Raziskave

Razvoj karbamoil fluoridov - nova bojna glava za še neraziskane encime

Šifra:

Z1-70004

Obdobje:

01. marec 2026 - 28. februar 2029

Obseg:

1 FTE

Vodja:

Anže Meden

Veda:

1.09 Naravoslovje/Farmacija

Opis:

Skoraj 10 % registriranih zdravilnih učinkovin tvori kovalentno vez s svojo makromolekularno tarčo. Kovalentne učinkovine, ki so se jim prej izogibali iz varnostnih razlogov, so nedavno postale pomembne v programih odkrivanja novih zdravil, saj imajo v primerjavi s klasičnimi učinkovinami višjo afiniteto, daljši čas zadrževanja in izboljšano selektivnost. V zadnjih tridesetih letih se je profiliranje proteinov na osnovi aktivnosti (ABPP) izkazalo kot neprecenljivo orodje v kemoproteomiki. Njegova glavna prednost je, da neposredno meri encimsko funkcijo preko reakcije reaktivne funkcionalne skupine (bojne glave) znotraj ABPP sonde s katalitičnim ostankom encima, običajno je to Cys ali Ser. Serinske hidrolaze (SH) predstavljajo približno 1 % proteinov pri človeku in jih delimo na serinske proteaze in metabolne SH. Obojim je skupen katalitični Ser, ki je običajno umeščen v katalitično triado Ser–His–Asp/Glu. Za približno 40 % presnovnih serinskih hidrolaz pri sesalcih še vedno ne poznamo njihove funkcije, vloge v organizmu, ali njihovih fizioloških substratov.
Ena od teh še neraziskanih SH je ABHD14B, lizinska deacetilaza z edinstvenim katalitičnim mehanizmom, ki prenaša acetilno skupino iz posttranslacijsko modificiranih ε-acetillizinskih ostankov različnih proteinov na koencim A. Večinoma je prisotna v presnovno aktivnejših tkivih in vpliva na prepisovanje številnih genov, ki sodelujejo pri centralnih metabolnih procesih – npr. pri glukoneogenezi, glikolizi, Krebsovem ciklu. Poleg tega je ABHD14B povezana z množico (pato)fizioloških procesov in bolezni pri ljudeh, vključno z napredovanjem različnih vrst agresivnih rakov in parkinsonizma. Drug tak encim sirota iz bakterij je FphI iz rezistentnih sevov Staphylococcusa aureusa, ki ima obetaven potencial za diagnosticiranje in/ali zdravljenje okužb z MRSA. Razen njegove vpletenosti v presnovo lipidov in stresni odziv je o tej SH znano zelo malo. Za ta dva encima niso na voljo malomolekularni zaviralci ali ustrezna farmakološka orodja. Razvoj specifičnih, in vivo aktivnih malomolekularnih orodij je zato izjemnega pomena za nadaljnje študije, da se pojasni njihovo delovanje in vpletenost v različne bolezni, ter morda celo za inovativne terapevtske pristope k zdravljenju teh bolezni.
Karbamoil fluoridi (KF) so razred malo raziskanih organofluorovih spojin z neizkoriščenim potencialom za biološko in farmacevtsko uporabo. KF smo identificirali kot možne zaviralce ABHD14B in FphI ter to že potrdili z in vitro biokemijskimi testi in ABPP kemoproteomiko. Cilj prijavljenega projekta je razviti kovalentne zaviralce s karbamoil fluoridno bojno glavo za karakterizacijo, zaznavanje ali moduliranje delovanja teh dveh neraziskanih serinskih hidrolaz. To bomo dosegli z izpolnitvijo petih znanstvenih ciljev: (i) našli bomo karbamoil fluoridne kovalentne zaviralce ABHD14B in FphI v velikosti fragmentov; (ii) načrtovali in optimizirali bomo njihovo afiniteto, reaktivnost, selektivnost ter stabilnost; (iii) raziskali bomo katalitični mehanizem ABHD14B z uporabo encimske kinetike, molekulske dinamike in QM/MM; (iv) našli bomo in vivo uporabno spojino kot molekularno orodje za ABHD14B in določili njen in vivo profil selektivnosti ter učinke na presnovo glukoze; (v) pripravili bomo FphI-selektivno molekulsko sondo za označevanje živih bakterij. Vse to bomo dosegli s sodelovanjem znanstvenikov iz Fakultete za farmacijo UL, Inštituta IISER Pune, Univerze v Otagu in Univerze v Kentuckyju, ki bodo svoje interdisciplinarno znanje združili na zelo komplementaren način. Z odkritjem prepotrebnih prvih malomolekularnih orodij za ABHD14B in FphI bodo biologi in medicinski kemiki bolje opremljeni za nadaljnje preučevanje teh še neraziskanih encimov, morda celo v kontekstu razvoja zdravil za humano uporabo.