Biomedical Chemistry - Research and Methods (E-Journal)
Not a member yet
181 research outputs found
Sort by
Большие данные национальных реестров лекарственных средств
Get PDFCurrently, various databases of approved drugs are widely used in the development and application of computer-aided drug design for training sets and validating predicted models. Most of the freely available databases contain information on a limited number of drugs. This leads to reduction in the space of pharmacotherapeutic chemistry studied and used by researchers. Information on drugs developed and used locally, in one or two countries, can be obtained from relevant national medicine registries. We have identified and analyzed registries from more than 70 countries around the world that are accessible through open web resources on the Internet. In addition to lists of approved therapeutics, many web resources offer the opportunity to review official documents published by medical authorities after the approval process. These documents contain a wide range of information about drugs, including data on structural formulations, pharmacodynamics and pharmacokinetics, toxicity, etc. The compounds represented in the registries, both in terms of quantity and structural diversity, exceed the known widely used databases of approved drugs. Combined data from national drug registries represent an example of “Big Data” in the biomedical field, taking into account all the difficulties involved in their processing. Its use in computer-aided drug design will not only expand the pharmacotherapeutic chemical space studied, but also improve the quality of the original data.В настоящее время при разработке и применении методов компьютерного конструирования лекарств широко используются различные базы данных одобренных лекарственных соединений для составления обучающих выборок и валидации полученных моделей. Большинство свободно доступных баз данных содержит сведения об ограниченном количестве препаратов. Это приводит к уменьшению изучаемого и используемого исследователями фармакотерапевтического химического пространства. Сведения о препаратах, разработанных и применяемых локально, в одной-двух странах, могут быть получены из соответствующих национальных реестров лекарственных средств. Нами были найдены и проанализированы реестры более 70 стран мира, доступ к которым осуществляется посредством открытых веб-ресурсов в сети Интернет. Помимо перечней одобренных терапевтических средств, во многих веб-ресурсах представлена возможность изучать официальные документы, публикуемые медицинскими ведомствами после процесса одобрения препарата. Эти документы содержат широкий спектр информации о лекарствах, включая данные о структурных формулах, фармакодинамике и фармакокинетике, токсичности и т.д. Представленные в реестрах соединения как по количеству, так и по структурному разнообразию превосходят информацию, представленную в широко используемых базах данных одобренных препаратов. Агрегированные сведения из национальных реестров лекарств представляют собой пример “больших данных” в биомедицинской области, учитывающий все затруднения, возникающие при их обработке. Использование этой информации в компьютерном конструировании лекарств позволит не только расширить исследуемое фармакотерапевтическое химическое пространство, но и повысить качество получаемых (Q)SAR моделей
Модификация пероксинитритом как способ улучшения цитосовместимости гидрогелей на основе альгината натрия
Get PDFSodium alginate is one of the most frequently used materials in biomedicine. However, alginate-based scaffolds have extremely low adhesive properties and have to be improved. The authors have proposed combined hydrogels of gelatin and sodium alginate which have been modified by peroxynitrite in heterophasic conditions using ethanol. It has been determined that thus modified sodium alginate contains an increased level of carbonyl, carboxyl and nitro groups. Authors have developed chemically and chemical-enzymatically cross-linked hydrogels with better adhesive properties and absence of cytotoxicity. Moreover, sodium alginate modification has a positive impact on cell morphology in comparison with control group of non-adhesive alginate-gelatin hydrogels. It allows the further improvement and application of the biomaterial which have been developed by the authors for bioengineering scaffold production and 3D culturing.