Ингибирование поли(ADP-рибозо)- полимеразы метаболитом нуклеиновых кислот 7-метилгуанином
- Авторы: Нилов Д.К.1, Тараров В.И.2, Куликов A.В.1, Захаренко A.Л.3, Гущина И.В.1, Михайлов С.Н.2, Лаврик O.И.3, Швядас В.K.1
-
Учреждения:
- Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
- Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН
- Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения РАН
- Выпуск: Том 8, № 2 (2016)
- Страницы: 108-115
- Раздел: Экспериментальные статьи
- Дата подачи: 17.01.2020
- Дата публикации: 15.06.2016
- URL: https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10452
- DOI: https://doi.org/10.32607/20758251-2016-8-2-108-115
- ID: 10452
Цитировать
Аннотация
Способность метаболита нуклеиновых кислот 7-метилгуанина ингибировать поли(ADP-рибозо)полимеразу 1 (ПАРП-1) и поли(ADP-рибозо)полимеразу 2 (ПАРП-2) выявлена in silico и изучена экспериментально. Показано, что для эффективного связывания пуриновых производных с ПАРП важна аминогруппа в положении 2 и метильная группа в положении 7. Активность ПАРП-1 и ПАРП-2 подавляется 7-метилгуанином со значениями IC50 150 и 50 мкМ соответственно. В ПАРП-ингибирующей концентрации 7-метилгуанин не токсичен, но способен усиливать апоптотическую гибель BRCA1-дефицитных клеток рака молочной железы под воздействием цисплатина и доксорубицина - широко используемых ДНК- повреждающих химиотерапевтических препаратов. 7-Метилгуанин имеет привлекательный предсказанный профиль фармакокинетики и токсичности и может рассматриваться в качестве дополнительного компонента химиотерапии.
Ключевые слова
Полный текст
ВВЕДЕНИЕ Под действием различных факторов стресса в ДНК человека возникают генотоксичные повреждения, которые должны устраняться для обеспечения пра вильной репликации ДНК, транскрипции и предот вращения канцерогенеза. В клеточные пути репара ции вовлечены многие белки, которые распознают и устраняют модификации азотистых оснований и разрывы цепи ДНК [1]. Поли(ADP-рибозо)поли меразы (ПАРП; [КФ. 2.4.2.30]) представляют группу эукариотических белков с разнообразными функ циями, связанными в основном с репарацией ДНК и клеточной гибелью. Наиболее изученные пред ставители семейства ПАРП-1 и ПАРП-2 обладают ДНК-зависимой активностью и катализируют син тез поли(ADP-рибозы) [2]. Донором остатка ADP рибозы для синтеза полимера служат молекулы NAD+, в ходе реакции высвобождается никотинамид и образуется гликозидная связь между остатками. Связывание белков ПАРП-1 и ПАРП-2 с поврежден ной ДНК приводит к поли(ADP-рибозил)ированию как самих ферментов, так и других белков, вовле ченных в метаболизм ДНК [3-6]. Результатом данной посттрансляционной модификации являются акти вация и сборка систем репарации в поврежденном локусе ДНК. Так, автомодифицированная ПАРП-1 мобилизует белок эксцизионной репарации XRCC1, ассоциированный с ДНК-полимеразой β и ДНК-лигазой III [7-9]. Важная роль ПАРП-1 и ПАРП-2 подтверждается тем фактом, что parp-1-/- и parp-2-/ мыши более чувствительны к ионизирующей радиа ции, а двойные мутанты parp-1-/-parp-2-/- погибают на ранней стадии развития в начале гаструляции [10]. ДНК-связывающий домен ПАРП-1 построен из специализированных цинковых пальцев, в то вре мя как его структура в ПАРП-2 неизвестна, а соот ветствующий участок последовательности не обла дает гомологией с описанными ДНК-связывающими мотивами. Напротив, каталитические домены и ак тивные центры ПАРП-1 и ПАРП-2 характеризуют ся высоким структурным сходством как в апоформе, так и в комплексе с ингибиторами [11, 12]. Связанный в активном центре субстрат NAD+ взаимодействует с остатками Gly863 и Tyr907 (нумерация для ПАРП- 1) схожим образом с ингибиторами - миметиками никотинамидного фрагмента. Остов Gly863 образует две водородные связи с амидной группой никотина мида, а боковая цепь Tyr907 - стэкинг с никотина мидным кольцом [13]. Несколько описанных клас сов ингибиторов ПАРП содержат карбоксамидную группу, присоединенную к ароматическому кольцу, или лактамную группу, встроенную в систему арома тических колец [14-19], что обеспечивает