Лаборатория МакароваMakarovLab

исследовательская программа

Что мы разрабатываем

Проекты лаборатории проходят путь от химической гипотезы и молекулярного дизайна до синтеза, биологических моделей и публикационных данных.

Нейроактивные молекулы

Малая молекула алкалоидного типа для терапии когнитивных нарушений

Проект посвящен поиску низкомолекулярного кандидата для коррекции когнитивных нарушений, связанных с депрессивными расстройствами и другими заболеваниями ЦНС.

Центральным химическим ядром является виндебурнол, синтетическое производное, вдохновленное структурой алкалоидов класса эбурнамин-винкамин. Продуманная медицинская химия направлена на тонкую настройку этого ядра и выявление молекулы, улучшающей память и снижающей депрессивно-подобное поведение. Для отбора лидирующего соединения планируются исследования ADME-T in vitro, оценка проницаемости гематоэнцефалического барьера и биохимические исследования уровней моноаминов в различных областях мозга. Для уточнения механизма действия лида, мы планируем провести анализы связывания с рецепторами. Проект проводится совместно с Национальным медицинским исследовательским центром психиатрии и наркологии имени В. Сербского и при материальной поддержке компании "Р-Фарм".

Схема проекта виндебурнола и поведенческих тестов
Виндебурнол и поведенческие модели

Противовирусные агенты

Ненуклеозидные ингибиторы обратной транскриптазы вируса ВИЧ-1

Поиск ингибиторов оригинального строения с улучшенной эффективностью и безопасностью для антиретровирусной терапии.

Проект сфокусирован на разработке соединений, блокирующих обратную транскриптазу и останавливающих размножение вируса. В ходе работы протестированы производные для понимания связи между структурой молекулы и ее активностью. В результате было обнаружено соединение 12126065, обладающее высокой активностью in vitro в отношении дикого штамма и клинических мутантов вируса ВИЧ. Показано, что соединение нетоксично и обладает хорошей биодоступностью. Более того, у соединения отсутствует нейротоксичность, характерная для стандартного препарата — эфавиренза. Наши дальнейшие шаги сосредоточены на проведении исследования по эффективности соединения на животных. Этот исследовательский проект проводится в сотрудничестве с компанией Collaboration Pharmaceuticals (США), Университетом Северной Каролины (University of North Carolina, США) и Университетом Кальяри (University of Cagliari, Италия).

Ключевые публикации
  1. N-Phenyl-1-(phenylsulfonyl)-1H-1,2,4-triazol-3-amine as a new class of HIV-1 non-nucleoside reverse transcriptase inhibitor. Journal of Medicinal Chemistry, 2023
  2. New targets for HIV drug discovery. Drug Discovery Today, 2019
  3. Multiple machine learning comparisons of HIV cell-based and reverse transcriptase datasets. Molecular Pharmaceutics, 2019
Материал о разработках против ВИЧ
Схемы молекулы и клеточные тесты ингибиторов ВИЧ-1
Молекулярный дизайн и клеточная безопасность

Онкология

Низкомолекулярные ингибиторы протеинкиназ

Разработка кандидатов нового поколения для комбинированной терапии опухолевых заболеваний.

Онкологические заболевания являются одной из основных причин смерти во всем мире. Известно, что со временем раковые клетки становятся устойчивыми к имеющимся препаратам. Для решения этой проблемы необходимо разрабатывать ингибиторы нового поколения и совершенствовать комбинированную терапию. Целью проекта является открытие и разработка безопасного и эффективного кандидата в лекарственное средство на основе тиофенового скаффолда для лечения определенного вида рака. Мы используем скрининг NCI60 для проведения ранних исследований взаимосвязи структуры и активности изучаемого химического класса. Некоторые молекулы из библиотеки нашей лаборатории ингибируют до 85% роста клеток меланомы и раковых клеток центральной нервной системы in vitro. В настоящий момент мы проводим профилирование ингибиторов протеинкиназ и их in vitro ADME-T изучение для отбора наиболее перспективные молекулы в исследования токсичности и эффективности in vivo. Проект проводится в партнерстве с компанией Collaboration Pharmaceuticals (США).