Альгинат натрия – один из часто применяемых в биомедицине материалов. Однако скаффолды и гидрогели на его основе обладают крайне слабыми адгезивными свойствами и нуждаются в совершенствовании. Нами предложены комбинированные гидрогели на основе желатина и альгината натрия, модифицированного пероксинитритом в гетерофазных условиях в среде этилового спирта. Модифицированный таким образом альгинат натрия обладает увеличенным содержанием карбонильных, карбоксильных и нитрогрупп. Разработанные авторами ионно и ионно-ферментативно сшитые гидрогели обладают улучшенными адгезивными свойствами и не проявляют цитотоксичности. Кроме того, модификация альгината натрия оказывает положительное влияние на морфологию клеток по сравнению с контрольными неадгезивными альгинат-желатиновыми гидрогелями. Это делает возможным дальнейшее совершенствование и использование разработанного биоматериала для получения биоинженерных скаффолдов и 3D-культивирования
Новые высокочувствительные методы электроанализа каталитической активности ферментов, имеющих медицинскую значимость
Get PDFThe review is devoted to new highly effective methods for analyzing the catalytic activity of enzymes of medical significance, such as cytochromes P450, trypsin, asparaginase, beta-lactamase, and nucleases. The methods are based on registration the specific activity of enzymes using electroanalytical methods. The review analyzes the experimental data obtained by the authors. Two platforms have been developed that allow quantitative measurement of catalytic activity based on the electrochemical properties of the enzyme (cytochrome P450, bactosomes, asparaginase) or substrate (trypsin, nucleases, restriction enzymes, beta-lactamase).Обзор посвящён новым высокоэффективным методам анализа каталитической активности ферментов, имеющих медицинскую значимость, таких как цитохромы Р450, трипсин, аспарагиназа, бета-лактамаза, нуклеазы. Методы основаны на регистрации специфической активности ферментов с помощью электроаналитических технологий. В обзоре проанализированы экспериментальные данные, полученные авторами. Разработаны две платформы, позволяющие количественно измерять каталитическую активность на основе электрохимических свойств фермента (цитохромы Р450, бактосомы, аспарагиназа) или субстрата (трипсин, нуклеазы, рестриктазы, бета-лактамаза)
Молекулярный профиль опухолевой клеточной линии HepG2
Get PDFCell lines are widely used in scientific research due to their accessibility, stability, and functional similarity to the original cells. The HepG2 line, being the fourth most popular cell culture, is often used in toxicological and metabolic studies due to its partial retention of hepatocyte properties.In our study, the molecular portrait of the HepG2 cell culture was constructed for the first time. To build this portrait, we used previously obtained data for a single sample, including results of whole-genome sequencing (WGS), whole-genome bisulfite sequencing (WGBS), transcriptome (RNA-seq), translatome (Polysome-seq), and proteome (LC-MS/MS) profiling. For the assessment of HepG2 cell line heterogeneity, we analyzed whole-genome and transcriptome data published in the NCBI SRA database, as well as proteome research results available in the PRIDE resource.Our study showed that the HepG2 cell line generally demonstrates a high degree of stability at the genomic and transcriptomic levels; however, samples from China require closer attention when transferring the results of transcriptomic and proteomic experiments. The HepG2 genotype is characterized by stable chromosomal rearrangements, such as translocation between the short arms of chromosomes 1p and 21p, tetrasomy of chromosome 20, loss of the short arm of all SAT chromosomes, and the long arm of the Y chromosome. Despite the absence of 1216 protein-coding genes at the genomic level, 12,602 genes are expressed at the transcriptomic level, of which only 10,461 are detected at the translatome level, and only 1027 genes are identified at the proteome level, which is related to the limitations of mass spectrometry sensitivity. As a result of the omics data analysis, we presented a detailed molecular portrait of the HepG2 cell culture, illustrating the omics profile at various levels for each gene.