образова ние упомянутых взаимодействий с остатками Gly863 и Tyr907. Помимо соединений, конкурирующих с NAD+ за активный центр, лиганды малой борозд ки, затрагивающие ДНК-зависимый путь регуляции ПАРП-1, также могут рассматриваться в качестве ингибиторов [20]. Вовлеченность ПАРП в системы репарации ДНК делает этот фермент привлекательной мишенью для противоопухолевой терапии. Ингибиторы ПАРП- 1 и ПАРП-2 могут усиливать эффект различных ДНК-повреждающих противоопухолевых средств, таких, как цисплатин или доксорубицин. При уме ренном повреждении ДНК ПАРП принимает участие в репарации, что позволяет опухолевым клеткам вы жить. Комбинирование ДНК-повреждающего агента и ингибитора ПАРП-1 или ПАРП-2 может способ ствовать преодолению лекарственной устойчивости и апоптотической гибели клеток, представляя, та ким образом, многообещающую стратегию терапии опухолей [15, 21-23]. Кроме того, ингибиторы могут найти применение и при дефектах репарации ДНК в определенных опухолевых клетках. Так, отсут ствие гомологичной рекомбинации в клетках с дефи цитом BRCA1/2 делает их высокочувствительными к ингибированию ПАРП [24-26]. Несколько ингиби торов ПАРП, обладающих противоопухолевой актив ностью, не прошли доклинические или клинические испытания по причине токсичности и недостаточной эффективности [27-29]. В частности, хорошо из вестный ингибитор ПАРП-1 3-аминобензамид плохо проникает в клетку и влияет на другие метаболи ческие процессы. В декабре 2014 года в США было одобрено использование олапариба, первого в своем классе ингибитора ПАРП-1, при прогрессирующем раке яичников [30]. Это соединение является произ водным фталазина с лактамной группой и в наномо лярной концентрации подавляет ферментативную активность ПАРП. Тем не менее разработка эффек тивных и нетоксичных соединений, воздействующих на ПАРП и способных подавлять развитие различ ных типов рака, по-прежнему представляет важную и сложную проблему. Один из перспективных классов ингибиторов ПАРП - природные азотистые основания и их про изводные, содержащие лактамную группу [31, 32]. Однако идентифицированные соединения (напри мер, тимин, гипоксантин) обладают относительно слабым ингибирующим эффектом. В данной работе представлены результаты компьютерного скрининга ингибиторов ПАРП среди производных азотистых оснований и in vitro исследования отобранных соеди нений. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ Подготовка модели белка Стартовая модель ПАРП-1 построена на основе кристаллической структуры комплекса ПАРП с ин гибитором 1efy [33] с помощью пакета программ AmberTools 1.2 (http://ambermd.org). К структуре белка добавляли атомы водорода, после чего помеща ли ее в ячейку воды типа TIP3P (минимальная тол щина слоя молекул воды - 12 Å). Для нейтрализации заряда системы добавляли ионы хлора. Для миними зации энергии полученной модели молекулу белка описывали силовым полем ff99SB [34], а ингибитор - автоматически рассчитанными параметрами GAFF [35]. Минимизацию энергии (2500 шагов по методу наискорейшего спуска, затем 2500 шагов по методу сопряженных градиентов) проводили с помощью па кета программ Amber 10 [36] для оптимизации пози ции атомов водорода. В ходе минимизации тяжелые атомы белка и ингибитора фиксировали позиционны ми ограничениями k(Δx)2, где силовая постоянная k была равна 2 ккал/(моль × Å2). Ингибитор, молекулы воды и ионы хлора удаляли из оптимизированной си стемы, чтобы получить модель для проведения моле кулярного докинга. Молекулярный докинг Компьютерную библиотеку производных при родных азотистых оснований подготовили с ис пользованием программы ACD/ChemSketch [37]. Молекулярный докинг проводили с помощью про граммы Lead Finder 1.1.14 [38]. Рассчитывали карту потенциала взаимодействия в активном центре мо дели ПАРП-1 (потенциальную решетку) и осущест вляли скрининг библиотеки при помощи генетиче ского алгоритма поиска. Проводили 20 независимых запусков докинга для каждого соединения, после чего вероятность успешного докирования Pdock опре деляли как отношение числа запусков с успешным результатом (удовлетворяющим заданному струк турному критерию) к общему числу запусков, т.