Поиск потенциальных фармакологических шаперонов глюкоцереброзидазы: виртуальный скрининг и оценка эффективности на модели дофаминергических нейронов

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 22-25-00721

НазваниеПоиск потенциальных фармакологических шаперонов глюкоцереброзидазы: виртуальный скрининг и оценка эффективности на модели дофаминергических нейронов

Руководитель Емельянов Антон Константинович, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение "Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" , Ленинградская обл

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-402 - Медицинская генетика

Ключевые слова фармакологические шапероны, глюкоцереброзидаза, клеточные модели, болезнь Паркинсона, мутации гена GBA

Код ГРНТИ34.15.00, 76.03.31, 76.31.35

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Мутации в гене лизосомного фермента глюкоцереброзидазы (GBA) являются причиной развития болезни Гоше (БГ), относящейся к классу лизосомных болезней накопления (ЛБН), а также наиболее значимым генетическим фактором риска развития болезни Паркинсона (БП). Известно, что наличие мутаций в данном гене у жителей европейских популяций повышает риск развития БП до 10 раз, а частота заболевания составляет до 7-10% от всех случаев БП. Считается, что развитие нейродегенерации у таких пациентов связано с дисфункцией глюкоцереброзидазы (GCase) и обусловлено агрегацией альфа-синуклеина в дофаминергических нейронах. Следует отметить, что все противопаркинсонические препараты на данный момент имеют симптоматический эффект, а фермент-заместительная терапия, применяемая сегодня для лечения БГ, неэффективна для лечения нейрональных форм данного заболевания, также как и для БП, ассоциированной с мутациями в гене GBA (GBA-БП). В связи с этим поиск стратегий, направленных на повышение ферментативной активности GCase рассматривается в качестве перспективного подхода для лечения как нейронопатических форм БГ, так и GBA-БП. Одним из таких направлений является поиск небольших химических соединений фармакологических шаперонов (ФШ), способных проникать через гематоэнцефалический барьер, селективно связываться с ферментом, стабилизировать его структуру, позволяя восстановить биологическую функцию данного фермента и способствуя его транслокации к компартменту действия – лизосомам. В настоящее время из таких соединений к клиническому применению в качестве нейропротекторного средства на сегодняшний день ближе всего ФШ амброксол, зарегистрированный муколитический препарат, проходящий на данный момент вторую фазу клинических испытаний и показавший эффективность в восстановлении активности GCase на различных клеточных культурах. Ранее нами в рамках выполнения гранта РНФ №17-75-20159 с помощью методов компьютерного моделирования была впервые построена атомарная модель GCase c учетом сайтов гликозилирования фермента, и на поверхности фермента выявлены сайты связывания малых молекул, которые потенциально могут быть общими для большинства аллостерических ФШ, что особоенно важно, поскольку именно аллостерические ФШ могут иметь направленное действие. В настоящем проекте с использованием данной модели будет проведен виртуальный скрининг фармакологических шаперонов GCase среди расширенной базы одобренных к применению лекарственных препаратов. Будут отобраны соединения, способные связываться с глюкоцереброзидазой в выявленных нами ранее сайтах. Эффективность потенциальных ФШ GBA в восстановлении активности фермента и снижения уровня его субстрата будет проверена на первичной культуре макрофагов пациентов с БГ и GBA-БП, а для наиболее перспективных соединений – на дофаминергических нейронах, полученных из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток пациентов с GBA-БП. Этот подход представляется перспективным, поскольку позволит оценить работу выбранных ФШ непосредственно в нейронах пациентов с GBA-БП, где происходят патологические изменения, ассоциированные с дисфункцией GCase, и позволит предложить выбранные соединения в качестве нейропротекторной лекарственной терапии при GBA-БП и БГ. Как в случае первичной культуры макрофагов, так и дифференцированных из ИПСК пациентов с GBA-БП ДА нейронов, будет проведена оценка активности фермента GCase и уровня его субстрата с использованием метода ВЭЖХ-МС/МС, а также оценка количества GBA методом вестрн-блотинга и эффективности транслокации GBA в лизосомы с использованием иммуногистохимического метода. Кроме этого, будет проведена оценка сочетанного действия предложенных аллостерических активаторов GBA совместно с друг с другом, а также с амброксолом. Вышеуказанный подход позволит предложить новые ФШ GCase для лечения GBA-БП из числа уже одобренных к применению лекарственных препаратов и направленных на терапию других заболеваний, что, безусловно, облегчит и ускорит их регистрацию. Следует отметить, что колектив авторов проекта имеет большой опыт в проведении виртуального скрининга, культивирования клеточных культур в присутствии химических соединений, а также получении из мононуклеаров крови как первичной культуры макрофагов, так и ИПСК, с последующей дифференцировкой последних в ДА-нейроны, что обуславливает выполнимость проекта.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. А.К. Емельянов, А.А. Тюрин, Е.А. Белых, С.Н. Пчелина, Г.Н. Рычков Репозиционирование лекарственных препаратов как подход для поиска потенциальных фармакологических шаперонов глюкоцереброзидазы человека Медицинская генетика, Том: 22 Номер: 7 Год: 2023 Страницы: 21-29 (год публикации - 2023)
10.25557/2073-7998.2023.07.21-29

