ИСТИНА

Широкая формулировка научной темы «Изучение динамических процессов в биохимических и клеточных системах» обусловлена тем, что исследования в ее рамках ведутся в нескольких направлениях. Это связано с тем, что до утверждения данной научной темы в 2021 г. на кафедре биоорганической химии работало несколько исследовательских групп, тематика работы которых обладала собственной спецификой. В связи с сокращением числа зарегистрированных научных тем на факультете все они были объединены в одну, принятое название которой отражало общие аспекты исследовательских работ, ведущихся по каждому направлению. Поэтому формулировки актуальности, научной новизны, значения для развития соответствующих направлений научных исследований при планировании научных исследований и отчетности за выполненные работы отражают как общие проблемы, так и особенности работ по каждому из 4-х направлений, объединенных в рамках единой научной темы. Отдельные направления возглавляют ведущие сотрудники кафедры биоорганической химии, являющиеся признанными специалистами в соответствующих областях. Первое направление «Маркеры окислительного стресса» возглавляет к.х.н., доцент кафедры Д.С. Есипов. Оно посвящено исследованию физико-химических механизмов регуляции биологической активности в различных биологических тест-системах стресса 8-оксо-2’-дезоксигуанозином и 8-оксо-рибогуанозином, которые считаются маркерами окислительного стресса. Целью исследования в нем является установление возможных механизмов активации антиоксидантной защиты и механизмов репарации экзогенным 8-oxo-dG и экзогенным 8-oxo-rG. Второе направление: «Системное изучение регуляторной роли пептидов в росте и развитии растений и животных» возглавляет к.б.н., доцент кафедры А.Ю. Скрипников. Оно посвящено изучению функциональной активности растительных пептидов, а также разработке и применению новых клеточных модельных систем для анализа их биологического действия. В рамках проекта планируется изучение биологической активности новых растительных пептидов с использованием модельных систем на основе культур клеток и проростков семенных растений, а также вегетационных опытов. Основная цель данного направления — выявление биологически активных пептидов и оценка их потенциала для применения в агробиотехнологии. Исследование направлено на установление фундаментальных закономерностей пептидной регуляции и формирование научной основы для их последующего практического использования. Третье направление: «Выяснение роли свободно-радикальных процессов в поддержании динамического состояния водных систем, включающих водные растворы бикарбонатов - моделях биологических жидкостей, и влияния на них биологически активных веществ» возглавляет д.б.н., профессор кафедры В.Л. Воейков. Оно посвящено исследованию устойчиво неравновесного динамического состояния водных систем, в частности, водных растворов бикарбонатов, включающих питьевые воды, представляющих собой модели биологических жидкостей, а также крови человека как сложной водной системы, изучению влияния на долговременное изменение свойств модельных водных систем и на кровь биологически активных веществ в широком диапазоне концентраций, включающих сверхвысокие разведения, а также физических факторов, таких как механические воздействия, действие природных и искусственно созданных магнитных и электромагнитных полей и космофизических факторов, например, вариаций геомагнитного поля. Целью этих исследований является выяснение функциональной роли спонтанно протекающих в водных системах свободно-радикальных процессов в поддержании их устойчиво неравновесного состояния, исходя из того, что водно-бикарбонатные системы являются материальной основой живых систем. Протекающие в водных системах физико-химические процессы, особенно энергоемкие процессы с участием активных форм кислорода существенно влияют на процессы жизнедеятельности, что следует из растущего числа исследований отечественных и зарубежных авторов, включая многолетние исследования группы, возглавляемой В.Л. Воейковым. Четвертое направление «Поиск и разработка синтетических биорегуляторов - псевдо-ди и три-пептидов, ингибиторов фермента дипептидилпептидазы-4 (ДПП-4)» возглавляет к.х.н., ст.н.с. кафедры Т.В. Зиневич. В его рамках осуществляется поиск и разработка синтетических биорегуляторов, относящихся к классу глиптинов, лекарственных препаратов, способных регулировать и поддерживать глюкозный гомеостаз у больных сахарным диабетом 2-го типа (СД-2). Известные соединения-ингибиторы ДПП-4 обладают рядом существенных недостатков – высокой стоимостью их синтеза и наличием побочных эффектов лекарственных препаратов на их основе. Целью проводимых исследований является разработка новых (патентоспособных) химических соединений, обладающих высокой (наномольной) ДПП-4-ингибирующей активностью и низкой токсичностью и имеющих перспективу для создания в будущем нового препарата для терапии СД-2, лишенного недостатков уже известных лекарств.

