Эксπир
Регистрация / Вход

Метионин-гамма-лиаза – новая мишень для рационального дизайна лекарственных средств от болезней, вызываемых анаэробными патогенами

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.512.11.2036
Организация
ИБ РАН
Руководитель работ
Гарбер Мария Борисовна
Продолжительность работ
2007, 8 мес.
Бюджетные средства
4,5 млн
Внебюджетные средства
0,4 млн

Работы должны проводиться в рамках критической технологии «Геномные и посттеномные технологии создания лекарственных средств» Работы должны соответствовать по предполагаемому исполнению лучшим мировым стандартам. Создаваемый научно-технический задел должен обеспечивать в будущем проведение опытно-конструкторских и технологических работ на конкурентном уровне. Результаты работ должны способствовать дальнейшему инновационному развитию российских технологий в данном приоритетном направлении Программы.

Этапы проекта

1
26.02.2007 - 16.03.2007
Краткое описание выполненных работ:
На первом этапе сделан обзор и анализ имеющихс литературных данных по структуре и каталитическим механизмам ПЛФ ферментов и по свойствам специфического для анаэробных организме фермента метионин-у-лиазы, который отсутствует в клетках человека.
Обзор литературы представлен: 1) по структурам и каталитическим механизмам пиридоксаль-5'-фосфат ферментов; 2) по классу метионин-у-лиаз из различных организмов; 3) по роли метионина в метаболизме клетки и по биохимическим особенностям метиониновой зависимости раковых клеток; 4) по исследованию механизма реакций альфа, y-элиминирования и y-замещения, катализируемых метионин-y-лиазой и другими ПЛФ-зависимыми ферментами, принадлежащими к y-семейству; 5) по известным кристаллическим структурам метионин-y-лиазы; 6) по известным примерам применения метионин-y-лиазы в лабораторных исследованиях и в пищевой промышленности. К обзору литературы придается список цитируемых публикаций, включая самые последние, вышедшие из печати в 2007 году.
Анализ литературных данных позволяет планировать определение трехмерных структур комплексов метионин-y-лиазы Citrobacter freundii: а) с рядом аминокислот (норвалин, норлейцин, L-циклосерин), известных как конкурентные ингибиторы реакции -элиминирования; б) с L-винилглицином, который является нефизиологическим субстратом фермента. Структуры перечисленных комплексов можно рассматривать как моделирующие следующие ключевые стадии ферментативной реакции: 1) комплекс с L-циклосерином – стадию III; 2) комплексы с норвалином и норлейцином – стадию IV; 3) комплекс с винилглицином – стадию V или стадию VI.
На основе проведенного анализа литературы и собственных экспериментальны данных по структуре метионин-у-лиазы Citrobacter freundii разработана общая методика проведения исследований и опреднелены основные этапы работы в 2007 г.
Анализ определенных структур далее позволит конструировать аналоги субстрата, блокирующие активность фермента в клетке и, следовательно, являющиеся новыми потенциальными антипатогенами. Проверка сродства сконструированных соединений к ферменту будет проводиться методами молекулярной графики, молекулярной динамики и докинга малых молекул.
Развернуть
2
17.03.2007 - 15.09.2007
Аннотационный отчет
о научно-исследовательской работе
(ЭТАП 2)