е. Pdock = Nусп/20. Структурным критерием было нали чие двух водородных связей между лактамной груп пой докированного соединения и остатком Gly863. Соединения с Pdock ≤ 0.8 автоматически исключали с помощью Perl-скрипта. Молекулярно-динамическая симуляция Чтобы включить молекулу отобранного ингибитора в систему для симуляции, его параметры, за исклю чением частичных зарядов, брали из силового поля ff99SB. С целью определения зарядов рассчитывали молекулярный электростатический потенциал ин гибитора на HF/6-31G* уровне теории с помощью программы PC GAMESS/Firefly [39]. Подбор частич ных атомных зарядов осуществляли с помощью ме тода RESP [40]. Уравновешивание и последующую симуляцию молекулярной динамики (МД) ПАРП-1 в комплексе с ингибитором проводили с использова нием AmberTools 1.2 и Amber 10. Модель комплек са, полученную молекулярным докингом, окружали 12 Å-слоем воды TIP3P и описывали силовым по лем ff99SB. Для релаксации сольватированной си стемы проводили минимизацию энергии методами наискорейшего спуска и сопряженных градиентов. Затем систему разогревали от 0 до 300 К в течение 50 пс и уравновешивали при 300 К в течение 500 пс. Наконец, рассчитывали траекторию равновесной си муляции (10 нс) при постоянном давлении. Все симу ляции осуществляли с использованием периодиче ских граничных условий и метода PME (Particle Mesh Ewald) для учета дальнодействующих электростати ческих взаимодействий. Программу VMD 1.8.6 [41] использовали для ви зуализации структур. Параллельные вычисления МД-траектории проводили на суперкомпьютере МГУ [42]. Синтез соединений 7-Метилгуанин, 7-метилксантин, 7-метилгипоксан тин, 7-этилгуанин получали путем алкилирования соответствующих нуклеозидов с последующим рас щеплением N-гликозидной связи согласно ранее опи санным методикам [43, 44]. 7-Метилгуанин. 400 МГц 1H-ЯМР (ДМСО-d6): δ = 3.82 (s, 3H, Me), 6.03 (brs, 2H, NH2), 7.81 (s, 1H, H-8), 10.66 (brs, 1H, NH). 7-Метилксантин. 400 МГц 1H-ЯМР (ДМСО-d6): δ = 3.81 (s, 3H, Me), 7.85 (s, 1H, H-8), 10.79 (brs, 1H, NH), 11.48 (brs, 1H, NH). 7-Метилгипоксантин. 400 МГц 1H-ЯМР (CDCl3- CD3OD): δ = 3.94 (s, 3H, Me), 7.80 (s, 1H, H-2), 7.84 (s, 1H, H-8). 7-Этилгуанин. 400 МГц 1H-ЯМР (ДМСО-d6): δ = 1.36 (t, 3H, J = 7.2 Гц, CH3), 4.19 (q, 2H, Me, J = 7.2 Гц, CH2), 6.09 (brs, 2H, NH2), 7.90 (s, 1H, H-8), 10.26 (brs, 1H, NH). Измерение ферментативной активности Рекомбинантные белки ПАРП-1 человека и ПАРП- 2 мыши очищали по описанной ранее методике [45, 46]. Реакцию поли(ADP-рибозил)ирования, катали зируемую ПАРП-1 и ПАРП-2, проводили в опти мальных для каждого фермента условиях [47, 48]. Кратко, для ПАРП-1: 50 мM трис-HCl pH 8.0, 20 мM MgCl2, 150 мM NaCl, 7 мM β-меркаптоэтанол, активи рованная ДНК (2 о.е.280/мл, степень активации 25%), 300 мкM NAD+ (0.18 мкКи [3H]NAD+), 37°С. Реакцию запускали добавлением ПАРП-1 до конечной кон центрации 0.2 мкM и останавливали через 1 мин, нанося реакционную смесь на бумажные фильтры (Whatman-1), пропитанные 5% раствором трихлоруксусной кислоты. Для ПАРП-2: 50 мМ трис-HCl pH 8.0, 40 мM NaCl, 0.1 мг/мл БСА, 8 мM MgCl2, 1 мM ДТТ, активированная ДНК (2 о.е.280/мл, степень ак тивации 25%), 400 мкM NAD+ (0.4 мкКи [3H]NAD+), 37°С. Реакцию запускали добавлением ПАРП-2 до конечной концентрации 0.2 мкM и останавливали через 5 мин, нанося реакционную смесь на бумажные фильтры. Фильтры отмывали 4 раза в 5% трихлорук сусной кислоте, затем в 90% этаноле (для удаления кислоты) и сушили на воздухе. Количество радио активной метки, включенной в кислотонераствори мый продукт, регистрировали на сцинтилляционном счетчике Tri-Carb 2800 (Perkin Elmer) в толуоловом сцинтилляторе. Определение количества радиоак тивно меченного продукта проводили на начальном участке зависимости скорости реакции от времени. ПАРП-ингибирующую активность синтезирован ных соединений оценивали в реакции поли(ADP рибозил)ирования при концентрации NAD+ 0.3 мM в случае ПАРП-1 и 0.4 мM в случае ПАРП-2. Различные количества тестируемых