Сотрудники лаборатории дизайна и синтеза биологически активных соединений Института молекулярной биологии имени В. А. Энгельгардта РАН работают над созданием новых эффективных методов получения нуклеозидов -- важной группы природных соединений.

Нуклеозиды - это молекулы, состоящие из остатков азотистого основания и сахара (рибозы или дезоксирибозы). В настоящее время в клинической практике используется ряд современных препаратов, созданных на основе модифицированных нуклеозидов, которые обладают широким спектром биологической активности: противоопухолевой (кладрибин, флударабин, пентостатин, неларабин, видаза, децитабин и др.), противовирусной (гепатит С, герпес, ВИЧ и др.- рибавирин, видарабин, зидовудин, ламивудин и др).

Для получения практически важных нуклеозидов активно разрабатываются технологии, основанные на ферментативных реакциях трансгликозилирования - переноса углеводного остатка с одного гетероциклического основания на другое. Эти реакции катализируют ферменты -- нуклеозидфосфорилазы, которые осуществляют обратимый фосфоролиз рибонуклеозидови 2′-дезоксирибонуклеозидов с образованием соответствующего гетероциклического основания и (2'-дезокси)рибозо-1-фосфата. Расширение возможностей использования ферментов для получения нуклеозидов, нуклеиновых оснований и их производных является актуальной задачей ученых.

Одно из направлений в этой деятельности - получение цитокининов, которые являются важной группой растительных гормонов и играют решающую роль в многочисленных биохимических процессах, происходящих в растениях: стимулируют клеточное деление, увеличение объема клеток, дифференцировку побегов, влияют на биосинтез пигментов, а также имеют ряд других функций. Препараты, содержащие цитокинины, пользуются большим спросом в растениеводстве. Цитокининовую пасту применяют как для комнатных цветов и растений, так и для садовых и огородных культур. Список растений очень большой. Туда входят орхидеи, фиалки, адениумы, химеры, драцены, розы, фикусы, гибискусы, глоксинии, пеларгонии, антуриумы, цитрусовые, суккуленты и многие другие растения.

К настоящему времени разработаны достаточно эффективные схемы химического синтеза цитокининов. Однако разнообразие получаемых с помощью химического синтеза соединений ограничено их устойчивостью. Ферментативный гидролиз лишен этих ограничений – он протекает в более мягких условиях.

Природные цитокинины являются производными аденина, которые имеют на аминогруппе в 6-ом положении аденина очень объемный заместитель -- изопренильный или фенильный остаток (Рис.1). Поэтому выбор фермента для их получения является нетривиальной задачей.

 

Рис 1. Структура природных цитокининов (iP – изопрениладенин; cZ – цис-зеатин; tZ – транс-зеатин; BAP –бензиламинопурин; mT – мета-тополин; KIN – кинетин).

Используя свой опыт и литературные данные ученые из ИМБ остановили выбор на хорошо изученном и доступном бактериальном ферменте – пуриннуклеозидфосфорилазе (ПНФ) E. coli. Этот необычный фермент кишечной палочки может катализировать фосфоролиз широкого спектра 2- и 6-замещенных производных пуринов, причем фосфоролиз N6-замещенных аденозина происходит также эффективно, как и аденозина. Он участвует в биосинтезе нуклеозидов в бактериях (Схема 1).

 

Схема 1. Обратимый фосфоролиз аденозина. Pi – неорганический фосфат

Рисунок, предваряющий эту статью, показывает структуру активного центра ПНФ из B.cereus в комплексе с аденозином, полученную с очень высоким разрешением – 1.2 Å (3UAW - PDBID). На рисунке хорошо видно, что существует большое пространство вокруг 6-ого положения пурина, которое может вмещать объемные заместители. Строение активного центра ПНФ E. сoli практически такое же.

Однако, равновесие реакции фосфоролиза, катализируемой этим ферментом, резко смещено в сторону образования нуклеозидов. Поэтому, чтобы получать цитокинины из нуклеозидов, необходимо было существенно увеличить выходы нуклеиновых оснований. Для этого был предложен простой и изящный способ – замена фосфата на соли мышьяковистой кислоты Na2HAsO4. В её присутствии гидролиз N-гликозидной связи в нуклеозиде становится необратимым. Образующийся рибозо-1-арсенат легко и быстро гидролизуется (Схема 2). Реакция протекает в водном растворе при pH 7.5 при 50оС, а конечные продукты легко кристаллизуются с высокими выходами (81-93%) из реакционной смеси после охлаждения (Vladimir E. Oslovsky, Pavel N. Solyev, Konstantin M. Polyakov, Cyril S. Alexeev and Sergey N. Mikhailov «Chemoenzygmatic synthesis of cytokinins from nucleosides: ribode as blocking group» Org. Biomol. Chem., 2018, 16, 2156 -2163).