Ключевые публикации
  1. Multiple approaches to repurposing drugs for neuroblastoma. Bioorganic and Medicinal Chemistry, 2022
Описание проекта ингибиторов протеинкиназ
Тиофеновый скаффолд и ранний скрининг

Туберкулез

Ингибиторы факторов оживления спящего M. tuberculosis

Поиск малых молекул, воздействующих на белки, запускающие реактивацию спящих микобактерий.

Спящее состояние — одно из основных опасений предотвращения Mycobacterium Tuberculosis , позволяющее избежать их ликвидации, то есть полного удаления из организма человека. В этом состоянии так называемые спящие бактерии Mtb обладают сниженной чувствительностью к стандартным противотуберкулезным препаратам, но способны "просыпаться" и переходить в активное состояние, тем самым провоцируя рецидив туберкулезной инфекции. Известно, что в таком процессе реактивации реализованы «факторы индикатория» (факторы, способствующие оживлению, или Rpf) — секреторные белки, способствующие реанимации спивших микобактерий. Наш проект по поиску низкомолекулярных химических зондов, электрически воздействующих на этот белок, для того, чтобы найти более направленные соединения, способные соединители по Rpf-опосредованному "оживляющему воздействию" микобактерий. Это исследование проводится в Университете Лестера (Университет Лестера, Великобритания).

Ключевые публикации
  1. Dimethyl fumarate eliminates differentially culturable Mycobacterium tuberculosis in an intranasal murine model of tuberculosis. Frontiers in Cellular and Infection Microbiology, 2022
  2. Benzoylphenyl thiocyanates are new, effective inhibitors of the mycobacterial resuscitation promoting factor B protein. Annals of Clinical Microbiology and Antimicrobials, 2017
  3. The in vivo environment accelerates generation of resuscitation-promoting factor-dependent mycobacteria. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine, 2014
  4. Finding of the low molecular weight inhibitors of resuscitation promoting factor enzymatic and resuscitation activity. PLoS One, 2009
Изображение микобактерий и описание факторов оживления
Изображение сгенерировано нейросетью Kandinsky 2.1

Противовирусные агенты

Диспротрипиперазин — необычный скаффолд для новых противовирусных агентов

Исследование трициклического класса молекул для блокирования проникновения вирусов в клетки хозяина.

Диспиротрипиперазины — это трициклические молекулы с двумя общими атомами, или «спиро-атомами». Особенностью вывода соединения является наличие двух положительно заряженных атомов азота, значение которых до конца не является решающим и является в том числе содержанием нашего исследования. Предполагается, что эти атомы обеспечивают электростатические взаимодействия с отрицательными заряженными гепарансульфатными остатками поверхности клетки-хозяина, не позволяя вирусам проникнуть в клетку для размножения. Молекула PDSTP, самый опасный представитель этого химического класса на сегодняшний день, ингибирует in vitro ряд известных вирусов, которые используют гепарансульфат для взаимодействия с клетками хозяина. Недавно она продемонстрировала эффективность моделей герпетического кератита на кроликах. Это исследование проводится в Великобритании с университетом Шарите (Шарите – Берлинский медицинский университет) и Университетом Кальяри (Университет Кальяри).

Ключевые публикации
  1. Antiviral evaluation of dispirotripiperazines against hepatitis B virus. Journal of Medicinal Chemistry, 2023
  2. A proof-of-concept study for the efficacy of dispirotripiperazine PDSTP in a rabbit model of herpes simplex epithelial keratitis. Antiviral Research, 2022
  3. Broad-spectrum antiviral diazadispiroalkane core molecules block attachment and cell-to-cell spread of herpesviruses. Antiviral Research, 2022
  4. Diazadispiroalkane derivatives are new viral entry inhibitors. Antimicrobial Agents Chemotherapy, 2021
  5. DSTP-27 prevents entry of human cytomegalovirus. Antimicrobial Agents Chemotherapy, 2014
Структура PDSTP и графики эффективности
Скаффолд PDSTP и доклинические модели

Антибактериальные агенты

Молекула-зонд C109, блокирующая белок FtsZ ряда бактерий

Исследование ингибитора ключевого белка деления клеток у патогенных бактерий.