соединений до бавляли в реакционную смесь перед добавлением фермента. Реакцию и детекцию продуктов проводи ли как описано выше. Для определения значения IC50 (концентрация соединения, при которой активность фермента снижена на 50%) изучали влияние различ ных концентраций ингибитора на ферментативную активность. Измерения проводили по меньшей мере в двух независимых экспериментах. Значения IC50 рассчитывали методом нелинейного регрессионного анализа с помощью Origin Pro 8.0. Измерение цитотоксичности Цитотоксическую активность 7-метилгуанина, ци сплатина, доксорубицина и их комбинаций оцени вали путем анализа клеточного цикла и измерения популяции Sub-G1 методом проточной цитометрии, а также измерения активности каспазы-3 как марке ра активации апоптоза. BRCA1-дефицитную линию клеток рака молочной железы человека HCC1937 культивировали в DMEM с добавлением 10% инак тивированной эмбриональной бычьей сыворотки, пе нициллина/стрептомицина (100 ед./мл) и пирувата (0.11 мг/мл) при 37°С в увлажненной атмосфере O2 (20%). Во всех опытах клетки находились в состоянии логарифмического роста. Через 24 ч после рассеи вания клетки обрабатывали 7-метилгуанином (150 мкМ) с последующим добавлением цисплатина (70 мкМ) или доксорубицина (1 мкМ) через 3 ч. Для анализа клеточного цикла клетки собирали через 72 ч, фиксировали в 70% этаноле (конечная концентрация) в течение 60 мин на льду, промывали в фосфатном буфере и окрашивали в 500 мкл рас твора, содержащего йодид пропидия (50 мкг/мл) и РНКазу А (25 мкг/мл) в течение 15 мин. Данные по лучали с помощью проточного цитометра BD FACS CantoII (BD Biosciences) и анализировали с помощью программного обеспечения FACSDiva. Расщепление флуорогенного пептидного субстрата Ac-DNLDAMC оценивали после 48 ч инкубации с цитотоксически ми агентами. Клетки собирали, промывали фос фатным буфером, центрифугировали и ресуспен дировали в фосфатном буфере в концентрации 2 × 106 клеток/100 мкл. Затем 35 мкл суспензии до бавляли в ячейки 96-луночного планшета и смеши вали с пептидным субстратом, растворенным в стан дартном реакционном буфере (100 мМ HEPES, 10% сахарозы, 5 мМ ДТТ, 0.001% NP-40 и 0.1% CHAPS, pH 7.2). Расщепление субстрата измеряли по высвобож дению кумаринового флуорофора на мультиридере VarioScan Flash (Thermo Scientific) при длине вол ны возбуждения 380 нм и эмиссии 460 нм. Измерения проводили по меньшей мере в двух независимых экс периментах. Моделирование фармакокинетики и токсичности Фармакокинетический и токсикологический про фили 7-метилгуанина рассчитывали с помощью программы ACD/Percepta [49], которая позволяет предсказать in silico ADME-свойства (всасывание, распределение, метаболизм, выведение) и токсич ность с использованием QSAR-моделей, основанных на анализе похожих соединений из библиотеки экс периментальных данных. В случае 7-метилгуанина среди библиотечных соединений были ацикловир, кофеин, теобромин, теофиллин. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Компьютерный скрининг Модель ПАРП-1, наиболее изученного представите ля семейства ПАРП, построили на основе кристалло графической структуры каталитического фрагмента в комплексе с ингибитором (PDB ID 1efy, разрешение 2.2 Å). Положение боковых цепей аминокислотных остатков оптимизировали, учитывая их ионизацию. Компьютерная библиотека производных природных азотистых оснований включала около 100 различ ных производных пурина и пиримидина, содержа щих лактамную группу, с учетом возможности их препаративного синтеза. С помощью молекулярного докинга проведен компьютерный скрининг произ водных, способных связываться в активном центре ПАРП-1. Для более полного исследования конфор мационного пространства осуществляли серию не зависимых запусков докинга каждого соединения библиотеки и использовали процедуру структурной фильтрации, которая позволяет отсеивать ложнопо ложительные результаты докинга [47]. Как отмече но ранее, субстрат и известные ингибиторы ПАРП имеют общую структурную особенность: их амидная (или лактамная) группа образует две водородные связи с остатком