zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-2087Research ArticleСтатьиНовые флуоресцентные лиганды CYP17А1 человекаNew Human CYP17A1 Fluorescent LigandsНекрасоваГ. Н.NekrasovaG. N.

Мозырь

Mozyr

gala-nekrasova@yandex.ruФалетровЯ. В.FaletrovYa. V.

Минск

Minsk

yaroslav82@tut.byШкуматовВ. М.ShkumatovV. M.

Минск

Minsk

ДиченкоЯ. В.DichenkoYa. V.

Минск

Minsk

dichenko@iboch.byУсановС. А.UsanovS. A.

Минск

Minsk

Мозырский государственный педагогический университет имени И. П. ШамякинаI. P. Shamyakin Mozyr State Pedagogical UniversityБелорусский государственный университет; Учреждение БГУ “Научно-исследовательский институт физико-химических проблем”Belarusian State University; Research Institute for Physical and Chemical Problems, Belarusian State UniversityИнститут биоорганической химии НАН БеларусиInstitute of Bioorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of Belarus20262201202693196104Copyright © Некрасова Г.Н., Фалетров Я.В., Шкуматов В.М., Диченко Я.В., Усанов С.А., 20262026Некрасова Г.Н., Фалетров Я.В., Шкуматов В.М., Диченко Я.В., Усанов С.А.Nekrasova G.N., Faletrov Y.V., Shkumatov V.M., Dichenko Y.V., Usanov S.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/2087

Методом спектрофотометрического титрования ряда флуоресцентных и профлуоресцентных соединений установлено, что производные прегненолона (preg) 20aи 20β-NBD (7-нитробензоксадиазол) связываются в активном центре цитохрома P450 17A1 (CYP17A1) человека по типу субстрата с константами диссоциации Kd = 21.5 ± 3.1 мкМ (20a-NBD-preg) и Kd = 19.8 ± 1.8 мкМ (20b-NBD-preg). Установлено, что указанные соединения не преобразуются ферментом в соответствующие продукты из-за неоптимального расположения лигандов в активном центре, вызванного наличием объемной NBD-группы. Образование комплекса лигандов с CYP17A1 приводит к тушению флуоресценции, которое для 20α-изомера выражено сильнее, что является возможной причиной образования водородной связи с Asn202, как было показано ранее при моделировании молекулярного докинга. Обнаруженные лиганды являются перспективными соединениями-лидерами для разработки новых молекулярных инструментов, которые можно использовать для изучения механизма функционирования CYP17A1 человека и поиска высокоаффинных модуляторов активности фермента — новых эффективных лекарственных препаратов.

Using spectrophotometric titration approach several fluorescent and profluorescent compounds were tested against human CYP17A1. It was found that 20αand 20β-NBD (7-nitrobenzoxadiazole) derivatives of pregnenolone bind in the active site of human CYP17A1 in a substrate-like manner with dissociation constants Kd = 21.5 ± 3.1 mcМ (20a-NBD-Preg) and Kd = 19.8 ± 1.8 mcМ (20b-NBD-Preg), respectively. It was found that the compounds are not metabolized by the enzyme due to the non-optimal positioning of the ligands in the active site caused by the presence of the bulky NBD group. The formation of ligand complexes with CYP17A1 leads to fluorescence quenching, which is stronger for 20a isomer, possibly due to the formation of a hydrogen bond with Asn202, as it was found using molecular docking simulation approach. The identified ligands are promising lead compounds for the development of novel molecular tools that can be used to study the functioning mechanism of human CYP17A1 and to search for high-affinity modulators of enzyme activity — novel effective drugs.

