Детерминанты мембранной активности катионных пептидов и моделирование их терапевтического применения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.01.02, кандидат наук Тертеров Иван Николаевич

• Тертеров Иван Николаевич
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Тертеров Иван Николаевич

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Мембранно-активные пептиды (МАП)

1.2 Природные МАП

1.2.1 Антимикробные пептиды

1.2.2 Токсины

1.2.3 Вирусные пептиды

1.3 Структурные классы МАП

1.3.1 а-спиральные

1.3.2 встРУктУРные

1.3.3 Бесструктурные

1.3.4 Структура МАП с нестандартными аминокислотами

1.4 Модели механизма действия МАП

1.5 Свободная энергия связывания пептида с мембраной

1.5.1 Учет электростатических взаимодействий

1.6 Терапевтические применения МАП

1.6.1 Разработка антимикробных пептидов

1.6.2 Пептидная доставка лекарств

1.6.3 Противоопухолевые пептиды

Глава 2. Материалы и методы

2.1 Материалы и объекты исследования

2.2 Экспериментальные методики

2.2.1 Методы формирования искусственных мембран

2.2.2 Динамическое рассеяние света

2.2.3 Электрофоретическое рассеяние света

2.2.4 Спектроскопия кругового дихроизма

2.2.5 Оценка антимикробной активности на бактериальных культурах

2.2.6 Оценка противоопухолевой активности на модельных животных

2.3 Методы молекулярного моделирования

2.3.1 Молекулярные структуры

2.3.2 Методы моделирования

2.3.3 Параметры потенциалов

2.4 Биоинформатические методы анализа МАП

2.5 Моделирование роста и ответа на терапию опухолей

Глава 3. Результаты и обсуждение

3.1 Экспериментальное исследование взаимодействия пептида ЕВ1 с анионными липосомами

3.1.1 Стабильность липосом при взаимодействии с пептидом

3.1.2 Насыщение связывания пептида ЕВ1 с мембраной

3.1.3 Теоретическое описание насыщения связывания

3.1.4 Выводы по разделу

3.2 Молекулярное моделирование влияния ионов на взаимодействие пептида ЕВ1 с анионной мембраной

3.2.1 Координация ионов вокруг заряженных групп биомолекул

3.2.2 Потенциал средней силы связывания пептида ЕВ1 с мембраной

3.2.3 Выводы по разделу

3.3 Мотивы аминокислотных последовательностей МАП

3.3.1 Паттерны природных антимикробных пептидов

3.3.2 Специфичные паттерны аспиральпых антимикробных пептидов

3.3.3 Активность пептидов разработанных на основе специфичных паттернов АМП

3.3.4 Выводы по разделу

3.4 Моделирование эффекта совместного применения МАП и химиотерапевтического препарата

3.4.1 Модель влияния различных режимов введения гемцитабина на рост опухолей у модельных животных

3.4.2 Моделирование эффекта совместного применения

пептида мастопоран и гемцитабина

3.4.3 Выводы по разделу

Заключение

Благодарности

Список сокращений и условных обозначений

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Детерминанты мембранной активности катионных пептидов и моделирование их терапевтического применения»

Введение

Актуальность темы исследования. Мембранно-активные пептиды представляют собой широкий класс малых белков, которые были выявлены во множестве организмов и выполняют большой спектр физиологических задач. Большую часть известных представителей этого класса составляют антимикробные пептиды, которые являются частью врожденного иммунитета и действуют на бактериальные мембраны. Яды многих организмов содержат лити-ческие пептиды, повреждающие мембраны клеток. Также мембранно-активные пептиды используются рядом вирусов для проникновения в клетки при заражении. Перечисленные выше пептиды разнообразны по своим аминокислотным последовательностям, но имеют общие физико-химические свойства, такие как короткая длина (< 100 аминокислотных остатков), амфифильная конформация в мембранной среде и, как правило, высокий общий заряд [1].

Ввиду уникальных свойств и биосовместимости мембранно-активных пептидов они являются перспективным классом для решения различных фармацевтических задач [2]. Например, антимикробные пептиды рассматриваются как один из эффективных классов новых антибиотиков. Распространение штаммов бактерий, резистентных к существующим антибиотикам, представляет серьезную угрозу для современного здравоохранения, в связи с чем поиск новых антимикробных агентов является важной задачей [3]. Большинство известных антимикробных пептидов действуют посредством разрушения бактериальной мембраны, что уменьшает вероятность развития резистентности, так как изменение мембраны является более сложной задачей для бактерии, чем мутация белковых мишеней стандартных антибиотиков. Возможность некоторых мембранно-активных пептидов проникать внутрь клеток привела к развитию технологий пептидной доставки лекарств. Среди прочего, было показано, что проникающие в клетку пептиды являются перспективными агентами для генной терапии и способны доставлять молекулы ДНК или РНК в клетки-мишени [4]. В последнее время было показано, что некоторые литические пептиды эффективны в борьбе с раковыми клетками, и, в частности, могут вызывать активацию иммунной системы организма, направленной на борьбу с опухолью гп vivo [5].