The broad formulation of the research topic "Study of Dynamic Processes in Biochemical and Cellular Systems" stems from the fact that research within it is conducted in several areas. Formulations of relevance, scientific novelty, and significance for the development of relevant research areas when planning research and reporting on completed work reflect both the general problems and the specifics of the work in each of the four areas united within the single research topic. The first area, "Oxidative Stress Markers," is headed by D.S. Esipov, PhD (Chemistry), Associate Professor of the Department. It is devoted to the study of the physicochemical mechanisms regulating biological activity in various biological stress test systems using 8-oxo-2'-deoxyguanosine and 8-oxo-riboguanosine, which are considered markers of oxidative stress. The goal of the study is to establish possible mechanisms for activating antioxidant defenses and repair mechanisms by exogenous 8-oxo-dG and exogenous 8-oxo-rG. The second area, "Systematic Study of the Regulatory Role of Peptides in Plant and Animal Growth and Development," is headed by A. Yu. Skripnikov, PhD, Associate Professor of the Department. It is devoted to the study of the functional activity of plant peptides, as well as the development and application of new cellular model systems for analyzing their biological effects. The project plans to study the biological activity of new plant peptides using model systems based on cell cultures and seedlings of seed plants, as well as pot experiments. The main goal of this area is to identify biologically active peptides and assess their potential for application in agrobiotechnology. The research aims to establish fundamental patterns of peptide regulation and form a scientific basis for their subsequent practical application. The third area: "Elucidating the role of free-radical processes in maintaining the dynamic state of aquatic systems, including aqueous bicarbonate solutions—models of biological fluids—and the influence of biologically active substances on them" is headed by V.L. Voeikov, Doctor of Biological Sciences and Professor of the Department. It is devoted to the study of the stable nonequilibrium dynamic state of aquatic systems, in particular, aqueous solutions of bicarbonates, including drinking water, which represent models of biological fluids, as well as human blood as a complex aqueous system. It also studies the influence of biologically active substances in a wide range of concentrations, including ultra-high dilutions, on long-term changes in the properties of model aquatic systems and on blood, as well as physical factors such as mechanical stress, the action of natural and artificially created magnetic and electromagnetic fields, and cosmophysical factors, such as variations in the geomagnetic field. The goal of these studies is to elucidate the functional role of free-radical processes spontaneously occurring in aquatic systems in maintaining their stable nonequilibrium state, based on the fact that water-bicarbonate systems are the material basis of living systems. Physicochemical processes occurring in aquatic systems, especially energy-intensive processes involving reactive oxygen species, significantly affect life processes, as evidenced by a growing number of studies by Russian and international authors, including long-term research by a group headed by V.L. Voeikov. The fourth area, "Search and Development of Synthetic Bioregulators - Pseudo-di- and Tri-peptides, Inhibitors of the Dipeptidyl Peptidase-4 (DPP-4) Enzyme," is headed by T.V. Zinevich, PhD, Senior Researcher at the department. This area focuses on the search and development of synthetic bioregulators belonging to the gliptin class, drugs capable of regulating and maintaining glucose homeostasis in patients with type 2 diabetes mellitus (T2DM). Known DPP-4 inhibitor compounds have a number of significant drawbacks, including the high cost of their synthesis and the side effects associated with medications based on them. The goal of this research is to develop new (patentable) chemical compounds with high (nanomolar) DPP-4 inhibitory activity and low toxicity, which hold promise for the future development of a new drug for the treatment of T2DM, free from the drawbacks of existing medications.