Целью проекта является разработка подходов к конструированию лекарственных средств, направленных на борьбу с болезнями, вызываемыми анаэробными патогенами. Объектом исследований является пиридоксаль-5'-фосфат-зависимый фермент метионин--лиаза, который содержится в клетках патогенных анаэробных организмов, но не содержится в клетках человека. Метионин--лиаза предлагается в качестве новой мишени для разработки лекарственных средств от болезней, вызываемых анаэробными патогенами.
На втором этапе НИР (март-сентябрь 2007 года) были проведены теоретические и экспериментальные исследования поставленных перед НИР задач. Промежуточный отчет включает в себя 1) описание определения кристаллической структуры L-метионин--лиазы Citrobacter freundii с разрешением 1.35 Å; 2) детальный анализ полученной структуры с целью выяснения особенностей организации активного центра холофермента; 3) сравнение структур L-метионин--лиаз с известными структурами пиридоксаль-5’-фосфат-зависимых ферментов, участвующих в метаболизме серосодержащих аминокислот; 4) описание определения комплексов L-метионин--лиазы Citrobacter freundii с рядом аминокислот (L-метионина, Р-метионина, L-винилглицина, L-циклосерина, L-норлейцина: 5) детальный анализ полученных структур.
Все кристаллические структуры, полученные в процессе выполнения НИР, определены с высоким разрешением, что позволяет успешно использовать их для решения поставленных задач. Сопоставление полученной структуры L-метионин--лиазы Citrobacter freundii с известными ранее структурами -лиаз из других источников позволило идентифицировать как структурно консервативные, так и присущие только L-метионин--лиазам области активного центра ферментов. Химические соединения, обладающие высоким сродством к последним могут быть высокоспецифичными ингибиторамии L-метионин--лиаз.
Определение трехмерных структур комплексов метионин--лиазы Citrobacter freundii с рядом аминокислот, известных как конкурентные ингибиторы реакции -элиминирования или нефизиологические субстраты фермента, позволило осуществить структурное моделирование определенных ключевых этапов ферментативной реакции и предложить пути конструирования соединений, способных специфически связываться с L-метионин γ-лиазой и блокировать его ферментативную активность.
Техническое задание на 2-ый этап НИР по Государственному контракту от «26» февраля 2007 г. № 02.412.11.2036 выполнено полностью.
Развернуть
3
16.09.2007 - 31.10.2007
Основной задачей контракта является разработка подходов к конструированию лекарственных средств, направленных на борьбу с болезнями, вызываемыми анаэробными патогенами. Объектом исследований является пиридоксаль-5'-фосфат-зависимый фермент метионин--лиаза, который содержится в клетках патогенных анаэробных организмов, но не содержится в клетках человека. Метионин--лиаза предлагается в качестве новой мишени для разработки лекарственных средств от болезней, вызываемых анаэробными патогенами.
В рамках выполнения контракта были проведены теоретические и экспериментальные исследования поставленных перед НИР задач. Итоговый отчет включает в себя 1) обобщение результатов проведенных исследований; 2) оценку полноты решения задач и эффективности полученных результатов.
В рамках выполнения контракта были определены кристаллические структуры холофермента L-метионин--лиазы Citrobacter freundii и его комплексов с рядом аминокислот. Проведены тщательный анализ полученных структур и сопоставление их с известными структурами пиридоксаль-5’-фосфат-зависимых ферментов, участвующих в метаболизме серосодержащих аминокислот. Идентифицированы остатки, принимающие участие в связывании субстрата, в катализе и обеспечении конформации активного центра. Все кристаллические структуры, полученные в процессе выполнения НИР, определены с высоким разрешением, что позволяет успешно использовать их для поиска соединений, ингибирующих реакции, катализируемые L-метионин--лиазой.
В активном центре L-метионин--лиазы зафиксировано промежуточное положение субстрата, которое он занимает на этапе узнавания и предварительного связывания. Поскольку образование внешнего альдимина на этом этапе невозможно, аналоги субстрата, стабилизирующие промежуточную конформацию фермент-субстратного комплекса, могут быть эффективными лекарственными соединениями. В качестве одного из таких соединений можно предложить аминокислоту селенометионин – аналог метионина, в котором атом серы заменен атомом селена. Предложены еще два возможных направления для конструирования химических соединений, способных специфически связываться с L-метионин γ-лиазой и блокировать его ферментативную активность. Одно из этих направлений основано на специфике организации тетрамерной структуры фермента и выделение участков поверхности, ответственных за образование активной формы фермента, другое – на выявлении изменений конформации активного центра фермента и положения субстрата в процессе энзиматической реакции.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

1.2 Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно-технического задела по технологиям в области наук о жизни
Продолжительность работ
2007, 8 мес.
Бюджетные средства
4,5 млн
Организация
ИОГен РАН
профинансировано
Продолжительность работ
2007, 8 мес.
Бюджетные средства
4,5 млн
профинансировано
Продолжительность работ
2007, 8 мес.
Бюджетные средства
4,45 млн
Организация
ЦТП ФХФ РАН
профинансировано
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области живых систем по критической технологии «Геномные и посттеномные технологии создания лекарственных средств» (мероприятие 1.2 Программы)
Продолжительность работ
2007, 8 мес.
Бюджетные средства
72 млн
Количество заявок
43
Тема
Работы по проведению 2-ой очереди проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области живых систем по критической технологии «Геномные и посттеномные технологии создания лекарственных средств» (мероприятие 1.2 Программы)
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
70,4 млн
Количество заявок
27
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области живых систем
Продолжительность работ
2007, 8 мес.
Бюджетные средства
72 млн
Количество заявок
48
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области живых систем по критической технологии «Биомедицинские и ветеринарные технологии жизнеобеспечения и защиты человека и животных»
Продолжительность работ
2007, 8 мес.
Бюджетные средства
72 млн
Количество заявок
136
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области живых систем по критической технологии «Технологии биоинженерии» (мероприятие 1.2 Программы)
Продолжительность работ
2007, 8 мес.
Бюджетные средства
72 млн
Количество заявок
49