Филаментирующий термочувствительный мутант Z, или FtsZ, является ключевым белком деления клеток в ряду смертей, таких как Acinetobacter baumannii , Pseudomonas aeruginosa , Staphylococcus aureus, включенных в список приоритетных патогенов ВОЗ, и Burkholderia cenocepacia . При скрининге нашей внутренней внутренней библиотеки было обнаружено бензотиадиазольное соединение C109 , которое эффективно ингибирует рост заболеваемости B. cenocepacia , P. aeruginosa , S. aureus и A. baumannii . Кроме того, эта молекула способна эффективно блокировать активность белка GTPase FtsZ, что делает ее хорошей отправной точкой для проектов по поиску новых оригинальных антибактериальных агентов. Этот проект осуществляется в сотрудничестве с Университетом Павии (Университет Павии, Италия).

Ключевые публикации
  1. Bactericidal and anti-biofilm activity of the FtsZ inhibitor C109 against Acinetobacter baumannii. Antibiotics, 2022
  2. Antistaphylococcal activity of the FtsZ inhibitor C109. Pathogens, 2021
  3. The cell division protein FtsZ as a cellular target to hit cystic fibrosis pathogens. European Journal of Medicinal Chemistry, 2020
  4. Chemical, metabolic, and cellular characterization of a FtsZ inhibitor effective against Burkholderia cenocepacia. Frontiers in Microbiology, 2020
  5. Competitive fitness of essential gene knockdowns reveals a broad-spectrum antibacterial inhibitor of the cell division protein FtsZ. Antimicrobial Agents Chemotherapy, 2018
  6. Efflux-mediated resistance to a benzothiadiazol derivative effective against Burkholderia cenocepacia. Frontiers in Microbiology, 2015
Схема C109 и изображения биопленок
C109 и микроскопия биопленок

Туберкулез

Молекула-зонд TP053, ингибирующая активные и спящие формы M. tuberculosis

Тиенопиримидиновый класс исследуется как источник соединений против реплицирующихся и нереплицирующихся микобактерий.

Вдохновленными интересными фармакологическими соединениями, содержащими тиено[2,3- d ]пиримидиновое вещество, мы решили рассмотреть этот химический класс в отношении M.tuberculosis . Исследования взаимосвязи структура-активность привели к выявлению соединений TP053 , которые имеют низкие значения минимальной ингибирующей цепи против реплицирующихся (H37Rv) и нереплицирующихся (ss18b) форм M.tuberculosis . TP053 действует как пролекарство против Mtb H37Rv посредством его активации микотиол-зависимой нитроредуктазой Mrx2. Трансформация TP053 включает конденсацию конденсированного т иофенового кольца и высвобождение оксида азота (I), действие которого нереплицируются формы Mtb, о котором давно известно. В то же время образующийся высокореактивный метаболит проявляет активность против реплицирующихся микобактерий. Этот проект осуществляется в сотрудничестве с Университетом Павии (Университет Павии, Италия).

Ключевые публикации
  1. New insights into the mechanism of action of the thienopyrimidine antitubercular prodrug TP053. ACS Infectious Diseases, 2020
  2. Rv0579 is involved in the resistance to the TP053 antitubercular prodrug. Frontiers in Microbiology, 2020
  3. The antibacterial prodrug activator Rv2466c is a mycothiol-dependent reductase in the oxidative stress response of Mycobacterium tuberculosis. Journal of Biological Chemistry, 2017
  4. The redox state regulates the conformation of Rv2466c to activate the antitubercular prodrug TP053. Journal of Biological Chemistry, 2015
  5. Rv2466c mediates the activation of TP053 to kill replicating and non-replicating Mycobacterium tuberculosis. ACS Chemical Biology, 2014
Структура TP053 и молекулярная модель
TP053 и механизм активации

Риновирусы

Picornaviridae капсид-связывающие низкомолекулярные агенты

Разработка молекул, нацеленных на капсидный карман рино- и энтеровирусов.