Полученные в ходе предыдущих исследований по первому направлению данных уже достаточно, чтобы сделать вывод о наличии у 8-oxo-dG выраженной биорегуляторной активности. Существуют перспективы использования 8-oxo-dG в качестве лекарственного препарата. Фармацевтически значимым может оказаться как протекторное действие окисленного нуклеозида при неспецифическом стрессе, так и возможность активировать репарацию ДНК, влиять на течение иммунных реакций и за счет взаимодействия с малыми ГТФ-азами регулировать клеточное движение (включая метастазирование опухолевых клеток), секрецию и пролиферацию. По литературным и нашим данным, 8-оxo-dG обладает широким спектром действия, его применение возможно при защите организма (например, спортсменов) от перегрева и теплового удара, при гипертермическом способе лечении онкологических заболеваний, для уменьшения времени реабилитации после физической нагрузки. Его можно использовать в качестве протекторного и адаптогенного средства широкого спектра действия – при воздействии радиации, космического излучения, работе с вредными веществами, выполнении агрессивной терапии (сокращение побочных эффектов при химиотерапии рака, противовирусной терапии), для ускорения восстановления после сложных хирургических вмешательств. Экзогенный 8-oxo-dG может быть использован для общего очищения организма на клеточном уровне, для запуска антиоксидантной и репарационной активности в организме без применения стрессирующих факторов. Возможно действие на различные аутоиммунные процессы, аллергию, их купирование, использование в качестве противовоспалительного средства. В качестве адаптогенного и антиоксидантного средства в период реабилитации после инфарктов, инсультов, травм, сопровождающихся явлением ишемии-реперфузии. В рамках второго направления проекта будет проведена идентификация новых растительных пептидов с использованием методов масс-спектрометрии (МАЛДИ, ЖХ-МС/МС) в сочетании с современными биоинформационными подходами. Путём твёрдофазного синтеза будут получены известные регуляторные додекапептиды семейства CLE, элиситорные защитные пептиды семейств системинов и Pep, короткие пептидные фрагменты функциональных белков фотосинтетического аппарата, в первую очередь Rubisco, а также новые пептиды, выявленные при масс-спектрометрическом анализе пептидных пулов модельного мха Physcomitrium patens. Будет проведена оценка ростовой активности синтетических пептидов с использованием модельных систем на основе культур спор, протопластов, протонем и гаметофоров P. patens, а также проростков Arabidopsis thaliana, в том числе с применением стандартного анализа роста корней (root growth assay, RGA). В качестве природного объекта исследования при оценке ростовой активности пептидов будут использованы споры мха Atrichum undulatum, собранные на территории заказника «Звенигородская биостанция МГУ». Для изучения биологической активности пептидов в культурах протопластов, протонем и гаметофоров будет использована специализированная аппаратура для исследований в области гравитационной фотобиологии, разработанная в рамках предыдущих НИР. Эта аппаратура обеспечивает автоматическую видеофиксацию ростовых процессов на макроскопическом уровне при поддержании контролируемых параметров света и температуры. Аналогичное оборудование, созданное для космических экспериментов, будет апробировано в ходе полёта биоспутника «Бион-М №2», запланированного на 2025 год. В рамках этого эксперимента планируется изучить особенности фоторегуляции роста гаметофоров Physcomitrium patens в условиях микрогравитации. Регуляторное влияние пептидов на клеточное деление будет исследовано в культурах протопластов P. patens. Будут разработаны методические подходы к анализу организации цитоскелета в фиксированных протопластах с использованием методов флуоресцентной микроскопии. Будет проведено изучение действия пептидов на рост протонем и протопластов P. patens в условиях направленного светового воздействия с использованием нокаутных линий по генам фитохромов Phy1–Phy4, что позволит уточнить роль пептидов в механизмах фоторегуляции