цитохром P450 17А17-нитробензоксадиазолпрегненолонскринингфлуоресцентные соединенияhuman CYP17A17-nitrobenzoxadiazolepregnenolonescreeningfluorescent compoundsРабота выполнена при частичной финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (грант № Х19РМ-062) и задания “Дизайн и синтез новых производных флуоресцирующих и биологически активных соединений, модифицированных электрофильными или липофильными группами, в качестве молекулярных инструментов для исследования биосистем” ГПНИ “Химические процессы, реагенты и технологии, биорегуляторы и биоорхимия” на 2021—2025 гг. (№ 20210560).The research was partially financed in the frame of BRFFR project (Project No. X19PM-062) and project “Design and synthesis of novel derivatives of fluorescent and biologically active compounds, which are modified by electrophilic or lipophilic groups, for using as molecular tools for the investigation of biosystems” (a part of SPSR “Chemical processes, reagents and technologies, bioregulators and bioorganic chemistry” (2021–2025, No. 20210560)ReferencesP. F. Hall. J. Steroid Biochem. Mol. Biol., 40, N 4-6 (1991) 527—532P. F. Hall. J. Steroid Biochem. Mol. Biol., 40, N 4-6 (1991) 527—532R. Yadav, E. M. Petrunak, D. F. Estrada, E. E. Scott. Mol. Cell Endocrinol., 441 (2017) 68—75R. Yadav, E. M. Petrunak, D. F. Estrada, E. E. Scott. Mol. Cell Endocrinol., 441 (2017) 68—75W. L. Miller. J. Steroid Biochem., 27, N 4-6 (1987) 759—66W. L. Miller. J. Steroid Biochem., 27, N 4-6 (1987) 759—66D. Porubek. Current Top. Med. Chem., 13 (2013) 1364—1384D. Porubek. Current Top. Med. Chem., 13 (2013) 1364—1384F. P. Guengerich. Trends Pharm. Sci., 6 (1992) 625—640F. P. Guengerich. Trends Pharm. Sci., 6 (1992) 625—640N. M. DeVore, E. E. Scott. Nature, 482, N 7383 (2012) 116—119N. M. DeVore, E. E. Scott. Nature, 482, N 7383 (2012) 116—119S. Dharia, A. Slane, M. Jian, M. Conner, A. J. Conley, C. R. Parker Jr. Biol. Reprod., 71, N 1 (2004) 83—88S. Dharia, A. Slane, M. Jian, M. Conner, A. J. Conley, C. R. Parker Jr. Biol. Reprod., 71, N 1 (2004) 83—88A. Slominski, G. Ermak, M. Mihm. J. Clin. Endocrinol. Metab., 81, N 7 (1996) 2746—2749A. Slominski, G. Ermak, M. Mihm. J. Clin. Endocrinol. Metab., 81, N 7 (1996) 2746—2749V. Pezzi, J. M. Mathis, W.E. Rainey, B. R. Carr. J. Steroid Biochem. Mol. Biol., 87, N 2-3 (2003) 181—189V. Pezzi, J. M. Mathis, W.E. Rainey, B. R. Carr. J. Steroid Biochem. Mol. Biol., 87, N 2-3 (2003) 181—189M. I. New. Mol. Cell Endocrinol., 211, N 1-2 (2003) 75—83M. I. New. Mol. Cell Endocrinol., 211, N 1-2 (2003) 75—83E. M. Petrunak, N. M. DeVore, P. R. Porubsky, E. E. Scott. J. Biol. Chem., 289 (2014) 32952—32964E. M. Petrunak, N. M. DeVore, P. R. Porubsky, E. E. Scott. J. Biol. Chem., 289 (2014) 32952—32964G. Attard, A. H. Reid, R. J. Auchus, B. A Hughes, A. M. Cassidy, E. Thompson, N. B. Oommen, E. Folkerd, M. Dowsett, W. Arlt, J. S de Bono. J. Clin. Endocrinol. Metab., 97 (2012) 507—516G. Attard, A. H. Reid, R. J. Auchus, B. A Hughes, A. M. Cassidy, E. Thompson, N. B. Oommen, E. Folkerd, M. Dowsett, W. Arlt, J. S de Bono. J. Clin. Endocrinol. Metab., 97 (2012) 507—516J. S de Bono, C. J. Logothetis, A. Molina, K. Fizazi, S. North, L. Chu, K. N. Chi, R. J. Jones, O. B. Goodman Jr, F. Saad, J. N. Staffurth, P. Mainwaring, S. Harland, T. W. Flaig, T. E. Hutson, T. Cheng, H. Patterson, J. D. Hainsworth, C. J. Ryan, C. N. Sternberg, S. L. Ellard, A. Fléchon, M. Saleh, M. Scholz, E. Efstathiou, A. Zivi, D. Bianchini, Y. Loriot, N. Chieffo, T. Kheoh, C. M. Haqq, H. I. Scher. N. Engl. J. Med., 