Клеточные линии широко используются в научных исследованиях благодаря своей доступности, стабильности и функциональной схожести с оригинальными клетками. Линия HepG2, будучи четвёртой по популярности клеточной культурой, часто применяется в токсикологических и метаболических исследованиях благодаря частичному сохранению свойств гепатоцитов. В нашей работе впервые построен молекулярный портрет клеточной культуры HepG2. Для построения портрета мы использовали ранее полученные нами данные для одного образца, включающие результаты полногеномного (WGS), метиломного (WGBS), транскриптомного (RNA-seq), транслятомного (Polysome-seq) и протеомного (LC-MS/MS) профилирований. Для оценки гетерогенности клеточной линии HepG2 анализировали полногеномные и транскриптомные данные, опубликованные в базе данных NCBI SRA, а также результаты протеомных исследований, доступных в ресурсе PRIDE. Наше исследование показало, что клеточная линия HepG2 демонстрирует в целом высокую степень стабильности на геномном и транскриптом уровнях, однако образцы из Китая требуют более пристального внимания при переносе результатов транскриптомных и протеомных экспериментов. Генотип HepG2 характеризуется устойчивыми хромосомными перестройками, такими как транслокация между короткими плечами хромосом 1p и 21p, тетрасомия хромосомы 20, потеря короткого плеча у всех SAT-хромосом и длинного плеча Y хромосомы. При отсутствии на геномном уровне 1216 белок-кодирующих генов, на транскриптомном уровне экспрессируется 12602 гена, из которых только 10461 детектируются на уровне транслятов, а на протеомном уровне идентифицировано лишь 1027 генов, что связано с ограничением чувствительности масс-спектрометрических методов. В результате проведённого анализа омикс данных мы представили детальный молекулярный портрет клеточной культуры HepG2, иллюстрирующий мультиомный профиль каждого гена
Цитохромы Р450 как инструменты электроферментативного синтеза
Get PDFThe electrocatalytic properties of cytochrome P450 2C9 and the cytochrome P450 2C9/FAD and cytochrome P450 2C9/FMN complexes have been studied using a two-electrode system. The system consisted of an enzymatic catalyst electrode modified by the membrane-like compound didodecyldimethylammonium bromide (SPE/DDAB) and a measuring electrode, modified with carbon nanotubes (SPE/CNT). To study the effectiveness of electroenzymatic reactions catalyzed by cytochrome P450 2C9, the nonsteroidal anti-inflammatory drug diclofenac was used as a substrate. Cytochrome P450 2C9 catalyzes the stereospecific hydroxylation reaction to form 4′-hydroxydiclofenac. The metabolite 4′-hydroxydiclofenac was recorded at a potential E=+0.12 (relative to Ag/AgCl).The use of FAD and FMN as low-molecular mediators made it possible to increase the efficiency of electrocatalysis of the SPE/DDAB/CYP2C9/FAD system to 148±10% and SPE/DDAB/CYP2C9/FMN to 113±6% compared to SPE/DDAB/CYP2C9 (100±5%), and also increase the rate of the enzymatic reaction by 1.5 and 1.13 times, respectively.Для исследования электрокаталитических свойств цитохрома Р450 2С9 и комплексов цитохром P450 2C9/FAD и цитохром P450 2C9/FMN была использована двухэлектродная система, состоящая из ферментативного электрода- катализатора, модифицированного мембраноподобным соединением дидодецилдиметиламмоний бромидом (ПГЭ/ДДАБ), и измерительного электрода, модифицированного углеродными нанотрубками (ПГЭ/УНТ). Для исследования эффективности электроферментативных реакций, катализируемых цитохромом Р450 2С9, в качестве субстрата был использован нестероидный противовоспалительный лекарственный препарат диклофенак. Цитохром Р450 2С9 катализирует реакцию стереоспецифического гидроксилирования с образованием 4′-гидроксидиклофенака. Метаболит 4′-гидроксидиклофенак регистрировали при потенциале Е=0.12 (отн. Ag/AgCl). Использование FAD и FMN в качестве низкомолекулярного медиатора позволило увеличить эффективность электрокатализа системы ПГЭ/ДДАБ/CYP2С9/FAD до 148±10% и ПГЭ/ДДАБ/CYP2С9/FMN до 113±6% по сравнению с ПГЭ/ДДАБ/CYP2С9 (100±5%), а также увеличить скорость ферментативной реакции в 1.5 и 1.13 раза соответственно
Предсказание распределения ионов пептида при положительной электроспрейной ионизации
Get PDFWe have investigated the possibility of predicting the distribution of ions of different charge during electrospray ionization of peptides in mass spectrometric experiments using neural networks. Three independent data sets obtained on the same equipment and deposited in ProteomeXchange (PXD032141, PXD051750, PXD019263) were used as training and test samples. A set of fractional values for 1+ to 5+ ions was calculated as predicted values for each of the newly identified peptides. Four different sets of peptide descriptions were used as independent variables, including both the spectrum of amino acid residues and the physicochemical properties of the amino acid residues. Sixty-four variants of neural networks were analyzed, varying the input description, number and type of layers, activation and loss functions. The coefficient of determination and a set of Euclidean, Sørensen, Chebyshev, and Cosine metrics were considered as measures of prediction quality. For the best selected variants, the error did not exceed 10% in 80% of the cases. This accuracy may be sufficient for a preliminary estimation of the probability of detecting a peptide ion of a given charge.