 

Схема 2. Необратимый ферментативный арсенолиз пуриновых нуклеозидов.

Итак, эффективный метод ферментативного получения цитокининов был успешно разработан благодаря использованию бактериальной ПНФ с очень широкой субстратной специфичностью, и замены фосфата на соли мышьяковистой кислоты. Применение нового эффективного метода позволило существенно расширить доступный спектр структур, играющих роль регуляторов роста и развития растений. Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 16-14-00178.

Ирина Ильичева

Похожие новости

  • 13/04/2016

    В ИЦИГ СО РАН создают базу данных для обработки научной информации

    ​В Федеральном исследовательском центре «Институт цитологии и генетики СО РАН» разрабатывают универсальную систему для поддержки селекционно-генетических экспериментов, пока что тестируя ее на проектах, связанных с изучением пшеницы.
    1326
  • 23/08/2017

    Новосибирские ученые будут выявлять риск развития атеросклероза по анализу крови

    ​​Созданная в Институте химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН технология сканирующей проточной цитометрии дает возможность выявить факторы риска развития атеросклероза по анализу крови.
    510
  • 15/12/2017

    Академик Андрей Дегерменджи: жизнь в астероиде позволит снять целый комплекс проблем

    ​Андрей Георгиевич Дегерменджи - советский и российский ученый-биофизик, академик РАН (2011). Директор Института биофизики СО РАН с 1996 года - об исследованиях красноярских ученых  и системе жизнеобеспечения в экстремальных условиях .
    399
  • 07/12/2017

    Инновационная разработка новосибирских ученых выходит в серийное производство

    Новосибирская компания ООО "Современные Системы Выращивания" получила областную субсидию на НИОКР и коммерциализацию комплекса удаленного автоматизированного управления гидропонной установкой - OverGrower.
    457
  • 12/08/2016

    Новосибирский ученый разработал новый метод генерации биспецифичных терапевтических антител

    ​Аспирант Новосибирского государственного университета Виктор Принц разработал новый метод генерации биспецифичных терапевтических иммуноглобулинов на основе процесса, который происходит в организме человека.
    1421
  • 09/08/2018

    Переобучение врачей и телемедицина позволят отказаться от лечения за рубежом

    ​Постоянное и непрерывное обучение российских онкологов, а также внедрение телемедицинских технологий для контроля исполнения протоколов лечения избавят россиян от необходимости искать варианты лечения за границей.
    113
  • 19/04/2017

    Ученые установили, что управляет термогенезом

    ​Ранее считалось, что в термогенезе - процессе выработки тепла - ключевую роль играют макрофаги, один из видов белых клеток крови. Однако ученые из Школы медицины Икан на горе Синай (Icahn School of Medicine at Mount Sinai) в США во главе с профессором медицины Кристофом Бюттнером (Christoph Buettner) доказали, что за термогенез отвечает мозг.
    813
  • 04/09/2017

    Томские ученые разработали новую программу «Медицина будущего»

    ​Ученые ТГУ и Института физики прочности и материаловедения СО РАН разработают новую комплексную программу для технологической платформы "Медицина будущего". Такое решение было принято на форуме "Армия-2017", в рамках которого прошел круглый стол об аддитивных технологиях в медицине.
    1005
  • 21/09/2016

    Томские ученые помогли создать анальгетик без побочных эффектов

    ​Над новым препаратом разработчики из ТГУ трудились вместе с коллегами бийского Института проблем химико-энергетических технологий СО РАН. Особенностью нового анальгетика является отсутствие побочных эффектов, характерных для стероидных и нестероидных противовоспалительных средств.
    1242
  • 05/09/2017

    ТОП-5 материалов августа на портале SIBMEDA

    Редакция SIBMEDA публикует рейтинг популярных, по мнению читателей, новостей и статей, размещенных на портале в августе.   1. Роспотребнадзор изымает из обращения два популярных анестетика из-за развития нежелательных реакций Роспотребнадзор сообщает о решении приостановить реализацию лекарственных препаратов «Лидокаин, раствор для инъекций 100 мг/мл 2 мл» и «Новокаин, раствор для инъекций 5 мг/мл 10 мл» в связи с развитием нежелательной реакции.
    472