Gly863. Данное взаимодействие, не обходимое для эффективного связывания в актив ном центре ПАРП, было учтено в качестве критерия для структурной фильтрации. Наряду с этим при от боре потенциальных ингибиторов учитывали фор мирование благоприятных гидрофобных контактов и электростатических взаимодействий ингибитора в активном центре ПАРП-1. Компьютерный скрининг показал, что наиболее перспективным ингибитором ПАРП среди исследованных производных пурина и пиримидина является 7-метилгуанин (Pdock = 0.95, ΔGcalc = -6.8 ккал/моль). Определение геометрических характеристик 7-метилгуанина в активном центре ПАРП-1 и про верку устойчивости фермент-ингибиторного ком плекса проводили при помощи МД. Образование двух водородных связей между лактамной груп пой 7-метилгуанина и остатком Gly863, а также π-стэкинг пуриновых колец с боковой цепью Tyr907 и гидрофобное взаимодействие метильной группы в положении 7 с боковой цепью Ala898 наблюдали по всей МД-траектории (рис. 1). Обнаружено также электростатическое взаимодействие между амино группой 7-метилгуанина в положении 2 и кислородом остова Gly263, не являющееся обычной водородной связью. Среднее расстояние NH2:H∙∙∙Gly863:O было равно 2.42 Å, средний угол NH2:N∙∙∙NH2:H∙∙∙Gly863:O - 137°, в то время как характерная длина водородной связи составляет 1.8-2.1 Å, а угол - не менее 150°. Характеристики положения 7-метилгуанина в ак тивном центре ПАРП-1 представлены в табл. 1. Интересно, что ранее была показана умеренная ингибирующая активность в отношении ПАРП-1 структурного аналога 7-метилксантина [32], ко торый отличается от 7-метилгуанина оксогруппой в положении 2 (рис. 2). При проведении нами ком пьютерного скрининга 7-метилксантин был исклю чен на стадии структурной фильтрации (Pdock = 0.45), что указывало на его менее эффективное связыва ние. При моделировании взаимодействия фермен та с 7-метилгипоксантином, структурным аналогом без заместителя в положении 2, предсказанные па раметры связывания (Pdock = 0.85, ΔGcalc = -6.4 ккал/ моль) также были менее благоприятными. Анализ структуры комплексов ПАРП-1 с 7-метилгуанином и его структурными аналогами показал, что нали чие аминогруппы в положении 2 существенно уве личивает эффективность связывания ингибитора в активном центре за счет электростатического вза имодействия с Gly863. Другим заместителем, обеспе чивающим комплементарность к активному центру ПАРП-1, является метильная группа в положении 7, что подтверждает отсутствие ингибирующих свойств у немодифицированных ксантинов [32]. Следует от метить, что ингибирующий эффект не увеличива ется при дальнейшем наращивании алкильной цепи в этом положении, о чем свидетельствуют расчетные параметры связывания 7-этилгуанина (Pdock = 0.7, ΔGcalc = -6.7 ккал/моль). Ингибирующие свойства пуриновых производных Мы синтезировали 7-метилгуанин, 7-метилксантин, 7-метилгипоксантин и 7-этилгуанин, чтобы проте стировать их способность подавлять ПАРП и оценить влияние заместителей на активность ингибитора. Ингибирующие свойства 7-метилгуанина и родствен ных соединений изучали с использованием двух очи щенных белков семейства ПАРП - ПАРП-1 человека и ПАРП-2 мыши. Представленные в табл. 2 экспе риментальные данные показывают, что 7-метилгуа нин действительно является наиболее эффективным ингибитором ПАРП-1 и ПАРП-2 со значениями IC50 150 и 50 мкМ. Замена 2-оксогруппы 7-метилксанти на на аминогруппу приводит к пяти- и трехкратно му увеличению способности ингибировать ПАРП-1 и ПАРП-2 соответственно. 