Проанализирована возможность предсказания с применением нейронных сетей распределения ионов разного заряда при ионизации пептидов электроспреем в масс-спектрометрических экспериментах. В качестве обучающих и тестовых выборок использовали три набора независимых данных, полученных на однотипном оборудовании и депонированных в ProteomeXchange (PXD032141, PXD051750, PXD019263). Для каждого из идентифицированных заново пептидов рассчитывали набор долевых значений для ионов от 1+ до 5+. В качестве независимых переменных использовали 4 различных набора описаний пептида, включающих как спектр аминокислотных остатков, так и их физико-химические характеристики. Было проанализировано 64 варианта нейронных сетей, в которых варьировали описание входных данных, число и типы слоёв, функции активации и потерь. Коэффициент детерминации и набор метрик Euclidean, Sørensen, Chebyshev, Cosine рассматривали как меру качества предсказания. Для лучших отобранных вариантов ошибка не превышала 10% в 80% случаев. Данная точность может быть достаточна для предварительной оценки вероятности обнаружения иона пептида с определённым зарядом
β1-адренорецептор в составе нанодисков размером 10-16 нм сохраняет лиганд-связывающие свойства
Get PDFThe detection of autoantibodies against the β1-adrenergic receptor (ADRB1 Ab) in the blood of patients and the monitoring of the levels of these antibodies is an urgent need in clinical practice. The solid-phase enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA), using ADRB1 in native conformation as antigen, seems to be the most suitable for this task. We have previously tested various amphipathic polymers for their ability to solubilize ADRB1 in the form of nanodiscs so that ADRB1 retains its antigenic properties. The aim of the present work was to investigate the ligand binding properties of ADRB1 in nanodiscs prepared with amphipathic polymers such as UltrasoluteTM Amphipol (UA17) and AASTY 11-45 and to determine the size of the nanodiscs by dynamic light scattering. The binding of the ligands isoproterenol (agonist) and cyanopindolol (antagonist) was assessed by their ability to compete with recombinant hAB2367 antibodies specific for the second extracellular loop of ADRB1 in ELISA. It was found that ADRB1 solubilized with UA17 and AASTY 11-45 retained its ligand-binding properties. This fact supports the assumption that ADRB1 retains its native structure in nanodiscs. The size of nanodiscs prepared with UA17 was determined for the first time by dynamic light scattering. In the range of polymer concentrations from 0.0625% to 0.5%, no significant differences were observed in the size of the nanodiscs, which varied between 10 and 16 nm.Выявление в крови больных аутоантител к β1-адренорецептору (АДРБ1 АТ) и мониторинг содержания этих антител является актуальной потребностью клинической практики. Формат твердофазного иммуноферментного анализа (ИФА), где в качестве антигена используется АДРБ1 в нативной конформации, представляется наиболее удобным для решения этой задачи. Ранее нами было проведено тестирование различных амфипатических полимеров по их способности солюбилизировать АДРБ1 в форме нанодисков, таким образом, чтобы АДРБ1 сохранял свои антигенные свойства. Целью настоящей работы было изучение лиганд-связывающих свойств АДРБ1 в составе нанодисков, полученных с помощью амфипатических полимеров UltrasoluteTM Amphipol (UA17) и AASTY 11-45, а также определение размеров нанодисков методом динамического светорассеяния. Связывание лигандов изопротеренола (агониста) и цианопиндолола (антагониста) оценивали по их способности конкурировать с рекомбинантными антителами hAB2367, специфичными ко второй внеклеточной петле АДРБ1, в твердофазном ИФА. Было продемонстрировано сохранение лиганд-связывающих свойств АДРБ1, солюбилизированного с помощью UA17 и AASTY 11-45. Этот факт служит свидетельством в пользу предположения о сохранности нативной структуры АДРБ1 в составе нанодисков. Методом динамического светорассеяния впервые определен размер нанодисков, получаемых с использованием UA17. В диапазоне концентраций полимера от 0.0625% до 0.5% не обнаружено достоверных различий в размерах нанодисков, варьирующих от 10 нм до 16 нм
