Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1046010.32607/20758251-2016-8-1-82-89Research ArticlesЭкспериментальные статьиResearch ArticleMolecular Mechanism Underlying the Action of Substituted Pro-Gly Dipeptide NoopeptМолекулярный механизм действия Ноопепта - замещенного Pro-Gly-дипептидаVakhitovaYu. V.ВахитоваЮ. В.
Russian Federation
juvv73@gmail.comSadovnikovS. V.СадовниковС. В.
Russian Federation
juvv73@gmail.comBorisevichS. S.БорисевичС. С.
Russian Federation
juvv73@gmail.comOstrovskayaR. U.ОстровскаяР. У.
Russian Federation
juvv73@gmail.comGudashevaT. A.ГудашеваT. A.
Russian Federation
juvv73@gmail.comSeredeninS. B.СереденинС. Б.
Russian Federation
juvv73@gmail.comState Zakusov Institute of PharmacologyНаучно-исследовательский институт фармакологии им. В.В. ЗакусоваInstitute of Biochemistry and Genetics of Ufa Scientific Centre RASИнститут биохимии и генетики Уфимского научного центра РАНUfa Institute of Chemistry RASУфимский институт химии РАН1503201681VOL 8, NO1 (2016)ТОМ 8, №1 (2016)828917012020Copyright ©; 2016, Vakhitova Y.V., Sadovnikov S.V., Borisevich S.S., Ostrovskaya R.U., Gudasheva T.A., Seredenin S.B.Copyright ©; 2016, Вахитова Ю.В., Садовников С.В., Борисевич С.С., Островская Р.У., Гудашева T.A., Середенин С.Б.2016Vakhitova Y.V., Sadovnikov S.V., Borisevich S.S., Ostrovskaya R.U., Gudasheva T.A., Seredenin S.B.Вахитова Ю.В., Садовников С.В., Борисевич С.С., Островская Р.У., Гудашева T.A., Середенин С.Б.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10460

This study was performed in order to reveal the effect of Noopept (ethyl ester of N-phenylacetyl-Lprolylglycine, GVS-111) on the DNA-binding activity of transcriptional factors (TF) in HEK293 cells transiently transfected with luciferase reporter constructs containing sequences for CREB, NFAT, NF-κB, p53, STAT1, GAS, VDR, HSF1, and HIF-1. Noopept (10 μM) was shown to increase the DNA-binding activity of HIF-1 only, while lacking the ability to affect that of CREB, NFAT, NF-κB, p53, STAT1, GAS, VDR, and HSF1. Noopept provoked an additional increase in the DNA-binding activity of HIF-1 when applied in conditions of CoCl2-induced HIF- 1 stabilization. The degree of this HIF-positive effect of Noopept was shown to be concentration-dependent. Piracetam (1 mM) failed to affect significantly any of the TF under study. The results of molecular docking showed that Noopept (L-isomer), as well as its metabolite, L-isomer of N-phenyl-acetylprolyl, unlike its pharmacologically ineffective D-isomer, is able to bind to the active site of prolyl hydroxylase 2. Taking into account the important role of the genes activated by HIF-1 in the formation of an adaptive response to hypoxia, data on the ability of Noopept to provoke a selective increase in the DNA-binding activity of HIF-1 explain the wide spectrum of neurochemical and pharmacological effects of Noopept revealed before. The obtained data allow one to propose the HIF-positive effect as the primary mechanism of the activity of this Pro-Gly-containing dipeptide.