Природные последовательности пептидов не всегда являются оптимальными для терапевтического применения [3]. Рациональный дизайн новых пептидов

с подходящими свойствами для решения описанных выше задач, является актуальной и активно развивающейся областью исследований. Для разработки эффективных мембранно-активных пептидов ключевым является понимание физико-химических особенностей, которые определяют характеристики их взаимодействия с липидными мембранами [6]. Ранее было показано, что основную роль в процессах связывания пептидов с мембраной играют электростатические взаимодействия и свободная энергия перехода пептидов из раствора на поверхность мембраны, связанная с изменением пространственной структуры [7]. Особый интерес в настоящее время представляют исследования детерминант аминокислотных последовательностей, определяющих молекулярные механизмы, которые лежат в основе ключевых процессов связывания пептидов с мембранами [8]. Кроме оптимизации самих пептидов, важной задачей является поиск эффективного режима их применения в клинике. Одним из путей для преодоления нежелательной токсичности и быстрой деградации терапевтических пептидов в организме является подбор оптимального протокола введения [9]. Существенные результаты здесь могут дать методы моделирования терапевтического применения, которые были разработаны для прогнозирования эффекта химиотерапевтических препаратов, но ранее не применялись для пептидов [10]. Сказанное выше определяет актуальность темы диссертации.

Степень разработанности темы. Множество экспериментальных работ, проведенных с момента открытия мембранной активности пептидов, позволило выявить различные биофизические аспекты их взаимодействия с липидными мембранами. При этом оказывается затруднительным выделить единый механизм действия для таких пептидов, напротив, накопленные данные говорят о том, что некоторые пептиды могут задействовать разные механизмы, в зависимости от условий эксперимента, и тем более в изменчивом окружении гп vivo [1]. Это осложняет поиск единых детерминант активности, которые можно было бы использовать для разработки терапевтических пептидов. Поэтому на данный момент самыми успешными подходами для разработки новых пептидов являются статистические методы, не опирающиеся на механизме действия пептидов [8]. Несмотря на разнообразие механизмов, общим для всех пептидов является высокая аффинность к мембранам [11], в связи с чем выявление молекулярных основ, определяющих связывание с липидными бислоями, по-прежнему является актуальной задачей, решение которой позволит повысить эффективность поиска новых терапевтических пептидов. Параллельно с созданием

новых пептидов проводятся работы по оптимизации клинического применения уже существующих. Для увеличения биодоступности и снижения токсичности при системном введении на данный момент применяется инкапсуляция в папо-частицы или химическая модификация пептидов [9]. Альтернативным методом может быть оптимизация протоколов введения пептидов при помощи математических моделей. Данный подход успешно применялся в онкологии для увеличения эффективности, снижения токсичности и резистентности опухолей к химиотерапии [10], но для терапевтических пептидов ранее не был использован.

Цели и задачи. Цель работы заключается в выявлении роли заряженных функциональных групп и характерных мотивов аминокислотных последовательностей в мембранной активности катионных альфа-спиральных пептидов, а также в разработке подходов для оптимизации терапевтического применения мембранно-активных пептидов.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Установить роль электростатических эффектов при связывании модельного катионного пептида с анионными липосомами при различных молярных соотношениях липид пептид.

2. Определить специфическое влияние ионов растворенных солей калия и натрия на связывание модельного катионного пептида с анионной ли-пидной мембраной при помощи моделирования методом молекулярной динамики.

3. Получить новые терапевтические пептиды на основе характерных мотивов аминокислотных последовательностей природных антимикробных пептидов.

4. Разработать математическую модель для прогнозирования эффекта совместного применения терапевтических катионных пептидов и цито-статических препаратов на рост опухолей гп vivo.

