical Agents for Targeting Autophagy and Their Applications in Clinics Pharmaceuticals, 17, 1355 (год публикации - 2024)
10.3390/ph17101355

12. Хандажинская А., Кондрашова Е., Сохранева В., Новикова О., Великородная Ю., Горшенин А., Андреевская С., Смирнова Т., Мороз М., Кириллов И., Федякина И., Чижов А., Кочетков С., Матюгина Е. New Indazole Derivatives as Potential Scaffolds for the Development of Anticancer, Antiviral, and Anti-tuberculosis Chemotherapeutic Compounds Current Medicinal Chemistry (год публикации - 2025)
10.2174/0109298673389070250822065247

13. Сохранева В.А. , Маслова А.А. , Кириллов И.М. , Федякина И.Т. , Хандажинская А.Л., Матюгина Е.С. Synthesis of New Uracil Derivatives with Antiviral and Anticancer Potential Biochemistry (Moscow), Biochemistry (Moscow), Supplement Series A: Membrane and Cell Biology, 2025, Vol. 19, No. 2, pp. 234–239 (год публикации - 2025)
10.1134/S1990747825700199

14. Хандажинская А.Л., Матюгина E. С., Кочетков С.Н., Новиков M.С. АНАЛОГИ ПИРИМИДИНОВЫХ НУКЛЕОЗИДОВ И ПРОТИВООПУХОЛЕВЫЕ ПРЕПАРАТЫ НА ИХ ОСНОВЕ: ПЯТЬДЕСЯТ ЛЕТ В СТРОЮ Успехи химии (Russian Chemical Reviews) (год публикации - 2026)
10.59761/RCR5197

15. Земская А.С., Кочетков С.Н., Козлов М.В. Zinc-Dependent Histone Deacetylase (HDAC) Inhibitors: Therapeutic Potential, Pharmacophore Structure, and Methods for Testing Deacylase Activity Molecular Biology, Vol. 59, No. 5, pp. 668–690. (год публикации - 2025)
10.1134/S002689332570027X

