ИСТИНА

Целью проекта является комплексное испытание и оценка ингибиторного и противоопухолевого потенциала природных пуринов: 7-метилгуанина, а также структурных аналогов с использованием in silico, in vitro и in vivo подходов. Совокупность полученных данных позволит оценить эффекты 7-метилгуанина на уровне белков, клеток и модельных животных, установить, какие типы опухолей могут оказаться наиболее чувствительными к воздействию и по какой причине. Наша идея заключается в применении природного (а не синтетического) ингибитора ПАРП 7-метилгуанина для эффективного и безопасного подавления пролиферации опухолевых клеток, который не рассматривался в этом качестве другими авторами.

he project aims at investigating the antitumor properties of natural DNA repair inhibitor 7-methylguanine that was recently discovered by us. This compound inhibits the activity of poly(ADP-ribose)polymerase (PARP) enzyme, an important therapeutic target in oncology. Since 7-methylguanine is a natural metabolite of nucleic acids, it may be expected to possess a more favorable pharmacokinetic and toxicological profile compared to synthetic PARP inhibitors, which has been confirmed by the results of preliminary safety and efficacy tests in mice with a transplanted tumor. In this project we intend to develop this area of research as follows: to evaluate the selectivity of the inhibition towards distinct PARP family proteins using molecular modeling, to consider the ability of 7-methylguanine to suppress the proliferation of various cancer cell types and inhibit the growth of various transplanted (allograft) tumors in single treatment and in combination with well-known chemotherapeutics, to carry out a detailed toxicological research in mice and study the carcinogenicity of the inhibitor in order to assess its safety, to perform a biochemical study of 7-methylguanine and its derivatives and metabolites in order to validate the inhibitory/modulating properties against the DNA repair system. This would allow us to better understand the molecular mechanisms of 7-methylguanine and its derivatives, to identify tumor types that are most sensitive to its effects, and objectively evaluate its potential as an antitumor inhibitor based on the analysis of the obtained data. PARP is one of the most relevant targets for the action of innovative anticancer drugs, and 7-methylguanine may become the first natural inhibitor of these proteins with proven safety and efficacy in animal models of the disease.

В результате выполнения проекта будут охарактеризованы ингибиторные, токсикологические и противоопухолевые свойства природного азотистого основания 7-метилгуанина, подавляющего активность ПАРП, а также его метаболитов и структурных аналогов. Полученные данные позволят оценить перспективы применения 7-метилгуанина и родственных соединений в качестве новых противоопухолевых агентов и выбрать наиболее подходящие типы опухолей и условия для возможного применения. Будет проведено исследование острой токсичности 7-метилгуанина на мышах и определено влияние на макроскопическое и микроскопическое состояние органов, а также установлен уровень потенциальной канцерогенной опасности. Будет охарактеризована цитотоксическая активность 7-метилгуанина в отношении раковых клеток различных типов, c использованием пяти аллографтных моделей опухоли (рак толстой кишки, лимфома, острый миелоидный лейкоз, меланома, рак легких) будут получены данные об эффективности противоопухолевого действия 7-метилгуанина в монорежиме и в комбинации с цисплатином и/или доксорубицином. Будут созданы молекулярные модели различных представителей семейства ПАРП, и на основе детального анализа взаимодействий в активном центре сделаны выводы о селективности 7-метилгуанина других структурных аналогов в отношении конкретных белков. Будет осуществлен синтез других структурных аналогов, исследована возможность улучшения растворимости 7-метилгуанина. В результате биохимических исследований 7-метилгуанина и синтезированных аналогов будет определена их способность воздействовать на выделенные белки репарации ДНК (ПАРП-1/2, АРЕ1, Tdp1, ДНК-полимеразы бета, лигазы III альфа). В совокупности с QSAR-прогнозированием ADMET-свойств это позволит лучше понять процессы, происходящие с ингибитором в организме и определить наиболее перспективные пуриновые производные и их формы в качестве прототипов лекарственных средств, обосновать оптимальные условия их использования и рекомендации для доклинических испытаний.

Предлагаемый проект является логическим продолжением и развитием ранее выполненных работ, создавших основу для масштабных комплексных исследований по изучению перспектив использования обнаруженного нами природного ингибитора ПАРП и его структурных аналогов для лечения онкологических заболеваний. В результате компьютерного и экспериментального скрининга природных ингибиторов ПАРП участниками коллектива было идентифицировано перспективное природное пуриновое производное 7-метилгуанин и получен соответствующий патент на изобретение (Нилов и Швядас, 2014). Данный метаболит нуклеиновых кислот ингибирует активность ПАРП-1 и ПАРП-2 человека в микромолярном диапазоне концентраций и способен усиливать апоптотическую гибель клеток рака молочной железы HCC1937 под воздействием цисплатина и доксорубицина (Нилов и соавт., 2016). Это было продемонстрировано путем анализа активации клеточной каспазы-3 (важного и обязательного события в программе апоптоза) и измерения популяции апоптотическим клеток с фрагментированной ДНК (Sub-G1) на проточном цитометре. Также с помощью spFRET-микроскопии было обнаружено, что в присутствии 7-метилгуанина образуется непродуктивный комплекс ПАРП-1 с нуклеосомой (Nilov et al., 2018). Данный эффект называется «трэппинг», он обусловлен неспособностью фермента синтезировать поли(ADP-рибозу) и свойственен наиболее эффективным ингибиторам ПАРП.