Научная новизна. Полученные в работе результаты расширяют знания о роли заряженных групп и характерных аминокислотных мотивов катионных пептидов при их взаимодействии с мембранными, а также демонстрируют новые подходы к созданию перспективных терапевтических пептидов и оптимизации их применения. На примере катионного проникающего в клетки пептида ЕВ1, в данной работе впервые подробно изучена роль электростатических взаимодействий при насыщении связывания пептида с анионными липосомами, в

условиях низких молярных соотношениях липид пептид. При помощи атомистического моделирования впервые показано, что значение свободной энергии связывания катионного пептида ЕВ1 с липидной мембраной зависит от вида растворенных ионов из-за различий в связывании ионов калия и натрия с анионными группами липидов. Впервые показано, что альфа-спиральные антимикробные пептиды имеют характерный набор мотивов - паттернов - в аминокислотных последовательностях, который не пересекается с наборами паттернов антимикробных пептидов других структурных классов. Продемонстрирована возможность разработки новых активных пептидов на основе паттернов альфа-спиральных природных антимикробных пептидов. Впервые применен подход фармакокинетчисеких/фармакодинамических моделей для численного описания эффекта катионного пептида на рост опухоли у модельных животных, при терапии комбинацией пептида и цитостатического препарата.

Теоретическая и практическая значимость работы. Понимание молекулярных основ, определяющих физико-химические взаимодействия пептидов с липидными мембранами, необходимо для рационального дизайна мем-бранно-активных пептидов для различных фармацевтических применений. Полученные данные о свойствах насыщения связывания пептида ЕВ1 с мембраной при низких молярных соотношениях липид/пептид представляют непосредственный практический интерес, поскольку в физиологических условиях пептиды действуют находясь в избытке на поверхности клеток, в то время, как большинство биофизических данных на сегодняшний день получено в условиях малой доли связанного пептида. Установленная в данной работе специфическая роль растворенных ионов натрия и калия при взаимодействии модельного катионного пептида с мембраной имеет важное значение для прогнозирования влияния ионного окружения на активность пептидов, в частности, в различных условиях солевого состава внутри- и внеклеточной среды. Выявленные характерные паттерны аминокислотных последовательностей, обеспечивающих активность антимикробных пептидов, представляют не только фундаментальный теоретический интерес в качестве детерминант активности в негомологичных последовательностях, а также имеют непосредственное прикладное значение для разработки новых активных пептидов, и расширения пространства поиска перспективных аминокислотных последовательностей. Разработанная математическая модель влияния терапевтического пептида и цитостатического препа-

рата на рост опухолей у модельных животных дает возможность оптимизации доклинических исследований перспективных противоопухолевых пептидов.

Методология и методы исследования. Для решения задач работы был использован широкий спектр методов экспериментальной и теоретической биофизики: молекулярное моделирование методом молекулярной динамики, биоинформатические методы и алгоритмы поиска паттернов в аминокислотных последовательностях, численные методы решение систем дифференциальных уравнений фармакокинетики-фармакодинамики и нелинейные методы оптимизации для оценки параметров моделей, экспериментальные методы характери-зации молекулярных механизмов взаимодействия пептидов с искусственными липосомами (спектроскопия кругового дихроизма, метод динамического светорассеяния, метод определения дзета-потенциала частиц по электрофоретиче-ской подвижности).

Положения, выносимые на защиту.

1. При низких молярных соотношениях липид/пептид (< 40), соответствующих условиям экспериментов на клетках, наблюдается насыщение связывания модельного пептида ЕВ1 с анионными липосомами, вызванное электростатическими и стерическими взаимодействиями между адсорбированными на мембране пептидами.

2. Значение свободной энергии связывания катионного пептида ЕВ1 с анионной липидной мембраной выше в растворе, содержащем физиологическую концентрацию ионов натрия в сравнении с аналогичным раствором, содержащим ионы калия. Согласно расчетам молекулярной динамики это вызвано большей аффинностью к поверхности липидного бислоя ионов натрия, чем ионов калия.

3. Альфа-спиральные антимикробные пептиды содержат специфические паттерны, а разработанные на их основе новые пептиды спиральны и проявляют антимикробную активность. При этом значения минимальных ингибирующих концентраций разработанных пептидов определяются значениями свободной энергии их связывания с мембраной.

4. Разработанная математическая модель прогнозирования торможения роста опухоли при воздействии противоопухолевыми препаратами способна описывать синергетический эффект гемцитабина и катионного альфа-спирального пептида мастопаран, наблюдаемый в эксперименте in vivo.