Рекомбинантные белки, объединяющие междоменный регион пневмококкового поверхностного антигена “А” и адаптивный полипептид W-типа бактерий рода Thermotoga, в качестве потенциальной компонентной базы для разработки новых диагностикумов и генно-инженерных субъединичных вакцин против пневмококковой инфекции
Get PDFThe problems related to the development of pneumococcal vaccines require combination of traditional solutions and alternative systems optimizing this procedure. Recombinant subunit vaccines have undeniable advantages over inactivated and live-attenuated vaccines: they induce cell-mediated and humoral immunologic responses effectively and with high specificity, but without the risks associated with authentic pathogen processing. However, subunit vaccines require specific adjuvants to enhance the immune response or special fusion partners to improve solubility, expression and optimize subsequent fine purification of the protein of interest. In the framework of this work, a structurally conserved region of the most immunogenic region of the vaccine-valuable surface antigen PspA of Streptococcus pneumoniae was chosen as a model protein, and the adaptive polypeptide CheW from the hyperthermophilic microorganism Thermotoga petrophila was used as a promising fusion protein. Appropriate expression plasmid vectors were designed in silico and constructed in vitro. Efficient E. coli producer strains were obtained and appropriate conditions for heterologous production of chimeric proteins were selected. The fusion partner from T. petrophila positively influenced the properties of the resulting constructs such as thermostability, solubility, and homogeneity. During this work, the optimal pH and temperature ranges of the created proteins were determined, and the principles of low-stage purification were elaborated. We obtained and characterized new proteins, which were not previously found in nature in a similar bioconfiguration. The results indicate that the biotechnologically valuable characteristics of the fusion protein were more expressed when the adaptive CheW protein was combined with the N-terminus of the PspA antigen.Проблемы, связанные с разработкой противопневмококковых вакцин, требуют дополнения традиционных решений альтернативными системами, способными оптимизировать данную процедуру. Рекомбинантные субъединичные вакцины имеют неоспоримые преимущества перед инактивированными и живыми аттенуированными вакцинами, поскольку они эффективно и с высокой специфичностью индуцируют клеточно-опосредованные и гуморальные иммунологические реакции. Однако субъединичные вакцины зачастую требуют особых адъювантов для усиления иммунного ответа или специальных партнёров слияния для улучшения растворимости, экспрессии и оптимизации очистки белка интереса. В рамках данной работы в качестве модельного белка был выбран структурно консервативный участок наиболее иммуногенной области вакцинно-ценного поверхностного антигена PspA Streptococcus pneumoniae, а в качестве перспективного белка-слияния использован адаптивный полипептид CheW из гипертермофильного микроорганизма Thermotoga petrophila. Спланированы in silico и сконструированы in vitro соответствующие экспрессионные плазмидные векторы. Получены эффективные штаммы-продуценты E. coli и подобраны соответствующие условия для гетерологической наработки химерных белков. Фьюжн партнёр из T. petrophila положительно влиял на такие свойства результирующих конструктов, как термостабильность, растворимость и гомогенность. В процессе работы были определены оптимальные диапазоны рН и температуры созданных белков, а также отработаны принципы малостадийной очистки. Таким образом, в исследовании получены и охарактеризованы новые белки, не встречавшиеся ранее в природе в подобной биоконфигурации. При этом результаты свидетельствуют о том, что биотехнологически ценные характеристики у слитого белка были более выраженными в том случае, когда адаптивный белок CheW объединялся с N-концом антигена PspA
Фосфолипидная система с адресным пептидом ангиопеп-2 для доставки хлорина е6 в исследовании in vitro