7-Метилгуанин оказался эффективнее 7-этилгуанина, что свидетельствует об ограниченности участка связывания алкильного заместителя. Важно отметить, что все тестируемые пуриновые производные оказались более эффектив ными ингибиторами ПАРП-2, несмотря на очень по хожую организацию участков связывания в ПАРП-1 и ПАРП-2. Можно предположить, что наблюдаемая селективность обусловлена различными траектори ями доставки ингибитора в активный центр белков ПАРП. Анализ цитотоксичности Цитотоксичность традиционных противоопухоле вых средств - цисплатина и доксорубицина, а так же 7-метилгуанина, анализировали на линии клеток рака молочной железы человека HCC1937, которая считается чувствительной к ингибированию ПАРП из-за дефекта гена репарации ДНК BRCA1 [22, 50, 51]. Индуцированную препаратами гибель клеток оценивали по популяции Sub-G1 (соответствует по пуляции апоптотических клеток с фрагментирован ной ДНК) на проточном цитометре (рис. 3). Обработка клеток 7-метилгуанином сама по себе не привела к увеличению числа клеток в фазе Sub-G1, кото рое составило около 2% (сопоставимо с контролем). Однако сравнение уровня клеточной гибели пока зало, что 7-метилгуанин сенсибилизирует HCC1937 к действию цисплатина и доксорубицина. При об работке клеток комбинацией 7-метилгуанина (150 мкМ) и цисплатина (70 мкМ) популяция клеток в фазе Sub-G1 увеличилась с 34 до 43%, а добавление 7-метилгуанина (150 мкМ) к доксорубицину (1 мкМ) увеличило популяцию Sub-G1 с 32 до 42%. Таким об разом, изменение уровня клеточной гибели при до бавлении 7-метилгуанина происходит схожим обра зом в случае цисплатина и доксорубицина. Мы проанализировали также активацию каспа зы-3 в клетках HCC1937, важного и обязательного события в программе апоптоза. Активная каспаза-3 расщепляет различные молекулы в клетке, что при водит к появлению апоптотической морфологии. Степень активации, измеренная по расщеплению специфического флуорогенного субстрата, корре лировала с уровнем клеточной гибели. Из рис. 4 видно, что активность каспазы-3 увеличивалась при добавлении 7-метилгуанина к цисплатину и док сорубицину на 27-39%, однако сам 7-метилгуанин не стимулировал каспазную активность. Эти данные согласуются с уровнем клеточной гибели, определен ным методом проточной цитометрии. Профиль фармакокинетики и токсичности В заключение мы оценили фармакокинетические свойства и токсикологический профиль 7-метилгу анина при помощи QSAR-моделирования на осно ве опубликованных данных его структурных ана логов (ацикловир, кофеин, теобромин, теофиллин). Так, абсорбция в кишечнике человека оценивает ся как очень высокая, а биодоступность при перо ральном введении - близка к оптимальной (83%). Расчетная доля 7-метилгуанина, связанного с бел ками плазмы, составляет 17%, что не должно суще ственно влиять на его эффективность. Маловероятно связывание 7-метилгуанина с рецептором эстроге на альфа (нет риска репродуктивной токсичности), калиевым каналом hERG (нет риска кардиотоксич ности), обратным транспортером P-гликопротеином и ферментами семейства цитохрома P450 (CYP3A4, CYP2D6, CYP2C9, CYP2C19, CYP1A2). Таким об разом, предсказанные свойства свидетельствуют об эффективности и безопасности 7-метилгуанина для человека. ВЫВОДЫ Несмотря на способность повреждающих ДНК ле карственных средств убивать опухолевые клетки, токсичность этих средств и устойчивость клеток к химиотерапии остаются серьезной проблемой. Системы репарации ДНК, включающие ПАРП-1 и ПАРП-2, важны для нормального развития ор ганизма, однако в случае использования ДНК повреждающих средств эти белки могут уменьшать терапевтический эффект. Метаболит нуклеино вых кислот 7-метилгуанин выявлен in silico в каче стве нового ингибитора каталитической активности ПАРП и исследован экспериментально. Показано, что важное условие эффективного связывания пу риновых производных - наличие аминогруппы в положении 2 и метильной группы в положении 7. В ПАРП-ингибирующей концентрации 7-метил гуанин не токсичен, однако способен увеличивать чувствительность BRCA1-дефицитных клеток рака молочной железы к распространенным химиотера певтическим средствам (цисплатину и доксорубици ну). 7-Метилгуанин является метаболитом нуклеи новых кислот, содержится в плазме крови человека и выводится с мочой [52]. Хотя 7-метилгуанин усту пает по ингибирующей активности олапарибу и неко торым другим известным ингибиторам ПАРП, можно ожидать, что это природное соединение будет иметь более выгодный фармакокинетический и токсиколо гический профили по сравнению с синтетическими ингибиторами и будет рассматриваться в качестве нового перспективного компонента противоопухоле вой терапии.