Личный вклад автора. Экспериментальное исследование взаимодействия пептида ЕВ1 с мембранами проводилось совместно со Свириной A.A. на базе лаборатории нанобиотехнологий СПбАУ, теоретический анализ и молекулярное моделирование проводились автором лично. Работа по поиску паттернов и разработке новых альфа-спиральных пептидов выполнялась в соавторстве с Елисеевым U.E.. анализ антимикробной активности новых пептидов был произведен д.б.н. Шамовой О.В. Данные in vivo влияния различной терапии на раст опухолей у модельных животных были получены сотрудниками научного отдела СПб онкоцентра (КНПцСВМП(о)), построение математического описания и моделирование роста опухолей проведены автором лично под руководством научного руководителя. Автор лично участвовал в постановке целей и задач работы, выполнении необходимых экспериментов и расчетов, анализе результатов, а также докладывал материалы работы на конференциях, совместно с соавторами готовил тексты публикаций.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность полученных результатов определяется самосогласованностью представленных в работе данных и выводов, использованием современных экспериментальных методик и установок, методов анализа и статистической обработки полученных результатов, а также согласованностью полученных данных с опубликованными ранее результатами в доступных литературных источниках.

Основные результаты работы докладывались на 6 международных и одной всероссийской конференциях: 8th International School and Conference on Optoelectronics, Photonics, Engineering and Nanostructures (25-28 мая 2021 г., Санкт-Петербург, Россия), 62-я Всероссийская научная конференция МФТИ (18-24 ноября 2019, Долгопрудный, Россия), VII Международный симпозиум «Взаимодействие нервной и иммунной систем в норме и патологии» (27-31 марта 2019, Санкт-Петербург, Россия), «BIOMEMBRANES 2018» International Conference (1-2 октября 2018, МФТИ, Долгопрудный, Россия), 4th International School and Conference on Optoelectronics, Photonics, Engineering and Nanostructures (3-6 апреля 2017 г., Санкт-Петербург, Россия) , «BIOMEMBRANES 2016: Mechanisms of Aging and Age-Related Diseases» International Conference, (26-30 сентября 2016, МФТИ, Долгопрудный, Россия), Ith International School and Conference on Optoelectronics, Photonics, Engineering and Nanostructures (25-27 марта 2014 г., Санкт-Петербург, Россия).

и

Основные результаты работы опубликованы в 11 печатных работах, из них 4 научных статьи в журналах, индексируемых в международных базах данных, и 7 тезисов докладов на конференциях.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав и заключения. Полный объём диссертации составляет 128 страниц, включая 39 рисунков и 4 таблицы. Список литературы содержит 173 наименования.

Глава 1. Обзор литературы 1.1 Мембранно-активные пептиды (МАП)

Липидная мембрана является необходимой и одной из важнейших составных частей клеток для всех живых организмов. Сохранение ее целостности и селективной барьерной функции является витальным свойством, что делает мембрану одной из критических точек уязвимости клетки. По этой причине в процессе эволюции при конкуренции между организмами появилось множество белков и пептидов способных нарушать или пересекать липидную мембрану. Во всех живых организмах они выполняют наступательную или оборонительную функцию и благодаря своим свойствам являются предметом множества исследований направленных на разработку новых лекарств и биотехнологических методов.

Мембранно-активные пептиды (МАП) можно выделить в отдельный обширный класс - это короткие белки (типично содрежаших не более 100 аминокислотных остатков), проявляющие свои физиологические функции при взаимодействии с биологическими мембранами [1]. Наиболее хорошо изученной группой среди МАП - это антимикробные пептиды (АМП), которые являются составной частью врожденного иммунитета множества организмов, и проявляют свою активность нарушая или пересекая мембраны микробов [3]. Схожие пептиды были найдены в составе различных природных ядов, например яда пчел и ос. В данном случае способность данных пептидов связываться и нарушать целостность мембраны задействована чтобы вызвать цитолитический и гемолитический эффект [12]. Для многих мембранно-активных пептидов многоклеточных организмов было показано множество функций, так пептид ЬЬ-37 кроме антимикробного действия обладает иммуномодулирующей активностью, а также способен проникать через клеточные мембраны и запускать определенные каскады внутри клеток [13]. Способность МАП специфично воздействовать на мембраны используются и вирусами. Специальные МАП входят в состав капсида некоторых вирусов и участвуют в процессах их интернализации через мембрану и высвобождения из эндосом [14].