134 (2011) 563—574J. S de Bono, C. J. Logothetis, A. Molina, K. Fizazi, S. North, L. Chu, K. N. Chi, R. J. Jones, O. B. Goodman Jr, F. Saad, J. N. Staffurth, P. Mainwaring, S. Harland, T. W. Flaig, T. E. Hutson, T. Cheng, H. Patterson, J. D. Hainsworth, C. J. Ryan, C. N. Sternberg, S. L. Ellard, A. Fléchon, M. Saleh, M. Scholz, E. Efstathiou, A. Zivi, D. Bianchini, Y. Loriot, N. Chieffo, T. Kheoh, C. M. Haqq, H. I. Scher. N. Engl. J. Med., 134 (2011) 563—574E. A. Mostaghel, B. T. Marck, S. Plymate, R. Vessella, S. Balk, A. M. Matsumoto, P. S. Nelson, B. Montgomery. Clin. Cancer Res., 17 (2011) 5913—5925E. A. Mostaghel, B. T. Marck, S. Plymate, R. Vessella, S. Balk, A. M. Matsumoto, P. S. Nelson, B. Montgomery. Clin. Cancer Res., 17 (2011) 5913—5925E. M. Petrunak, S. A. Rogers, J. Aube, E. E. Scott. Drug Metab. Dispos., 45, N 6 (2017) 635—645E. M. Petrunak, S. A. Rogers, J. Aube, E. E. Scott. Drug Metab. Dispos., 45, N 6 (2017) 635—645E. Baston, F. R. Leroux. Recent Pat, Anticancer, Drug Discov., 2, N 1 (2007) 31—58E. Baston, F. R. Leroux. Recent Pat, Anticancer, Drug Discov., 2, N 1 (2007) 31—58Q. Hu, M. Negri, S. Olgen, R. W. Hartmann. Chem. Med. Chem., 5 (2010) 899—910Q. Hu, M. Negri, S. Olgen, R. W. Hartmann. Chem. Med. Chem., 5 (2010) 899—910S. S. Sandhu, H. Shukla, R. P. Aharwal, S. Kumar, S. Shukla. Natural Products J., 4, N 2 (2014) 140—152S. S. Sandhu, H. Shukla, R. P. Aharwal, S. Kumar, S. Shukla. Natural Products J., 4, N 2 (2014) 140—152N. Almassi, C. Reichard, J. Li, C. Russell, J. Perry, C. J Ryan, T. Friedlander, N. Sharifi. JAMA Oncol., 4 (2018) 554—557N. Almassi, C. Reichard, J. Li, C. Russell, J. Perry, C. J Ryan, T. Friedlander, N. Sharifi. JAMA Oncol., 4 (2018) 554—557F. K. Yoshimoto, R. J. Auch. J. Steroid Biochem. Mol. Biol., 151 (2015) 52—65F. K. Yoshimoto, R. J. Auch. J. Steroid Biochem. Mol. Biol., 151 (2015) 52—65L. Gomez, J. R. Kovac, D. J. Lamb. Steroids, 95 (2015) 80—87L. Gomez, J. R. Kovac, D. J. Lamb. Steroids, 95 (2015) 80—87A. S. Latysheva, A. Yu. Misharin. Biomed. Chem. Res. Methods, 1, N 2 (2018) e00020A. S. Latysheva, A. Yu. Misharin. Biomed. Chem. Res. Methods, 1, N 2 (2018) e00020L. Yin, Q. Hu. Nat. Rev. Urol., 11 (2014) 32—42L. Yin, Q. Hu. Nat. Rev. Urol., 11 (2014) 32—42A. S. Latysheva, V. A. Zolottsev, V. S. Pokrovsky, I. I. Khan, A. Yu. Misharin. Current Med. Chem., 28, N 40 (2021) 8416—8432A. S. Latysheva, V. A. Zolottsev, V. S. Pokrovsky, I. I. Khan, A. Yu. Misharin. Current Med. Chem., 28, N 40 (2021) 8416—8432Я. В. Панада, Я. В. Фалетров, Н. С. Фролова, В. М. Шкуматов. Биомедицинская химия, 65, № 4 (2019) 324—330Я. В. Панада, Я. В. Фалетров, Н. С. Фролова, В. М. Шкуматов. Биомедицинская химия, 65, № 4 (2019) 324—330A. Luthra, I. G. Denisov, S. G. Sligar. Arch. Biochem. Biophys., 507, N 1 (2011) 26—35A. Luthra, I. G. Denisov, S. G. Sligar. Arch. Biochem. Biophys., 507, N 1 (2011) 26—35S. Leavitt, E. Freire. Current Opin. Struct. Biol., 11, N 5 (2001) 560—566S. Leavitt, E. Freire. Current Opin. Struct. Biol., 11, N 5 (2001) 560—566Folta-Stogniew. Methods Mol. Biol., 328 (2006) 97—112Folta-Stogniew. Methods Mol. Biol., 328 (2006) 97—112E. Bozkurt, H. I. Gul. J. Photochem. Photobiol. A: Chemistry, 383, N 1 (2019) 111996E. Bozkurt, H. I. Gul. J. Photochem. Photobiol. A: Chemistry, 383, N 1 (2019) 111996Дж. Лакович. Основы флуоресцентной спектроскопии, Москва, Мир (1986)Дж. Лакович. Основы флуоресцентной спектроскопии, Москва, Мир (1986)M. R. Eftink. Fluorescence Quenching: Theory and Applications, Topics in Fluorescence Spectroscopy, 2, Boston, Springer (2002) 53—126M. R. Eftink. Fluorescence Quenching: Theory and Applications, Topics in Fluorescence Spectroscopy, 2, Boston, Springer (2002) 53—126M. Weerta, L. Stellab. J. Mol. Struct., 998, N 1-3 (2011) 144—150M. Weerta, L. Stellab. J. Mol. Struct., 998, N 1-3 (2011) 144—150K. V. Tugaeva, Y. V. Faletrov, E. S. Allakhverdiev, V. M. Shkumatov, E. G. Maksimov, N. N. Sluchanko. Biochem. Biophys. Res. Commun., 497 (2018) 58—64K. V. Tugaeva, Y. V. Faletrov, E. S. Allakhverdiev, V. M. Shkumatov, E. G. Maksimov, N. N. Sluchanko. Biochem. Biophys. Res. Commun., 497 (2018) 58—64D. S. Auld, H. Veith, J. J. Cali. In: Cytochrome P450 Protocols, Methods in Molecular Biology, 987, New York (2013) 1—9D. S. Auld, H. Veith, J. J. Cali. In: Cytochrome P450 Protocols, Methods in Molecular Biology, 987, New York (2013) 1—9D. M. Stresser, S. D. Turner, A. P. Blanchard, V. P. Miller, C. L. Crespi. Drug Metab. Dispos., 30 (2002) 845—852D. M. Stresser, S. D. Turner, A. P. Blanchard, V. P. Miller, C. L. Crespi. Drug Metab. Dispos., 30 (2002) 845—852I. N. White. Anal. Biochem., 172 (1988) 304—310I. N. White. Anal. Biochem., 172 (1988) 304—310M. T. Donato, N. Jiménez, J. V. Castell, M. J. Gómez-Lechón. Drug Metab. Dispos., 32 (2004) 699—706M. T. Donato, N. Jiménez, J. V. Castell, M. J. Gómez-Lechón. Drug Metab. Dispos., 32 (2004) 699—706Компания ThermoFisher Scientific Inc. Инструкция к набору Vivid® CYP450 Screening Kits. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://tools.thermofisher.com/content/sfs/manuals/Vivid_CYP450_Screening_Kits_man.pdf.Компания ThermoFisher Scientific Inc. Инструкция к набору Vivid® CYP450 Screening Kits. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://tools.thermofisher.com/content/sfs/manuals/Vivid_CYP450_Screening_Kits_man.pdf.Y. Dzichenka, M. Shapira, A. Yantsevich, T. Cherkesova, L. Grbovic, M. Savic, S. Usanov, Jovanovic-Santa. J. Steroid Biochem. Mol. Biology, 205 (2021) 105777Y. Dzichenka, M. Shapira, A. Yantsevich, T. Cherkesova, L. Grbovic, M. Savic, S. Usanov, Jovanovic-Santa. J. Steroid Biochem. Mol. Biology, 205 (2021) 105777С. V. Locuson, J. M. Hutzler, T. S. Tracy. Drug Metab. Dispos., 35, N 4 (2007) 614—622С. V. Locuson, J. M. Hutzler, T. S. Tracy. Drug Metab. Dispos., 35, N 4 (2007) 614—622Г. Н. Некрасова, Я. В. Фалетров, Я. В. Диченко. Свиридовские чтения: сб. ст., 18 (2022) 109—116Г. Н. Некрасова, Я. В. Фалетров, Я. В. Диченко. Свиридовские чтения: сб. ст., 18 (2022) 109—116B. N. Tyler, K. Chichak, R. B. Neil. Tetrahedron, 58, N 4 (2002) 639—651B. N. Tyler, K. Chichak, R. B. Neil. Tetrahedron, 58, N 4 (2002) 639—651J. Hidalgo, A. Sánchez-Coronilla, M. A. Muñoz, C. Carmona, M. Balón. J. Lumin., 127, N 2 (2007) 671—677J. Hidalgo, A. Sánchez-Coronilla, M. A. Muñoz, C. Carmona, M. Balón. J. Lumin., 127, N 2 (2007) 671—677M. H. Mostafa, F. C. Khalil, D. Schryver, H. Keller, J.-M. Lehn. Supramolecular Sci., 2, N 3-4 (1995) 175—182M. H. Mostafa, F. C. Khalil, D. Schryver, H. Keller, J.-M. Lehn. Supramolecular Sci., 2, N 3-4 (1995) 175—182

The authors declare that there are no conflicts of interest present.