Изучено влияние Ноопепта (этиловый эфир N-фенилацетил-L-пролилглицина) на ДНК связывающую активность транскрипционных факторов (ТФ) в клетках линии HEK293, транзиентно трансфицированных люциферазными репортерными конструкциями, содержащими сайты связывания ТФ: CREB, NFAT, NF-κB, p53, STAT1, GAS, VDR, HSF1 и HIF-1. Показано, что Ноопепт (10 мкМ) увеличивал ДНК-связывающую активность только HIF-1 и не влиял на активность CREB, NFAT, NF-κB, p53, STAT1, GAS, VDR и HSF1. Выраженность HIF-позитивного эффекта Ноопепта зависела от его концентрации. В условиях стабилизации HIF-1, вызванной индуктором гипоксии СоCl2, Ноопепт обеспечивал дополнительное повышение ДНК-связывающей активности HIF-1. Пирацетам (1 мМ) не вызывал значимых изменений ДНК-связывающей активности ТФ. Результаты молекулярного докинга показали, что Ноопепт (L-изомер), а также метаболит Ноопепта - L-изомер N-фенилацетилпролина - способны связываться с активным сайтом пролилгидроксилазы 2. Данные о вызываемом Ноопептом селективном увеличении ДНК-связывающей активности HIF-1 с учетом функциональной значимости генов, активируемых этим фактором транскрипции, объясняют выявленные ранее нейрохимические и фармакологические эффекты Ноопепта, что дает основание рассматривать HIF-позитивный эффект в качестве первичного механизма действия этого дипептида.

Noopepttranscriptional factorsHIF-1hypoxiaHIF-prolyl hydroxylase 2dockingneuroprotectionгипоксиядокингнейропротекцияНоопептпролилгидроксилазатранскрипционный фактор HIF-1The studies were performed using equipment from Biomika (Department of Biochemical Methods of Research and Nanobiotechnology Agidel, Ufa) and KODINK. This work was supported by a Russian President Grant for Leading Scientific Schools (5923.2014.4).Исследования выполнены с использованием оборудования ЦКП «Биомика» (Отделение биохимических методов исследований и нанобиотехнологии РЦКП «Агидель», Уфа) и УНУ «КОДИНК». Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Президента РФ для ведущих научных школ (НШ 5923.2014.4).[1] Gudasheva T.A. // Bulletin of the Russian Academy of Medical Sciences. 2011, №7, P.8-16[2] Seredenin S.B., Voronina T.A., Gudasheva T.A., Ostrovskaya R.U., Rozantsev G.G., Skoldinov A.P., Trofimov S.S., Halikas J., Garibova T.L. // Biologically active N-acylprolyldipeptides having antiamnestic, antihypoxic effects. Patent 5.439.930 USA. 1995[3] Gudasheva T.A., Voronina T.A., Ostrovskaya R.U., Rozantsev G.G., Vasilevich N.I., Trofimov S.S., Kravchenko E.V., Skoldinov A.P., Seredenin S.B. // Eur. J. Med. Chem. 1996, V.31, P.151-157[4] Ostrovskaya R.U., Seredenin S.B., Voronina T.A., Molodavkin G.M., Gudasheva T.A. // In Animal models in biological psychiatry Ed. Kalueff A.V. N.Y.: Nova Sci. Publ. Inc., 2006, P.165-182[5] Gavrilova S.A., Us K.S., Ostrovskaya R.U., Koshelev V.B. // Eksp. Klin. Farmakol. 2006, V.69, №4, P.16-18[6] Ostrovskaya R.U., Romanova G.A., Barskov I.V., Shanina E.V., Gudasheva T.A., Victorov I.V., Voronina T.A., Seredenin S.B. // Behav. Pharmacol. 