В отличие от белков, для которых можно проследить явную связь последовательность-структура-функция, для МАП нельзя выделить какую-то типичную аминокислотную последовательность (или набор возможных последовательностей). В целом, последовательности МАП не гомологичны друг другу, однако для них характерны некоторые общие физико-химические свойства

— Короткая длина (менее 100 аминокислотных остатков)

— Суммарный положительный заряд в стандартных условиях (для большинства от +2е —|-10е )

— Большой процент гидрофобных остатков (в среднем около 50%)

— Выраженная амфифильная структура в мембранном окружении Приведенный набор свойств, представляет собой усредненную картину, для более узких подгрупп (например, а - спиральных или встРУктУРных пептидов), можно найти более специфичные особенности аминокислотного состава. При этом разнообразие пространственных структур среди МАП велико, и нельзя выделить одну типичную структуру, определяющую мембранную активность. Мембранной активностью могут обладать как а-спиральные, так и в-структурпые и даже бесструктурные пептиды.

1.2 Природные МАП 1.2.1 Антимикробные пептиды

Большинство известных мембранно-активных пептидов - это антимикробные пептиды (АМП), которые являются частью системы врожденного иммунитета растений и животных [2]. Впервые они были обнаружены в 1980х годах в гемолимфе насекомых [15], в гранулах нейтрофилов млекопитающих [16] и на поверхности кожи лягушек [17]. На данный момент известно более трех тысяч таких пептидов, обнаруженных в различных типах клеток и тканей всевозможных организмов, и постоянно продолжают регистрироваться новые представители данного класса [18]. Среди них можно выделить такие крупные семейства АМП, как дефензины и каталицидииы - антимикробные пептиды врожденной иммунной системы млекопитающих, которые, в частности, запаса-

ются в гранулах нейтрофилов и макрофагов; магаинины - защитные пептиды, секретируемые на слизистой поверхности кожи лягушек; цекропипы - антимикробные пептиды гемолимфы насекомых [2; 19; 20]. Кроме того, существует множество других АМП, не попадающих в эти семейства, а среди родственных видов для АМП характерна существенная изменчивость. Антимикробные пептиды разнообразны по первичной и вторичной структуре, но обладают общими физико-химическими свойствами, характерными для мембранно-активных пептидов (см. выше). В лабораторных условиях было показано, что АМП ин-гибируют рост бактерий, а также что они способные нарушать мембрану бактериальных клеток и индуцировать проницаемость искусственных анионных мембран, что может указывать на мембранолитическую природу механизма их антимикробного действия [1; 21]. При этом для многих АМП млекопитающих на ровне с прямой антимикробной функцией была показана и иммуномодули-рующая активность, запускаемая за счет взаимодействия этих пептидов с вне-и внутри-клеточными партнерами [2]. Многие организмы синтезируют наборы из нескольких АМП, которые часто лишь незначительно отличаются друг от друга. Например, птицы и млекопитающие имею в своем арсенале множественные а и ß-дефензины, что, как предполагается, расширяет спектр микробов восприимчивых к антимикробному воздействия [22]. На коже лягушки Xenopus laevis секретируется набор пептидов, которые действуют синергетически (мага-I1I1I1H и PGLA), что делает смесь этих АМП более эффективной, в сравнении с ее отдельными компонентами [23].

Микробы и грибы также используют широкий спектр защитных соединений или токсинов, для конкуренции с другими микроорганизмами. К ним относятся малые молекулы (например, пенициллин и многие другие вещества, используемые сейчас как стандартные антибиотики), и специфические белковые токсины, такие, как колицины [24]. Однако бактерии и грибы также производят защитные АМП, в том числе некоторые из наиболее изученных представителей семейства МАП, такие как аламетицины, продуцируемые грибком Trichoderma viride [25], и гриминидины. продуцируемые почвенной бактерией Bacillus brevis [26]. Патогенные бактерии синтезируют много токсинов, некоторые из которых являются гемолитическими или цитолитическими МАП. Например, определенные виды стафилококков продуцируют 6-лизин, спиральный МАП из 26 остатков, обладающий сильной гемолитической активностью [27].

