Регистрация / Вход
Прислать материал

Сочетание синхротронных излучателей с лазерами на свободных электронах для структурно-функционального изучения объектов молекулярной медицины как пример создания принципиально новых междисциплинарных синергий.

Докладчик: Габибов Александр Габибович

Должность: заместитель директора

Цель проекта:
Фундаментальная цель проекта – это совместное использование существующих и перспективных рентгеновских источников в Гамбурге для применения в биомедицинских и клинических исследованиях при эквивалентном участии ведущих исследовательских групп из России и Германии. Первоочередной задачей проекта является создание, совершенствование и объединение аппаратного и программного обеспечения, непосредственно связанных с синхротронной и FEL инфраструктурами, которые, в свою очередь, будут активно использоваться в проекте. Второй и третьей задачами будет вплетение биомедицинских проектов высокой значимости в разработанные технологические платформы.

Основные планируемые результаты проекта:
Создание антител с улучшенными свойствами, способными элиминировать токсические молекулы в качестве потенциальных «каталитических вакцин» является крайне востребованной задачей, решить которою будет невозможно без детального знания структуры комплекса антиген-антитело, взаимодействующего в данном случае по принципу «ключа и замка» с учетом элементов конформационной подвижности и индуцированного соответствия. В основу этой части проекта будут также заложены пути поиска оптимальных структур молекул иммуноглобулинов, способных осуществить заданные реакции с токсическими антигенами, основанными на скрининге библиотек генов иммуноглобулинов и библиотек потенциальных субстратов. Отдельной фундаментальной задачей является определения механизма взаимодействия каталитического антитела со своим субстратом. Знание ключевых стадий реакции позволит рационально оптимизировать структуру активного центра и направить каталитический процесс в необходимое русло, например, обеспечить повышенную реакционную активность каталитического аминокислотного остатка или обеспечить оптимальное связывание и позиционирование субстрата.
Современные методы квантово-механических расчетов и молекулярной динамики позволяют рассчитывать сложные реакции и будут использованы для разработки алгоритма создания эффективного активного центра in silico. Однако, такие работы невозможны без знания структур антител высокого разрешения.
Вторым важным компонентом в системе адаптивного иммунного ответа является главный комплекс гистосовместимости (ГКС) и его участие в презентации антигена .Нарушение процессов презентации антигена может рассматриваться в качестве одной из серьезных причин развития аутоиммунного процесса, в частности аутоиммунной нейродегенерации и такого серьезного и социально значимого заболевания, как Рассеянный склероз (РС). Последние исследования семейств ГКС, связанных с предрасположенностью индивидов к развитию РС, со всей определенностью продемонстрировали необходимость привлечения данных структурных исследований, полученных с помощью источников фотонного и нейтронного излучения.
Связанной с предыдущими двумя является проблема роли врожденного иммунитета и связанной с ним проблемы опухолевой трансформации. Привлечение к ее решению данных структурных исследований, основанных на описанной выше платформе позволит вплотную подойти к пониманию механизмов метастазирования.
Лимитирующей стадией при метастазировании является прикрепление циркулирующей в кровотоке опухолевой клетки к эндотелию сосудов целевого органа. Такая клетка связывается с белками клеточной адгезии Е- и Р-селектинами, имеющими сродство к углеводам. Мы планируем изучить структуру этих молекул и их природных лигандов сиалил Льюис А и Х, а также синтетических аптамеров, которые блокируют ответственный за связывание с углеводами домен. Полученные данные позволят выявить детали ранних стадий образования метастазов и разработать новые противоопухолевые лекарственные средства. Помимо человеческих, мы планируем изучить Е- и Р-селектины мышей, которые служат важными клиническими моделями при изучении каскада метастазирования. Кроме того, мы планируем изучить структуру фактора транскрипции Fra-2. Он регулирует экспрессию сайтов связывания селектинов на мембране опухолевой клетки. Таким образом, будет проведен исчерпывающий анализ молекул, играющих ключевую роль в каскаде метастазирования.
В результате предлагаемого проекта мы ожидаем определить пространственные структуры функциональных белковых комплексов врожденного и адаптивного иммунного ответа (1) структуру высокого разрешения селектинов человека и мыши в комплексе с углеводными остатками сиалил-Льюис X и А, (2) структуру высокого разрешения ряда антител, потенциальных «каталитических вакцин», конвертирующих фосфорорганические токсины, а также (3) структуру ГКС II, взаимодействующего с пептидными фрагментами МВР.
В процессе выполнения проекта будут получены библиотеки биокатализаторов, отработаны методы их высокопроизводительного скрининга и на основании данных структурного анализа будут предложены механизмы деградации фосфорорганических соединений, что внесет вклад в фундаментальные знания энзимологии каталитических антител. Будет опробован и валидирован алгоритм предсказания функционально-значимых аминокислотных замен с применением QMMM и MD расчетов.


Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Отобранные кандидатные антитела с оптимальными потребительскими свойствами будут поданы на конкурс работ Минпромторга РФ «Фарма 2020» для проведения доклинических и клинических испытаний. Структуры селектинов человека и мыши в комплексе с углеводными остатками сиалил-Льюис X и А, а также ГКС II, взаимодействующего с пептидными фрагментами МВР будут рассматривать в ходе НИР и контрактами с фармкомпаниями для разработки терапевтических средств при лечении РС и борьбе с метастазированием при онкологических заболеваниях.
Возможными потребителями ожидаемых результатов являются: Минпромторг РФ; Минобороны РФ; МВД РФ; МЧС РФ; Минздрав РФ; Университеты и Вузы РФ и ФРГ; Научно-исследовательские профильные Институты, включая международные; Фармацевтические компании, включая международные

Текущие результаты проекта:
Текущими результатами проекта являются: проведены патентные исследования, проведен обзора современной научно-технической литературы по проблеме, разработан план исследований проведения ПНИ, созданы суб-библиотеки активных центров каталитических антитела A17, проведены эксперименты по молекулярному моделированию, молекулярной динамики и квантово- механическим расчетам (MD, QM) с использованием техники "докинга" функционально-активных антител и предложен алгоритма предсказания наиболее активных мутантов с улучшенными потребительскими свойствами, получены генетические конструкции и разработаны лабораторные методики экспрессии селектинов и Fra-2 на основе бактериальных или эукариотических клеток с целью получения высокоочищенных белков.