1999, V.10, P.549-553[7] Pealsman A., Hoyo-Vadillo C., Seredenin S.B., Gudasheva T.A., Ostrovskaya R.U., Busciglio J. // Int. J. Dev. Neurosci. 2003, V.21, P.117-124[8] Ostrovskaya R.U., Gudasheva T.A., Tsaplina A.P., Vakhitova Yu.V., Salimgareeva M.H., Yamidanov R.S., Seredenin S.B. // Bull. Exp. Biol. Med.. 2008, V.146, №9, P.309-312[9] Ostrovskaya R.U., Mirzoev T.H., Firova F.A., Trofimov S.S., Gudasheva T.A., Grechenko T.N., Gutyrchik E.F., Barkova E.B. // Eksp. Klin. Farmakol. 2001, V.64, №2, P.11-14[10] Mendzheritskiy A.M., Lysenko A.V., Demyanenko S.V., Prokofyev V.N., Gudasheva T.A., Ostrovskaya R.U. // J. Neurochemical. 2003, V.20, №4, P.281-286[11] Ostrovskaya R.U., Vakhitova Y.V., Salimgareeva M.H., Yamidanov R.S., Sadovnikov S.V., Kapitsa I.G., Seredenin S.B. // Eksp. Klin. Farmakol. 2010, V.73, №12, P.2-5[12] Phippard D., Manning A.M. // Methods Mol. Biol. 2003, V.225, P.19-23[13] Salimgareeva M.H., Sadovnikov S.V., Farafontova E.I., Zaynullina L.F., Vakhitov V.A., Vakhitova Y.V. // Prikladnaya biokhimiya i microbiologiya. 2014, V.50, №2, P.219-225[14] Piret J.P., Mottet D., Raes M., Michiels C. // Ann. N.Y. Acad. Sci. 2002, V.973, P.443-447[15] Rose P.W., Prlić A., Bi C., Bluhm W.F., Christie C.H., Dutta S., Green R.K., Goodsell D.S., Westbrook J.D., Woo J. // Nucleic Acids Research 2015, V.43, url http://www.rcsb.org, P.345-356[16] McDonough M.A., Li V., Flashman E., Chowdhury R., Mohr C., Liénard B.M., Zondlo J., Oldham N.J., Clifton I.J., Lewis J. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2006, V.103, №26, P.9814-9819[17] Irwin J.J., Shoichet B.K. // J. Chem. Inform. Model. 2005, V.45, P.177-182[18] Zhurko G.A., Zhurko D.A. // ChemCraft. 2013, V.1.7[19] Frisch M.J., Trucks G.W., Schlegel H.B., Scuseria G.E., Robb M.A., Cheeseman J.R., Scalmani G., Barone V., Mennucci B., Petersson G.A. // Gaussian 09, Revision C.01, Gaussian Inc., Wallingford CT, 2010. 2010[20] Claussen H., Dramburg I., Gastreich M., Hindle S., Kaemper A., Kramer B., Lilienthal M., Mueller G., Rarey M., Wefing S. // LeadIT. V. 2.1.8 BioSolveIT CmbH, 2014 2014[21] Rarey M., Kramer B., Lengauer T., Klebe G. // J. Mol. Biol. 1996, V.261, P.470-489[22] Schneider N., Hindle S., Lange G., Klein R., Albrecht J., Briem H., Beyer K., Clauβen H., Gastreich M., Lemmen Ch., Rarey M. // J. Comput Aided Mol. Des. 2012, V.26, P.701-723[23] Kuntz I.D., Chen K., Sharp K.A., Kollman P.A. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1999, V.96, №18, P.9997-10002[24] Semenza G. // Cell. 2012, V.148, №3, P.399-408[25] Zheng H., Fridkin M., Youdim M. // Persp. Med. Chem. 2015, V.7, P.1-8[26] Park S.H., Kim B.R., Lee J.H., Park S.T., Lee S.H., Dong S.M., Rho S.B. // Cell Signal. 2014, V.26, №7, P.1506-1513[27] Schnell P.O., Ignacak M.L., Bauer A.L., Striet J.B., Paulding W.R., Czyzyk-Krzeska M.F. // J. Neurochem. 