1.2.2 Токсины

Яды и токсины животных представляют собой сложные смеси ферментов, пептидов, малых молекул и других соединений, которые помогают захватывать и переваривать добычу, а также защищаться от других животных. Некоторые компоненты ядов представляют собой МАП, которые проявляют свою активность в виде не специфического лизиса клеток, вызывая повреждение клеток и тканей, что приводит к болевому эффекту. Наиболее известным примером является мелиттин, мембранно-активный пептид, состоящий из 26 остатков, который составляет большую по весу часть яда европейской пчелы (Apis mellifera) [28]. В яде ос (например, Vespula lewisii) также содержатся литические пептиды - мастопараны - которые выполняют ту же функцию, что и мелиттин у пчел, однако они короче 14 аминокислотных остатков) и аминокислотная последовательность существенно отличается от мелиттина [12]. Другие примеры можно найти, например у пауков, скорпионов и муравьев [29—31]. Интересно, что схожие по последовательности с мелиттином пептиды (пардаксины) были найдены в коже красноморской камбалы (Pardachirus marmoratus) и родственных рыб [32]. Хотя в точности не ясно, какую функцию пардаксин играет у рыб, есть гипотеза, что он вызывает боль и дезориентацию у нападающего хищника [32].

1.2.3 Вирусные пептиды

В геноме многих вирусов присутствуют виропорины - белки, которые делают поры во внутренних и внешних клеточных мембранах [33]. Некоторые виропорины являются мембранно-активными пептидами. Например, 6-пептид вируса Эбола представляет собой пептид, состоящий из 40 аминокислотных остатков, продуцируемый в большом количестве инфицированными вирусом Эбола клетками [34]. Для 6-пептида было показано, что он способен проникать как в эукариотические клетки, так и в через синтетические мембраны [34]. Мембранной активностью могут обладать также изолированные фрагменты ви-ропоринов. Так, в белке В2 вируса полиомиелита можно выделить несколько амфифильных а-спиралей, соответствующие которым пептиды проявляют мем-

бранную активность [35]. У лентивирусов (например, вируса иммунодефицита человека, ВИЧ), в белках ответственных за слияние мембраны есть подпоследовательности, кодирующие амфифильные альфа-спирали с потенциальной мембранной активностью. Синтезированные на основе этих подпоследовательностей пептиды - лентивирусные литические пептиды - показали высокую мембранную активность [36].

Для оболочечных вирусов (например, ВИЧ, вирус гриппа и пр.) ключевой шаг инфицирования клетки заключается в слиянии вирусной и клеточной мембраны. Этот процесс контролируется специальными белками вируса, главную роль при этом играет определенный сегмент белка - фьюжн пептид (fusion peptide). Было показано, что такие пептиды отдельно от целого белка являются мембранно-активными, и индуцируют слияние липидных везикул [37].

В структуре вирусных частиц многих безоболочечных вирусов есть специальные белки (или их фрагменты), которые способствуют разрушению эндо-сомальной мембраны, что необходимо для для проникновения таких вирусов в цитоплазму и инфицирования клетки [14]. Например, от белков капсида FHV (Flock house virus) вируса при закислении внутренней среды эндосомы авто-каталитически отщепляется у-пептид, обладающий мембранной активностью [38]. Считается, что у-пептид способствует увеличению проницаемости эндосо-мальной мембраны, что в конечном счете приводит к высвобождению вирусной частицы в цитоплазму и заражению клетки [14; 38].

Иногда мембранной активностью могут обладать фрагменты белков, чья физиологическая функция не связана с взаимодействием с мембранами. Например, короткий фрагментом регуляторного белка TAT, кодируемого вирусом ВИЧ, является МАП, обладающим способностью пересекать клеточные мембраны и является перспективным агентом для доставки лекарств [39].

1.3 Структурные классы МАП

Для многих МАП информация о пространственной структуре в растворах и в модельном мембранном окружении (в мицеллах, визикулах, или на пли парных липидных мембранах) была получена при помощи таких экспериментальных методик, как спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР), спек-

троскопия кругового дихроизма (КД) и Фурье-спектроскопия в инфракрасной области [1]. МАП более эффективно разбиваются на классы по пространственным структурам, нежели чем на кластеры родственных пептидов по первичным последовательностям ввиду их низкой гомологии. Полученные при помощи ЯМР спектроскопии детальные пространственные структуры пептидов, позволили сделать кластеризацию по характерным двугранным углам полипептидной цепи [6], результаты кластеризации и типичные представители найденных классов представлены на рисунке 1.1 (для построения данной кластеризации авторы использовали структуры 135 пептидов, полученных при помощи ЯМР спектроскопии). Из рисунка видно, что для мембранно-активных пептидов характерны достаточно разные структуры, но ввиду их короткой длины, нельзя выделить сложную третичную пространственную организацию. Более грубо структурные классы (рисунок 1.1) можно разбить две основные группы по превалирующей вторичной структуре: а-спиральные, пептиды имеющие различные в-листовые структуры (листы, шпильки). К описанным выше остается добавить бесструктурные пептиды, также есть пептиды, содержащие как а, так в

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Тертеров Иван Николаевич, 2022 год

Список литературы

1. Mechanistic landscape of membrane-permeabilizing peptides / S. Guha, J. Ghimire, E. Wu [и др.] // Chemical reviews. — 2019. — T. 119, № 9. — C. 6040-6085.

