Соглашение №14.604.21.0018 от 1 июня 2014 г.

14.604.21.0018
<Номер постера>
Федеральная целевая программа
«Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического
комплекса России на 2014—2020 годы»
Науки о жизни
Тема: «Разработка ингибиторов ферментов репарации ДНК в качестве прототипов лекарственных препаратов для социально
значимых заболеваний»
Руководитель проекта: заведующая лабораторией, профессор, членкорреспондент РАН Лаврик Ольга Ивановна
Соглашение №14.604.21.0018 от 1 июня 2014 г.
на период 2014 - 2016 гг.
Получатель субсидии: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН
(ИХБФМ СО РАН)
Цели и задачи проекта
Цель проекта: Поиск низкомолекулярных ингибиторов ключевых ферментов репарации ДНК {тирозил-ДНК-фосфодиэстераза 1 (Tdp1) и поли(АДФ-рибозо)полимеразы 1 и 2 (PARP1/2)} и исследование активности
наиболее эффективных соединений по отношению к выделенным ферментам и в культуре клеток.
Задачи проекта: 1. Создать компьютерные библиотеки новых потенциальных ингибиторов Tdp1, PARP1/2 среди разных классов природных и синтетических соединений. 2. Провести скрининг библиотек с использованием
полноатомных моделей ферментов и методов молекулярного докинга и структурной фильтрации, отобрать наиболее перспективные соединения для экспериментального исследования. 3. Осуществить синтез отобранных
соединений. 4. Охарактеризовать способность отобранных синтезированных соединений подавлять активность выделенных препаратов Tdp1, PARP1/2, отобрать наиболее перспективные ингибиторы для испытания на
клеточных моделях онкологических заболеваний. 5. Охарактеризовать способность потенциальных ингибиторов Tdp1, PARP1/2 подавлять пролиферацию опухолевых клеток как в качестве монореагента, так и в при
совместном использовании с препаратами, применяемыми в клинической практике для противоопухолевой терапии. 6. Провести компьютерное моделирование фармакокинетических свойств и токсичности наиболее
перспективных ингибиторов.
Актуальность проблемы. Тирозил-ДНК-фосфодиэстераза1 (Tdp1) является перспективной мишенью для лечения онкологических и нейродегенеративных заболеваний. Tdp1 играет важную роль в удалении повреждений
ДНК, создаваемых топоизомеразой 1 (Top1), ее ингибитором камптотецином и антираковыми препаратами. Таким образом, Tdp1 противостоит ингибиторам Тор1, которые являются достаточно эффективными антираковыми
препаратами. Предполагается, что именно Tdp1 ответственна за лекарственную устойчивость некоторых видов рака. Показано, что подавление активности Tdp1 делает опухолевые клетки гиперчувствтительными к
противораковому препарату темозоломиду, метилметансульфонату, блеомицину, перекиси водорода и ионизирующему излучению. Таким образом, ингибиторы Tdp1 могут увеличить цитотоксичность камптотецинов.
Терапевтическим эффектом таких веществ может быть селективное увеличение активности ингибиторов Top1 в опухолях с нарушениями в процессах репарации ДНК и контроля клеточного цикла.
Ожидаемые результаты проекта
В результате выполнения проекта планируется с помощью методов молекулярного моделирования и экспериментальных подходов выявить новые оригинальные ингибиторы Tdp1, эффективно подавляющие
пролиферацию опухолевых клеток и являющиеся прототипами противоопухолевых препаратов.
Ожидается, что обнаруженные в ходе выполнения настоящего проекта ингибиторы будут подавлять в микромолярных концентрациях (мировой уровень) или более низких.
Перспективы практического использования
Полученная информация может быть положена в основу разработки лекарственных препаратов противоопухолевого действия.
Созданные на основе разрабатываемых ингибиторов Tdp1 препараты предположительно могут изменить структуру производства и потребления лекарственных препаратов в пользу отечественных производителей.
Ожидается, что применение разрабатываемых ингибиторов Tdp1 приведет к более эффективным и безопасным схемам лечения онкологических заболеваний.
Результаты исследовательской работы, полученные в 2015 г.