Get PDFThe previously obtained phospholipid nanosystem for the delivery of the photosensitizer chlorine e6 was modified with a targeting ligand, the oligopeptide angiopep-2, exhibiting a high ability to transcytose through the blood-brain barrier. This feature of angiopep-2 is especially relevant for the targeted delivery of therapeutic and diagnostic agents to pathological area (tumor) of the brain. According to the analysis of the physico-chemical parameters of the developed composition, the particle size was 31.98±1.98 nm (PdI 0.453±0.03), the ζ-potential corresponded to -27.43±1.14 mV, while the substance was almost completely (98.6±0.43%) incorporated into nanoparticles. An in vitro experiment on the human glioblastoma cell line U-87 MG showed an increase in the total accumulation and internalization of chlorine e6 in the variant with the phospholipid form containing the targeted peptide compared with the free substance by 33% and 40%, respectively. The study of the cytotoxic action without irradiation showed no differences between the samples in the concentration range from 0.125 μg/ml to 2.5 μg/ml (in terms of to chlorine e6); the percentage of living cells was about 100%. The study of the photoinduced activity (with a dose 1,5 J/cm2 irradiation) showed that the IC50 value for the obtained composition was 1,33 times lower than that for the free substance and amounted to 2.85±0.1 μg/ml. The results of the experiments suggest the prospects of the developed composition and the clear need for further studies in vitro and in vivo.Полученная ранее фосфолипидная наносистема для доставки фотосенсибилизатора хлорина е6 была модифицирована нацеливающим лигандом – олигопептидом ангиопеп-2, обладающим высокой способностью к трансцитозу через гематоэнцефалический барьер. Данное свойство ангиопеп-2 особенно актуально для направленной доставки терапевтических и диагностических агентов в патологические (опухолевые) очаги мозга. Согласно проведенному анализу физико-химических параметров разработанной композиции, размер частиц составил 31.98±1.98 нм (PdI 0.453±0.03), значение ζ-потенциала соответствовало -27.43±1.14 мВт; при этом субстанция практически полностью (98.6±0.43%) была встроена в наночастицы. В эксперименте in vitro было показано увеличение общего накопления и интернализации хлорина е6 на клеточной линии глиобластомы человека U-87 MG в варианте с содержащей адресный пептид фосфолипидной формой по сравнению со свободной субстанцией на 33% и 40% соответственно. Исследование цитотоксического действия без облучения не выявило различий между образцами в диапазоне концентраций от 0.125 мкг/мл до 2.5 мкг/мл (по хлорину е6). Изучение фотоиндуцированной активности (доза облучения 1.5 Дж/см2) показало, что значение IC50 для полученной композиции было ниже в 1.33 раза по сравнению со свободной субстанцией и составило 2.85±0.1 мкг/мл. Результаты проведенных экспериментов свидетельствуют о перспективности разработанной композиции и целесообразности её дальнейшего исследования in vitro и in vivo
Сравнительный анализ биоэлектрокаталитических систем, содержащих цитохром Р450 3А4
Get PDFThis article describes the approaches developed by the authors with the aim to increase the efficiency of electro enzymatic reactions catalyzed by cytochrome P450 3A4. A comparative analysis of cytochrome P450 3A4 systems was carried out during the formation of the functional complexes hemoprotein-flavin nucleotides as low-molecular models of NAD(P)H-dependent cytochrome P450 reductase. The formation of a productive enzyme-substrate complex before the stage ofaccepting electrons from the modified electrode was studied from the electocatalytic viewpoint. Incorporation of the enzyme into nanopores of different nature on the electrode (2D-3D transition) was also studied. The results on the electrochemical reduction of bactosomes as the functionally active models of the microsomal monooxygenase system are also considered. The electrochemical and electrocatalytic parameters of cytochrome P450 3A4 were compared for different models of the electrocatalytic generation of metabolites.Описаны разработанные авторами подходы для повышения эффективности электроферментативных реакций, катализируемых цитохромом Р450 3А4. Проведен сравнительный анализ цитохром Р450 3А4-систем (i) при образовании функциональных комплексов гемопротеин-флавиновые нуклеотиды как низкомолекулярные модели NADPH-зависимой цитохром Р450 редуктазы, (ii) при образовании продуктивного фермент-субстратного комплекса до стадии получения электронов, поступающих с электрода, (iii) при включении фермента в нанопоры различной природы на электроде (2D-3D переход). Рассмотрены результаты по электрохимическому восстановлению бактосом как функционально активных моделей микросомальной монооксигеназной системы. Для сравнения результатов, полученных для разных моделей, были исследованы электрохимические и электрокаталитические параметры цитохрома Р450 3A4 и маркерного субстрата эритромицина