2. Haney, E. F. Reassessing the host defense peptide landscape / E. F. Haney, S. K. Straus, R. E. Hancock // Frontiers in chemistry. — 2019. — T. 7. —

C. 43.

3. The value of antimicrobial peptides in the age of resistance / M. Magana, M. Pushpanathan, A. L. Santos [и др.] // The Lancet Infectious Diseases. — 2020. - T. 20, № 9. - e216-e230.

4. Guidotti, G. Cell-penetrating peptides: from basic research to clinics / G. Guidotti, L. Brambilla, D. Rossi // Trends in pharmacological sciences. — 2017. - T. 38, № 4. - C. 406-424.

5. Hilchie, A. Anticancer activities of natural and synthetic peptides / A. Hilchie,

D. Hoskin, M. Power Coombs // Antimicrobial peptides. — 2019. — C. 131—147.

6. Designing antimicrobial peptides: form follows function / C. D. Fjell, J. A. Hiss, R. E. Hancock [и др.] // Nature reviews Drug discovery. — 2012. — T. 11, № 1. - C. 37-51.

7. Almeida, P. F. Membrane-active peptides: binding, translocation, and flux in lipid vesicles / P. F. Almeida // Biochimica Et Biophysica Acta (BBA)-Biomembranes. - 2014. - T. 1838, № 9. - C. 2216-2227.

8. Peptide design principles for antimicrobial applications / M. D. Torres, S. Sothiselvam, Т. K. Lu [и др.] // Journal of molecular biology. — 2019. — T. 431, № 18. - C. 3547-3567.

9. Deslouches, B. Antimicrobial peptides with selective antitumor mechanisms: prospect for anticancer applications / B. Deslouches, Y. P. Di // Oncotarget. - 2017. - T. 8, № 28. - C. 46635.

10. Computational oncology—mathematical modelling of drug regimens for precision medicine / D. Barbolosi, J. Ciccolini, B. Lacarelle [и др.] // Nature reviews Clinical oncology. - 2016. - T. 13, № 4. - C. 242-254.

11. Melo, M. N. Antimicrobial peptides: linking partition, activity and high membrane-bound concentrations / M. N. Melo, R. Ferre, M. A. Castanho // Nature Reviews Microbiology. - 2009. - T. 7, № 3. - C. 245 250.

12. Moreno, M. Three valuable peptides from bee and wasp venoms for therapeutic and biotechnological use: melittin, apamin and mastoparan / M. Moreno, E. Giralt // Toxins. - 2015. - T. 7, № 4. - C. 1120 1150.

13. Interaction and cellular localization of the human host defense peptide LL-37 with lung epithelial cells / Y. E. Lau, A. Rozek, M. G. Scott [h ,np.] // Infection and immunity. - 2005. - T. 73, № 1. - C. 583-591.

14. Moyer, C. L. Viral weapons of membrane destruction: variable modes of membrane penetration by non-enveloped viruses / C. L. Moyer, G. R. Nemerow // Current opinion in virology. — 2011. — T. 1, № 1. — c. 44 49.

15. Sequence and specificity of two antibacterial proteins involved in insect immunity / H. Steiner, D. Hultmark, A. Engstrom [h ,np.] // Nature. — 1981. - T. 292, № 5820. - C. 246-248.

16. Defensins. Natural peptide antibiotics of human neutrophils. / T. Ganz, M. E. Selsted, D. Szklarek [h ,np.] // The Journal of clinical investigation. — 1985. - T. 76, № 4. - C. 1427-1435.

17. Zasloff.] M. Magainins, a class of antimicrobial peptides from Xenopus skin: isolation, characterization of two active forms, and partial cDNA sequence of a precursor / M. Zasloff // Proceedings of the National Academy of Sciences. — 1987. - T. 84, № 15. - C. 5449-5453.

18. Wang, G. APD3: the antimicrobial peptide database as a tool for research and education / G. Wang, X. Li, Z. Wang // Nucleic acids research. — 2016. — T. 44, № Dl. - C. 1)1087 1)1093.

19. Zasloff, M. Antimicrobial peptides of multicellular organisms / M. Zasloff // nature. - 2002. - T. 415, № 6870. - C. 389-395.