роста и развития растений. Будут проведены вегетационные и полевые эксперименты на картофеле для изучения защитного действия элиситорных пептидов: 18-аминокислотного системина и 23-аминокислотного пептида семейства Pep. Впервые для физико-химической характеристики водных растворов регуляторных пептидов планируется применение методов малоуглового и динамического лазерного светорассеяния. Для изучения биологической активности полученных пептидов в широких диапазонах концентраций будут использованы как традиционные, так и вновь разработанные клеточные модельные системы. Эффективность действия пептидов также будет оцениваться при их нанесении на сельскохозяйственные растения методом опрыскивания в рамках вегетационных и полевых испытаний. В исследованиях в рамках третьего направления будет осуществлен анализ параметров процессов с участием активных форм кислорода в биологически значимых водных системах, в частности, в водных растворах бикарбонатов и бикарбонатных минеральных водах и выяснено влияние на них биологически активных субстанций в широком диапазоне концентраций. Будет продолжено исследовано влияние на указанные тест-системы физических факторов, включая действие природных магнитных и электромагнитных факторов и механического воздействия путем встряхивания и перемешивания. Полученные результаты помогут достичь более глубокого понимания физико-химических основ структурно-динамического состояния водных систем, обеспечивающего реализацию процессов жизнедеятельности, а также могут быть использованы для предложения рекомендаций по обработке питьевых вод с целью повышения их биологической ценности. Реализация задач, поставленных по четвертому направлению, позволит осуществить сравнительную оценку новых псевдопептидов по показателям – ДПП-4, ДПП-8 и ДПП-9-ингибирующая активность и токсичность in vitro, выявить наиболее перспективные модификации ДПП-4-ингибиторов для дальнейших, более глубоких исследований. Поскольку модификации будут моделироваться с учетом патентоспособности, по результатам в 2026-2027 году будет подана патентная заявка с правообладателем - биофак МГУ. При необходимости, для реализации поставленных задач планируется привлечение 1-2 студентов на выполнение ВКР. Следует отметить, что в самом начале работы по этой тематике (2017-2019 гг, до начала работы по данному НИР) было успешно защищено 2 бакалаврских и 1 магистерская ВКР.

Ранее был создан новый метод синтеза 8-oxo-dG . На биологических тест системах показано отсутствие токсичности 8-oxo-dG вконцентрациях до 1 мМ. Экзогенный 8-oxo-dG способствует омоложению культур и оказывает ряд других позитивных эффектов на биологические модели. При получении протопластов из клеток протонемы мха Physcomitrium patens происходит деградация ряда белков с образованием пептидных фрагментов. Были созданы новые модельные системы на основе спор и гаметофоров мхов, разработана специализированная научная аппаратура для изучения роста и развития растений в условиях космического полета. Были проведены эксперименты на борту спутников «Фотон-М3» и «Бион-М1» по исследованию фоторегуляции роста и развития гаметофоров Physcomitrium patens при микрогравитации. Было впервые показано, что механическая обработка водных растворов бикарбонатов (ВРБ), добавление к ним микро-доз пероксида водорода индуцирует в них спонтанную хемилюминесценцию, не угасающую в течение месяцев даже в условиях изоляции от внешней среды. Менялись спектральные свойства ВРБ. В рамках направления «Поиск и разработка синтетических биорегуляторов - псевдо-ди и три-пептидов, ингибиторов фермента дипептидилпептидазы-4 (ДПП-4)» методом молекулярного моделирования ранее был проведен поиск перспективных структурных модификаций разработанного на предшествующем этапе ДПП-4 ингибитора (IC50 11 нмоль) псевдопептидной природы. Разработаны методы получения перспективных модифицированных соединений. Проведена первичная оценка ДПП-4 ингибирующей активности новых веществ. Из числа модифицированных и синтезированных соединений был экспериментально выявлен новый ингибитор с улучшенным показателем IC50 4 нмоль.