Об авторах
Д. К. Нилов
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Email: vytas@belozersky.msu.ru
Россия
В. И. Тараров
Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН
Email: vytas@belozersky.msu.ru
Россия
A. В. Куликов
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Email: vytas@belozersky.msu.ru
Россия
A. Л. Захаренко
Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения РАН
Email: vytas@belozersky.msu.ru
Россия
И. В. Гущина
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Email: vytas@belozersky.msu.ru
Россия
С. Н. Михайлов
Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН
Email: vytas@belozersky.msu.ru
Россия
O. И. Лаврик
Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения РАН
Email: vytas@belozersky.msu.ru
Россия
В. K. Швядас
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Автор, ответственный за переписку.
Email: vytas@belozersky.msu.ru
Россия
Список литературы
- Cline S.D., Hanawalt P.C. // Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2003, V.4, P.361-373
- Drenichev M.S., Mikhailov S.N. // Nucleosides Nucleotides Nucleic Acids. 2015, V.34, P.258-276
- Lautier D., Lagueux J., Thibodeau J., Ménard L., Poirier G.G. // Mol. Cell. Biochem. 1993, V.122, P.171-193
- Schreiber V., Dantzer F., Ame J.C., de Murcia G. // Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2006, V.7, P.517-528
- Hassa P.O., Haenni S.S., Elser M., Hottiger M.O. // Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2006, V.70, P.789-829
- Hassler M., Ladurner A.G. // Curr. Opin. Struct. Biol. 2012, V.22, P.721-729
- Masson M., Niedergang C., Schreiber V., Muller S., Menissier-de Murcia J., de Murcia G. // Mol. Cell. Biol. 1998, V.18, P.3563-3571
- Ryu K.W., Kim D.S., Kraus W.L. // Chem. Rev. 2015, V.115, P.2453-2481
- Cazzalini O., Donà F., Savio M., Tillhon M., Maccario C., Perucca P., Stivala L.A., Scovassi A.I., Prosperi. E. // DNA Repair (Amst.). 2010, V.9, P.627-635
- Ménissier de Murcia J., Ricoul M., Tartier L., Niedergang C., Huber A., Dantzer F., Schreiber V., Amé J.C., Dierich A., LeMeur M. // EMBO J. 2003, V.22, P.2255-2263
- Ruf A., Mennissier de Murcia J., de Murcia G., Schulz G.E. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1996, V.93, P.7481-7485
- Karlberg T., Hammarström M., Schütz P., Svensson L., Schüler H. // Biochemistry. 2010, V.49, P.1056-1058
- Ruf A., de Murcia G., Schulz G.E. // Biochemistry. 1998, V.37, P.3893-3900
- Banasik M., Komura H., Shimoyama M., Ueda K. // J. Biol. Chem. 1992, V.267, P.1569-1575
- Jagtap P., Szabó C. // Nat. Rev. Drug Discov. 2005, V.4, P.421-440
- Ferraris D.V. // J. Med. Chem. 2010, V.53, P.4561-4584
- Ekblad T., Camaioni E., Schüler H., Macchiarulo A. // FEBS J. 2013, V.280, P.3563-3575
- Efremova A.S., Zakharenko A.L., Shram S.I., Kulikova I.V., Drenichev M.S., Sukhanova M.V., Khodyreva S.N., Myasoedov N.F., Lavrik O.I., Mikhailov S.N. // Nucleosides Nucleotides Nucleic Acids. 2013, V.32, P.510-528
- Ekblad T., Lindgren A.E.G., Andersson C.D., Caraballo R., Thorsell A.G., Karlberg T., Spjut S., Linusson A., Schüler H., Elofsson M. // Eur. J. Med. Chem. 2015, V.95, P.546-551
- Kirsanov K.I., Kotova E., Makhov P., Golovine K., Lesovaya E.A., Kolenko V.M., Yakubovskaya M.G., Tulin A.V. // Oncotarget. 2014, V.5, P.428-437
- Cepeda V., Fuertes M.A., Castilla J., Alonso C., Quevedo C., Soto M., Pérez J.M. // Recent Pat. Anticancer Drug Discov. 2006, V.1, P.39-53