Синтезированы отобранные на предыдущем этапе проекта соединения. Из 52 синтезированных соединений 20 новых, 32 известных. Чистота полученных соединений не менее 95%. Соединения относятся к химическим
классам производных адамантанов и усниновой кислоты (УК).
Проведено определение величин
IC50 (концентрация ингибитора, при которой активность фермента снижена наполовину) для соединений – производных адамантана и усниновой кислоты - по отношению к Tdp1.
Обнаружены ингибиторы в диапазоне концентраций от 0,045 до 70 мкМ, внутри каждого химического класса обнаружены зависимости ингибиторной активности от структуры соединений. Обнаруженные ингибиторы
Tdp1 не тестировались ранее в качестве таковых. Данные соединения обладают ингибиторными характеристиками, соответствующими мировому уровню, одно из них – соединение DS-374-1, - наиболее эффективный
ингибитор Tdp1, известный на сегодняшний день (значение IC50 45 nM).
Производные адамантана
Ауроновые производные
усниновой кислоты
Енаминовые производные
усниновой кислоты
Гидразинотиазоловые производные
усниновой кислоты
Влияние енаминовых производных
усниновой кислоты
на цитотоксичность камптотецина.
Концентрация соединений 0,5 µМ
ОЛ6-123
IC50=0,26±0,03 µM
DS-204-1. IC50=0,15±0,03 µM
K1-37
K1-139
Tg-59
70
60
50
40
0
50
100
150
Концентрация ингибитора, M
200
120
100
DS-196-1
DS-204-1
DS-197-1
80
60
40
20
0
0
50
100
150
200
Выживаемость клеток линии MCF-7, %
80
DS-374-1
IC50=0,045±0,012 µM
Выживаемость клеток линии HepG2, %
90
Выживаемость клеток линии HepG2, %
Выживаемость клеток линии HepG2, %
110
100
100
DS-289-1
DS-374-1
80
60
40
20
0
Концентрация ингибитора, М
0
20
40
60
Количество выживших клеток линии MCF-7, %
Tg-59. IC50=6,6±1,7 µM
80
100
Концентрация ингибитора, М
110
OL6-125
OL5-48
OL6-123
OL5-45
100
90
80
70
60
50
110
cpt
cpt+OL6-125
cpt+OL5-48
cpt+OL6-123
cpt+OL5-45
100
90
80
70
60
50
0
50
100
150
200
Концентрация камптотецина, нМ
40
30
20
0
5
10
15
20
Концентрация ингибитора, М
Проведено предварительное изучение влияния обнаруженных ингибиторов Tdp1 на культуры опухолевых клеток. Обнаружены умеренно цитотоксичные и нетоксичные вещества. Показано, что некоторые
енаминовые производные усниновой кислоты усиливают цитотоксичность ингибитора топоизомеразы 1 камптотецина, что позволяет рассматривать их как кандидаты в сенсибилизаторы опухолевых клеток к
действию клинических производных камптотецина.
Проведено компьютерное моделирование фармакокинетических свойств и токсичности наиболее перспективных ингибиторов. Показано, что соединения – производные адамантана обладают наилучшим среди
исследуемых классов токсикологическим и фармакокинетическим профилем.
Партнеры проекта
Индустриальный партнер: Общество с ограниченной ответственностью «Инновационные фармакологические разработки» (ООО «Ифар»). ООО «Ифар» – одна из ведущих российских негосударственных компаний по
разработке и доклиническим исследованиям новых лекарств.
Обеспечение части внебюджетных работ - ЗАО «Биосан» -. Основные направления деятельности компании – производство реагентов для научных исследований в области молекулярной биологии, биохимии и
биотехнологии, а также производство компонентов тест-систем для молекулярной диагностики.
Организации-соисполнители:
Научно-исследовательский институт физико-химической биологии имени А.Н.Белозерского Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова (НИИФХБ МГУ). Сотрудники НИИФХБ МГУ выполнили работы
по виртуальному скринингу библиотек соединений и по моделированию фармакокинетики токсичности выбранных соединений.
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова Сибирского отделения РАН (НИОХ СО РАН). Сотрудники НИОХ СО РАН разработали и
осуществили схемы синтеза соединений, отобранных в результате виртуального скрининга.
14.604.21.0018
<Номер постера>