2003, V.85, №2, P.483-491[28] Hirota K., Ryo Fukuda R., Takabuchi S., Kizaka-Kondoh S., Adachi T., Kazuhiko Fukuda K., Semenza G.L. // J. Biol. Chem. 2004, V.279, №40, P.41521-41528[29] Epstein A.C., Gleadle J.M., McNeill L.A., Hewitson K.S., O’Rourke J., Mole D.R., Mukherji M., Metzen E., Wilson M.I., Dhanda A. // Cell. 2001, V.107, №1, P.43-54[30] Yuan Y., Hilliard G., Ferguson T., Millhorn D.E. // J. Biol. Chem. 2003, V.278, №18, P.15911-15916[31] Ma X., Wang X., Cao J., Geng Z., Wang Z. // PLoS One. 2014, V.9, №4, e95692[32] Boyko S.S., Zherdev V.P., Dvoryaninov A.A., Gudasheva T.A., Ostrovskaya R.U., Voronina T.A., Rozantsev G.G., Seredenin S.B. // Eksp. Klin. Farmakol. 1997, V.60, №2, P.101-104[33] Gudasheva T.A., Boyko S.S., Akparov V.Kh., Ostrovskaya R.U., Skoldinov S.P., Rozantsev G.G., Voronina T.A., Zherdev V.P., Seredenin S.B. // FEBS Lett. 1996, V.391, P.149-151[34] Fedorova T.N., Us K.S., Ostrovskaya R.U. // J. Neurochemical. 2007, V.24, №1, P.69-73[35] Andreeva N.A., Stemalshuk E.V., Isaev N.K., Ostrovskaya R.U., Gudasheva T.A., Viktorov I.V. // Bull. Exp. Biol. Med. 2000, V.130, №10, P.418-421[36] Zhang Z., Yan J., Chang Y., ShiDu Yan S., Shi H. // Curr. Med. Chem. 2011, V.18, №28, P.4335-4343[37] Firova F.A. // The range of neurotropic activity of the original substituted prolyl-dipeptide GVS-111. Extended abstract of PhD dissertation (Medicine). Institute of Pharmacology RAMS. Moscow. 1994. (in Russian). 1994[38] Ostrovskaya R.U., Vakhitova Y.V., Kuzmina U.Sh., Salimgareeva M., Zainullina L.F., Gudasheva T.A., Vakhitov V.A., Seredenin S.B. // J. Biomed. Sci. 2014, V.21, P.74-82[39] Jia X., Gharibyan A., Öhman A., LiuY. I.O., Olofsson A., Morozova-Roche L.A. // J. Mol. Biol. 2011, V.414, P.699-712[40] Lysenko A.V., Uskova N.I., Ostrovskaya R.U., Gudasheva T.A., Voronina T.A. // Eksp. Klin. Farmakol. 1997, V.60, №3, P.15-18[41] Ostrovskaya R.U., Gruden M.A., Bobkova N.A., Sewell R.D.E., Gudasheva T.A., Samokhin A.N., Seredenin S.B., Noppe W., Sherstnev V.V., Morozova-Roche L.A. // J. Psychopharmacol. 2007, V.21, P.611-619[42] Ostrovskaya R.U., Tsaplina A.P., Vakhitova Yu.V., Salimgareeva M.Kh., Yamidanov R.S. // Eksp. Klin. Farmakol. 2010, V.73, №1, P.2-6[43] Ostrovskaya R.U., Ozerova I.V., Gudasheva T.A., Kapitsa I.G., Ivanova E.A., Voronina T.A., Seredenin S.B. // Bull. Exp. Biol. Med. 2013, V.156, №9, P.317-321[44] Ostrovskaya R.U., Zolotov N.N., Ozerova I.V., Ivanova E.A., Kapitsa I.G., Taraban K.V., Michunskaya A.B., Voronina T.A., Gudasheva T.A., Seredenin S.B. // Bull. Exp. Biol. Med. 2014, V.157, №3, P.321-327[45] Cheng K., Ho K., Stokes R., Scott C., Lau S.M., Hawthorne W.J., O’Connell P.J., Loudovaris T., Kay T.W., Kulkarni R.N. // J. Clin. Invest. 2010, V.120, №6, P.2171-2183[46] Liu Y., Liu F., Iqbal K., Grundke-Iqbal I., Gong C.X. // FEBS Lett. 2008, V.582, P.359-364[47] van de Velde S., Hogan M.F., Montminy M. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2011, V.108, №41, P.16876-16882