2. Рычков Г.Н., Тюрин А.А., Белых Е.А., Николаев М.А., Сорогина Д.А., Пчелина С.Н., Емельянов А.К. Виртуальный скрининг как подход для поиска потенциальных фармакологических шаперонов глюкоцереброзидазы Сборник тезисов VI Всероссийского конгресса с международным участием "Молекулярные основы клинической медицины - возможное и реальное"" (год публикации - 2022)

3. М.А. Николаев, С.Н. Пчелина, А.К. Емельянов, Г.Н. Рычков Репозиционирование методом виртуального скрининга одобренных к применению лекарственных препаратов потенциальных фармакологических шаперонов глюкоцереброзидазы человека Сборник тезисов, Сборник тезисов, выходных данных нет (год публикации - 2022)

4. Копытова А.Е., Рычков Г.Н., Чеблоков А.А., Григорьева Е.В., Николаев М.А.,..........., Ибатуллин Ф.М., Байдакова Г.В., Изюмченко А.Д., Богданова Д.А., Бойцов В.М., Милюхина И.В., Безруких В.А., Салогуб Г.Н., Захарова Е.Ю., Пчелина С.Н., Емельянов А.К. The pharmacological chaperone NCGC00241607 binds to allosteric sites of mutant β- glucocerebrosidase and improves its activity in human cells Journal of Biochemical and Biophysical Research Communications (год публикации - 2023)

5. Белых Е.А., Рычков Г.Н., Копытова А.Э., Николаев М.А., Изюмченко А.Д., Пчелина С.Н., Емельянов А.К. Потенциальные фармакологические шапероны глюкоцереброзидазы: виртуальный скрининг и оценка эффективности на первичной культуре макрофагов человека выпуск аннотаций докладов X Всероссийского молодежного научного форума с международным участием “Open Science 2023”, номер 10, стр. 86 (год публикации - 2023)

6. Николаев М.А., Рычков Г.Н., Копытова А.Э., Белых Е.А., Изюмченко А.Д., Пчелина С.Н., Емельянов А.К. Новые потенциальные фармакологические шапероны глюкоцереброзидазы: виртуальный скрининг и оценка эффективности восстановления активности на первичной культуре макрофагов человека. Сборник тезисов II Международного форума геномных и биомедицинских технологий "От рождения до активного долголетия", тезисы в процессе публикации (год публикации - 2023)

7. А.К. Емельянов, А.А. Тюрин, Е.А. Белых, С.Н. Пчелина, Г.Н. Рычков Репозиционирование лекарственных препаратов как подход для поиска потенциальных фармакологических шаперонов глюкоцереброзидазы человека Медицинская генетика, Том: 22 Номер: 7 Страницы: 21-29 (год публикации - 2023)
10.25557/2073-7998.2023.07.21-29

8. КопытоваА.Е.,РычковГ.Н.,ЧеблоковА.А.,ГригорьеваЕ.В.,НиколаевМ.А.,ЯрковаЕ.С.,СорогинаД.А.,ИбатуллинФ.М.,БайдаковаГ.В.,ИзюмченкоА.Д.,БогдановаД.А.,БойцовВ.М.,РыбаковА.В.,МилюхинаИ.В.,БезрукихВ.А.,СалогубГ.Н.,ЗахароваЕ. Ю.,ПчелинаС.Н.,ЕмельяновА.К. Potential Binding Sites of Pharmacological Chaperone NCGC00241607 on Mutant β-Glucocerebrosidase and Its Efficacy on Patient-Derived Cell Cultures in Gaucher and Parkinson’s Disease International Journal of Molecular Sciences, 24(10): 9105 (год публикации - 2023)
10.3390/ijms24109105

Публикации