Группа биоинженерной химии

Руководитель – профессор А.В.МАКСИМЕНКО

Развитие современных методов биомедицинских исследований способствовало обособлению эндотелиального гликокаликса в объект интенсивного изучения. Было выявлено влияние степени гидратации сосудистой стенки на развитие патологических поражений, в том числе и атеросклероза. Согласно сегодняшним данным, развитие атеросклероза сопряжено с процессами водно- сульфатного и водно-натриевого обмена. Защитная функция гликокаликса против губительного действия окислительного стресса на сосудистую стенку, инициирующего и сопровождающего появление многих патологий, связана с накоплением и удержанием на люминальной поверхности сосуда антиоксидантов. В настоящее время широко исследуется протекторное действие разрабатываемых производных на основе антиоксидантных ферментов, и эффективно используются расчетные методы для определения принципов функционирования гликокаликса и его модельного взаимодействия с системными и частными факторами.

Значимым шагом в расширении арсенала лечебных средств врача стали исследования и разработки модифицированных производных белков. Их изучение показало достоверную эффективность действия таких средств in vivo и перспективность терапевтического применения. Можно отметить исследования производных антитело-лекарство, конструирование полиферментных наноансамблей вне- и внутриклеточного действия, последовательную разработку модифицированных ферментов для обоснованного вхождения в клиническую практику на основе их направленной доставки к очагу поражения.

Внутривенное введение биферментного конъюгата супероксиддисмутаза-хондроитинсульфат-каталаза, полученного нами ранее, в превентивном и лечебном режиме крысам с эндотоксическим шоком продемонстрировало возможность эффективного применения антиоксидантных средств не только для предупреждения поражающего действия окислительного процесса (как традиционно считалось ранее), но и для его терапии. Полученные данные обосновывают актуальность изучения патогенеза сосудистых поражений и роли в нем окислительного стресса. Эффекты внутривенного введения конъюгата супероксиддисмутаза-хондроитинсульфат-каталаза в лечебном режиме при развитии эндотоксического шока у крыс обнаружили разнообразие воздействия этого производного на патологический процесс помимо предохранения NO от превращения в пероксинитрит при взаимодействии с супероксид-радикалом. Эти результаты указывают перспективу исследования NO-независимого пути проявления терапевтического эффекта конъюгата супероксиддисмутаза-хондроитинсульфат-каталаза, подчеркивая важность выяснения механизма его действия на моделях сердечно-сосудистых поражений, связанных с участием других (помимо NO) вазоактивных соединений.

Расчетными методами вычислительной химии было выполнено изучение (совместно с лабораторией генной инженерии) докинга 3D модели бычьей тестикулярной гиалуронидазы с тримерами хондроитинсульфата и тетрамерами гепарина для выяснения механизма регуляции функционирования этого фермента в организме, определяющего, в частности, состояние эндотелиального гликокаликса. На молекулярной поверхности биокатализатора было обнаружено несколько центров связывания гликозаминогликановых лигандов. Определено осуществление как обратимых, так и необратимых конформационных изменений 3D структуры гиалуронидазы в зависимости от расположения на её глобуле отрицательно заряженных лигандов. При необратимом характере изменений ключевые для каталитической активности фермента аминокислотные остатки Glu-149 и Asp-147 перемещаются из области активного центра нативного биокатализатора на периферию белковой молекулы, вызывая ее инактивацию. Взаимодействие гликозаминогликановых лигандов с активным центром гиалуронидазы обусловлено электростатическими силами. Последовательно было изучено воздействие гепаринового лиганда на активный центр фермента, инактивирующее биокатализатор, и защитное действие хондроитинсульфатных лигандов, присоединенных по поверхностным центрам белковой молекулы. Критичными для стабилизации ферментной структуры оказались четыре-пять центров присоединения хондроитинсульфатного тримера. Их занятость оказалась достаточной для предотвращения необратимых деформаций молекулы гиалуронидазы при введении лиганда гепарина в полость ее активного центра. Обнаружение указанных «точек чувствительности» на глобуле гиалуронидазы позволяет регулировать ее функционирование докингом с гликозаминогликановыми лигандами тонким формированием эффективного вида поверхностного электростатического потенциала белка.