Простуда, острое воспалительное заболевание верхних путей, возникает исключительно энтеро- и риновирусами. Эти вирусы, относящиеся к семейству Picornaviridae , имеют на своей поверхности капсида так называемый «карман» (карман), который ответственен за прикрепление вируса к клетке-хозяину и второе инфицирование. Тем не менее, карман представляет собой приспособление для маленьких молекул. Механизм действия таких молекул построен на том, что они замещают исходный карманный фактор (карманный фактор), связываясь с карманом гораздо прочнее и тем самым предотвращая раннюю стадию жизненного цикла вируса — прикрепление к клетке. Наша цель создания молекул с помощью мобильного механизма создания комплексов на детальном уровне обеспечения взаимосвязи "структура-активность" двух различных низкомолекулярных скаффолдов. OBR-5-340 на основе пиразоло[3,4- d ]пиримидина и соединения 10g (см. ссылка №4 ) на основе ядра плеконарила, обнаруженные в качестве ведущих молекул, изучаются углубленно. Также недавно неожиданно было обнаружено, что ОБР-5-340 (имеющий шифр SCO-201 ) может действовать как модулятор АТФ-связывающей кассетного транспортера для того, чтобы сделать лекарственно-устойчивый рак вновь восприимчивым к действию противораковых препаратов.

Ключевые публикации
  1. Novel pleconaril derivatives: Influence of substituents in the isoxazole and phenyl rings on the antiviral activity against enteroviruses. European Journal of Medicinal Chemistry, 2020
  2. Cryo-EM structure of pleconaril-resistant rhinovirus-B5 complexed to the antiviral OBR-5-340 reveals unexpected binding site. PNAS, 2019
  3. Pyrazolopyrimidines: potent inhibitors targeting the capsid of rhino- and enteroviruses. ChemMedChem, 2015
  4. New pleconaril and [(biphenyloxy)propyl]isoxazole derivatives with substitutions in the central ring exhibit antiviral activity against pleconaril-resistant coxsackievirus B3. Antiviral Research, 2009
Молекулы и капсид-связывающий сайт Picornaviridae
Капсидный карман и молекулярное связывание

Туберкулез

Бензотиазиноны — перспективный класс противотуберкулезных агентов

Открытый лабораторией класс сильных противотуберкулезных средств и развитие соединения-лидера PBTZ169.

Мы давно интересуемся разработкой эффективных противотуберкулезных препаратов. В 2007-2008 годах в группе с несколькими руководителями и при финансовой поддержке комиссии мы открыли класс бензотиазинонов в качестве сильных противотуберкулезных средств. Молекулы этого класса стали химическим зондом для открытия новых мишени туберкулезной палочки – фермента декапренилфосфорил- β -d-рибоза-2'-эпимеразы, или DprE1, играющего ключевую роль в синтезе клеточной стенки микобактерий и, соответственно, их рост. В процессе оптимизации соединения-хита BTZ043 был разработан соединение-лидер PBTZ169 . Эта молекула более активна in vitro против штаммов Mtb с множественной и распространенной лекарственной устойчивостью и другими изолятами. Соединение PBTZ169 , получившее в 2018 году МНН макозинон, показало свою безопасность и эффективность не только на моделях животных (доклинические исследования), но и в испытаниях на людях ( NCT03423030 , NCT03036163 , NCT03776500 , NCT04150224 , NCT03334734 ).

Ключевые публикации
  1. Development of macozinone for TB treatment: an update. Applied Science, 2020
  2. Optimized background regimen for treatment of active tuberculosis with the next-generation benzothiazinone macozinone (PBTZ169). Antimicrobial Agents Chemotherapy, 2018
  3. Towards a new combination therapy for tuberculosis with next generation benzothiazinones. EMBO Molecular Medicine, 2014
  4. Benzothiazinones are suicide inhibitors of mycobacterial decaprenylphosphoryl-β-D-ribofuranose 2'-oxidase DprE1. Journal of American Chemical Society, 2012
  5. Benzothiazinones: products that covalently modify the decaprenylphosphoryl-β-D-ribose 2'-epimerase DprE1 of Mycobacterium tuberculosis. Journal of American Chemical Society, 2010
  6. Benzothiazinones kill Mycobacterium tuberculosis by blocking arabinan synthesis. Science, 2009
Видео о противотуберкулезных разработках
PBTZ169 и молекулярная модель DprE1
PBTZ169, DprE1 и развитие макозинона