МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ЗОНДЫ НА ОСНОВЕ ПРОДУКТОВ МЕТАБОЛИЗМА ГОМОЦИСТЕИНА ДЛЯ 19F-ЯМР-СПЕКТРОСКОПИИ И МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ ТОМОГРАФИИ

 

Чубаров А.С.

Новосибирский государственный университет, Институт химической биологии и фундаментальной медицины,

Новосибирск, Россия.

Аспирант 1г.

chubarovalesha@mail.ru

Научный руководитель: Годовикова Т.С.

 

Результаты исследований, проведенных в последние годы, свидетельствуют о том, что процессы метилирования играют чрезвычайно важную, если не ключевую, роль в этиологии и патогенезе сердечно-сосудистых, онкологических и нейродегенеративных заболеваний. Клинические наблюдения показали, что уровень гомоцистеина, а также продуктов метаболизма гомоцистеина (тиолактона гомоцистеина и гомоцистеинилированных белков) в крови пациентов с вышеперечисленными заболеваниями значительно повышен. Повышение концентрации гомоцистеина (гипергомоцистеинемия) цитотоксично в силу активации нескольких механизмов воздействия его на клетку: ингибирования метилтрансфераз; активации оксидантного стресса вследствие подавления активности ферментов-антиоксидантов. Среди способствующих возникновению окислительного стресса факторов существенным представляется обнаруженный недавно процесс, приводящий к образованию свободных радикалов остатками гомоцистеинамида. Однако до сих пор остается открытым вопрос: являются ли гомоцистеин и продукты его метаболического превращения маркерами заболеваний или их причиной. В связи с этим изучение механизмов развития патологических процессов при гипергомоцистеинемии на уровне живого организма представляет собой актуальную задачу, поскольку ее решение обеспечит разработку подходов не только для раннего выявления патологий, но и для выбора оптимальных путей их устранения.

Для исследования объектов живой природы всё шире и плодотворнее применяют метод ЯМР-спектроскопии и магнитно-резонансной томографии (МРТ). Выбор для визуализации в качестве репортёрной группы фторорганических соединений обусловлен высокой чувствительностью ЯМР на ядрах фтора (¹⁹F) и оптимальным соотношением сигнала и шума за счет крайне низкого содержания фтора в живых организмах. Введение в белки фторсодержащей репортёрной группы открывает уникальные возможности исследования фундаментальных биологических процессов в норме и при развитии патологий.

Цель настоящей работы − разработка подходов для получения in vitro и in vivo молекулярных зондов на основе продуктов метаболизма гомоцистеина, содержащих магнитно-резонансную метку (ядра ¹⁹F), для изучения процессов, протекающих при гипергомоцистеинемии, с помощью методов ЯМР-спектроскопии и магнитно-резонансной томографии.

В ходе исследования были получены следующие результаты:

· Синтезирован на основе тиолактона гомоцистеина новый молекулярный зонд, в структуре которого присутствуют: а) остаток тиолактона, реакционноспособный в отношении функциональных групп белков; б) остаток трифторацетила, обеспечивающий регистрацию соединения методом ¹⁹F-ЯМР-спектроскопии и регистрацию изображения продукта метаболизма гомоцистеина методом магнитно-резонансной томографии по сигналу ЯМР-¹⁹F [1].

· Осуществлено N -гомоцистеинилирование человеческого сывороточного альбумина с помощью N -трифторацетилтиолактона гомоцистеина и получен новый высокомолекулярный зонд для ¹⁹F-МРТ. Конъюгат охарактеризован методами ¹⁹F-ЯМР-спектроскопии и MALDI-TOF масс-спектрометрии. При N -гомоцистеинилировании альбумина in vitro происходит присоединение к молекуле белка до четырех остатков N -трифторацетилгомоцистеина [1].

· Обнаружено, что при проведении N -гомоцистеинилирования in situ белков плазмы крови с помощью N -трифторацетилтиолактона гомоцистеина основной мишенью модификации является человеческий сывороточный альбумин (~ 75% от всех меченых белков) [1].

· Выявлено, что при взаимодействии тиолактона гомоцистеина с перфтортолуолом, в качестве основного продукта образуется фторсодержащее производное дикетопиперазина гомоцистеина. Кроме того наблюдается образование двух трипептидов, несущих остатки перфтортолуола.

Структуры полученных соединений подтверждены методами масс спектрометрии, многоядерной ЯМР и электронной спектроскопии.

Автор благодарит: В.Е. Платонова (НИОХ СО РАН) за предоставление перфтортолуола, М.М. Шакирова (НИОХ СО РАН) и И.В. Коптюга (МТЦ СО РАН) за содействие в выполнении представленной работы.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант № 11-04-01377-а), НШ-64.2012.4, фонда «Современное естествознание» (образовательный грант № P12-061).

 

Литература:

[1] Chubarov A.S., Shakirov M.M., Koptyug I.V., Sagdeev R.Z., Knorre D.G., Godovikova T.S. Bioorg. Med. Chem. Lett. 21,4050-4053 (2011)