- Martin S.A., Lord C.J., Ashworth A. // Curr. Opin. Genet. Dev. 2008, V.18, P.80-86
- Brock W.A., Milas L., Bergh S., Lo R., Szabó C., Mason K.A. // Cancer Lett. 2004, V.205, P.155-160
- Curtin N.J., Szabo C. // Mol. Aspects Med. 2013, V.34, P.1217-1256
- Farmer H., McCabe N., Lord C.J., Tutt A.N.J., Johnson D.A., Richardson T.B., Santarosa M., Dillon K.J., Hickson I., Knights C. // Nature 2005, V.434, P.917-921
- Boerner J.L., Nechiporchik N., Mueller K.L., Polin L., Heilbrun L., Boerner S.A., Zoratti G.L., Stark K., LoRusso P.M., Burger A. // PLoS One. 2015, V.10, e0119614
- Milam K.M., Cleaver J.E. // Science. 1984, V.223, P.589-591
- Mateo J., Ong M., Tan D.S.P., Gonzalez M.A., de Bono J.S. // Nat. Rev. Clin. Oncol. 2013, V.10, P.688-696
- Madison D.L., Stauffer D., Lundblad J.R. // DNA Repair (Amst.). 2011, V.10, P.1003-1013
- Frampton J.E. // BioDrugs. 2015, V.29, P.143-150
- Virág L., Szabó C. // FASEB J. 2001, V.15, P.99-107
- Geraets L., Moonen H.J.J., Wouters E.F.M., Bast A., Hageman G.J. // Biochem. Pharmacol. 2006, V.72, P.902-910
- White A.W., Almassy R., Calvert A.H., Curtin N.J., Griffin R.J., Hostomsky Z., Maegley K., Newell D.R., Srinivasan S., Golding B.T. // J. Med. Chem. 2000, V.43, P.4084-4097
- Hornak V., Abel R., Okur A., Strockbine B., Roitberg A., Simmerling C. // Proteins. 2006, V.65, P.712-725
- Wang J., Wolf R.M., Caldwell J.W., Kollman P.A., Case D.A. // J. Comput. Chem. 2004, V.25, P.1157-1174
- Case D.A., Darden T.A., Cheatham T.E. III., Simmerling C.L., Wang J., Duke R.E., Luo R., Crowley M., Walker R.C., Zhang W. // AMBER 10. University of California, San Francisco. 2008
- // ACD/ChemSketch Freeware, version 8.17. Advanced Chemistry Development, Inc. 2005, url http://www.acdlabs.com
- Stroganov O.V., Novikov F.N., Stroylov V.S., Kulkov V., Chilov G.G. // J. Chem. Inf. Model. 2008, V.48, P.2371-2385
- Granovsky A.A. // Firefly, version 7.1.F 2009, url http://classic.chem. msu.su/gran/firefly/index.html
- Bayly C.I., Cieplak P., Cornell W.D., Kollman P.A. // J. Phys. Chem. 1993, V.97, P.10269-10280
- Humphrey W., Dalke A., Schulten K. // J. Mol. Graph. 1996, V.14, P.33-38
- Voevodin Vl.V., Zhumatiy S.A., Sobolev S.I., Antonov A.S., Bryzgalov P.A., Nikitenko D.A., Stefanov K.S., Voevodin Vad. V. // Open Systems J. (Mosc.). 2012, V.7, P.36-39
- Jones J.W., Robins R.K. // J. Am. Chem. Soc. 1963, V.85, P.193-201
- Vidal A., Giraud I., Madelmont J.C. // Synth. Commun. 2004, V.34, P.3359-3365
- Sukhanova M.V., Khodyreva S.N., Lavrik O.I. // Biochemistry (Mosc.). 2004. V. 69, 2004, V.69, P.558-568
- Amé J.C., Rolli V., Schreiber V., Niedergang C., Apiou F., Decker P., Muller S., Höger T., Ménissier - de Murcia J., de Murcia G. // J. Biol. Chem. 1999, V.274, P.17860-17868
- Zakharenko A.L., Sukhanova M.V., Khodyreva S.N., Novikov F.N., Stroylov V.S., Nilov D.K., Chilov G.G., Švedas V.K., Lavrik O.I. // Mol. Biol. (Mosc.). 2011, V.45, P.517-521
- Kutuzov M.M., Khodyreva S.N., Amé J.C., Ilina E.S., Sukhanova M.V., Schreiber V., Lavrik O.I. // Biochimie. 2013, V.95, P.1208-1215
- // ACD/Percepta. Advanced Chemistry Development, Inc. 2012, url http://www.acdlabs.com
- Benafif S., Hall M. // Onco Targets Ther. 2015, V.8, P.519-528
- Helleday T. // Mol. Oncol. 2011, V.5, P.387-393
- Topp H., Sander G., Heller-Schöch G., Schöch G.. // Anal. Biochem. 1987, V.161, P.49-56