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Установлено цитотоксическое действия ингибиторов гистондеацетилаз при использовании в комбинации с ингибитором ДНК-метилтрансфераз и построены матрицы доза/эффект при использовании ингибиторов в комбинации. Показано, что ингибиторы деацетилаз гистонов и ингибиторы ДНК-метилтрансфераз могут быть эффективно скомбинированы для подавления роста злокачественных клеток кроветворного происхождения и нейробластом. Получены модельные клеточные системы для изучения молекулярных механизмов действия морских полисахаридов, проведены выбор клеточных линий для анализа полисахаридов и подбор условий для обработки клеток препаратами полисахаридов. Получены 2D клеточная модель для изучения влияния полисахаридов на эффективность миграции клеток, оцениваемой по скорости зарастания царапин; 2D клеточная модель для оценки влияния полисахаридов на пролиферацию и выживание отдельных клеток и колоний, образуемых ими; 3D клеточная модели для определения эффекта, оказываемого полисахаридами, на способность группы клеток к образованию и росту 3D сфер. Панель клеточных линий дополнена образцами клеток нейробластомы: SH-SY5Y, Kelly, Lan-1, SK-N-SH, CHP-212. Проведено детальное исследование действия соединений-лидеров на линиях клеток лейкозов и нейробластомы, в частности 5'-нораристеромицина и ингибитора гистондеацетилаз первого класса Эимбиностата. Для обоих препаратов установлен диапазон их цитотоксических концентраций и вычислены полумаксимальные действующих концентрации. Изучено влияние препаратов на индукцию апоптоза и клеточного цикла. Установлено, что обработка злокачественных клеток кроветоворного происхождения Эимбиностатом приводит к выраженному изменению профиля экспрессии генов, кодирующих белки, вовлечённые в выживаемость клеток лейкоза и в регуляцию апоптоза и клеточного цикла. В качестве гибридных ингибиторов тирозиновых протеин-киназ и цинк-зависимых гистондеацетилаз (PTKs/HDACs) получены четыре гидроксамовых производных сорафениба, ингибитора тирозиновых протеинкиназ, в структуру которого были введены элементы фармакофора ингибиторов цинк-зависимых гистондеацетилаз – остатки гидроксамовых кислот: н-гексановой и бензойной. Цитотоксическое действие полученных ингибиторов исследовано на клеточной линии нейробластомы SH-SY5Y, а также двух суспензионных линиях клеток лейкозов HL60 и К562. Показано, что в сравнении с сорафенибом алкильное производное (SRF-CHA) менее активно в отношении нейробластомы и лейкозов, а активность фенильных и бензильного производных на уровне сорафениба. Методом тестирования in cell показано, что только два производных обладают способностью ингибировать HDACs в низких микромолярных концентрациях. Синтезированы гидроксамовый и алкилгидразидные производные N9-бензиладенина – селективные ингибиторы гистондеацетилаз класса IIb и I соответственно. Гидразидные производные продемонстрировали субмикромолярную ингибирующую активностью в отношении клеточных линий нейробластомы и лейкозов. Проверка их способности ингибировать ДНК-метилтрансферазы DNMTI и DNMTIII дала отрицательный результат. Предложен метод in cell тестирования ингибиторов гистондеацетилаз в присутствии класс селективных флуорогенных субстратов. В рамках валидации метода проведено тестирование селективных, неселективных и пан-селективных HDACi. Выявлены ограничения метода, связанные с дополнительным «нецелевым» ингибированием цинк-зависимой пальмитоил-КоА тиоэстеразы MBLAC2. В качестве миметика SAM для разработки альтернативного пути ингибирования метилирования путем регулирования соотношения SAМ/SAH в клетке выбран SAM-PH, фосфонистый аналог SAM, карбоксильная группа которого заменена на биоизостерный карбоксильной группе Н-фосфонистый HО(H)(O)P-фрагмент. Впервые показана принципиальная возможность биосинтеза SAM-PH в клетке, исходя из Met-PH. Осуществлен химический синтез новых потенциальных ингибиторов лейкозов и нейробластом, в том числе производных уридина, урацила и тиоурацила (58 шт), индазола (16 шт), хиназолин-4(3Н)-она и хиназолиндиона (76 шт), и проведен скрининг цитотоксического действия. На основании структурно-функционального анализа проведена оптимизация структур соединений-лидеров с целью повышения селективности их действия. Оптимизация и масштабирование химического синтеза соединений-лидеров (14 шт) позволили получить их в количествах, достаточных для проведения детального исследования на клетках и лабораторных животных. Образцы переданы в НИИ ГТП и исследованы в полном объеме, заявленном на 2024г. В опытах на лабораторных животных проведено изучение общей токсичности субстанций SS16, SS-36, SRF-OH, ATAPrH, Z624, Z842, Z880, Z1152, Z1153, Z1163, LN-139, LN-336, Belinostat, Eimbinostat, выявлены соединения, обладающие наименьшей острой токсичностью (>2 г/кг), на нелинейных мышах установлены среднесмертельные дозы при однократном внутрижелудочном поступлении в организм. Установлены пороги острого общетоксического действия соединений и половые различия токсикологических эффектов. Установлена структура высокомолекулярного полисахарида, выделенного из водоросли Mastocarpus pacificus (Phyllophoraceae): ассоциат сульфатированных галактанов – каррагинанов с гибридной структурой, состоящей из звеньев каппа- йота и бета каррагинанов. Из водорослей Tichocarpus crinitus (Tichocarpaceae) и Ahnfeltiopsis flabelliformis (Phyllophoraceae выделены каппа/бета и йота/каппа- каррагинаны, структура которых подтверждена. Мягким кислотным гидролизом полисахаридов получены олигосахариды (ОС) с м.м. 1,1 и 6,1 кДа, соответственно. На основе каппа- каррагинана и двух образцов хитозанов (из краба и кальмара) получены полиэлектролитные комплексы в форме микрочастиц и изучены их характеристики. Из морских грамотрицательных бактерий Pseudoalteromonas agarivorans KMM 232 (О-форма) и Cobetia marina KMM 3878 (Psychrobacter spp., Poseidonocella spp., Idiomarina spp.) выделены и очищены капсульные полисахариды, изучена антипролиферативная активность капсульного полисахарида из P. agarivorans.

Публикации