20. Jenssen, H. Peptide antimicrobial agents / H. Jenssen, P. Hamill, R. E. Hancock // Clinical microbiology reviews. — 2006. — T. 19, № 3. — 0. 491-511.

21. Nguyen, L. T. The expanding scope of antimicrobial peptide structures and their modes of action / L. T. Nguyen, E. F. Haney, H. J. Vogel // Trends in biotechnology. - 2011. - T. 29, № 9. - C. 464-472.

22. Selsted, M. E. Mammalian defensins in the antimicrobial immune response / M. E. Selsted, A. J. Ouellette // Nature immunology. - 2005. - T. 6, № 6. -C. 551-557.

23. Investigations of the synergistic enhancement of antimicrobial activity in mixtures of magainin 2 and PGLa / E. Glattard, E. S. Salnikov, C. Aisenbrey |n ;ip.| // Biophysical chemistry. — 2016. — T. 210. — C. 35—44.

24. Jokes, K. S. Border crossings: colicins and transporters / K. S. Jakes, W. A. Cramer // Annual review of genetics. - 2012. - T. 46. - C. 209-231.

25. The history of alamethicin: a review of the most extensively studied peptaibol / B. Leitgeb, A. Szekeres, L. Manczinger [h ^p.] // Chemistry & biodiversity. - 2007. - T. 4, № 6. - C. 1027-1051.

26. Pavithrra, G. Gramicidin peptide to combat antibiotic resistance: a review / G. Pavithrra, R. Rajasekaran // International Journal of Peptide Research and Therapeutics. - 2020. - T. 26, № 1. - C. 191-199.

27. 6-hemolysin, an update on a membrane-interacting peptide / J. Verdón, N. Girardin, C. Lacombe |n ;ip.| // Peptides. — 2009. — T. 30, № 4. — C. 817-823.

28. Weissmann, G. Effect of melittin upon cellular and lysosomal membranes / G. Weissmann, R. Hirschhorn, K. Krakauer // Biochemical pharmacology. — 1969. - T. 18, № 7. - C. 1771-1774.

29. Latarcins: versatile spider venom peptides / P. V. Dubovskii, A. A. Vassilevski, S. A. Kozlov [h ^p.] // Cellular and molecular life sciences. - 2015. - T. 72, № 23. - C. 4501-4522.

30. Peptides from the scorpion Vaejovis punctatus with broad antimicrobial activity / S. Ramírez-Carreto, J. M. Jiménez-Vargas, B. Rivas-Santiago |n ;ip.| // Peptides. - 2015. - T. 73. - C. 51-59.

31. Linear antimicrobial peptides from Ectatomma quadridens ant venom / K. A. Pluzhnikov, S. A. Kozlov, A. A. Vassilevski [h ^p.] // Biochimie. — 2014. - T. 107. - C. 211-215.

32. Sequencing and synthesis of pardaxin, a polypeptide from the Red Sea Moses sole with ionophore activity / Y. Shai, J. Fox, C. Caratsch [h ,np.] // FEBS letters. - 1988. - T. 242, № 1. - C. 161-166.

33. Fischer, W. B. Vireal channel forming proteins: modelng the rarget / W. B. Fischer, H. J. Hsu // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) Biomembranes. - 2011. - T. 1808, № 2. - C. 561-571.

34. Ebola virus delta peptide is a viroporin / J. He, L. I. Melnik, A. Komin [h pp.] // Journal of virology. - 2017. - T. 91, № 16. - e00438-17.

35. Plasma membrane-porating domain in poliovirus 2B protein. A short peptide mimics viroporin activity / V. Madan, S. Sánchez-Martinez, N. Vedovato [h ap.] // Journal of molecular biology. - 2007. - T. 374, № 4. - C. 951-964.

36. Viroporin potential of the lentivirus lytic peptide (LLP) domains of the HIV-1 gp41 protein / J. M. Costin, J. M. Rausch, R. F. Garry [h ,np.] // Virology journal. - 2007. - T. 4, № 1. - C. 1-14.

37. Lousa, D. Molecular mechanisms of the influenza fusion peptide: insights from experimental and simulation studies / D. Lousa, C. M. Soares // FEBS Open bio. - 2021. - T. 11, № 12. - C. 3253-3261.

38. Jo,no,, A. K. Atomistic dynamics of a viral infection process: Release of membrane lytic peptides from a non-enveloped virus / A. K. Jana, E. R. May // Science Advances. - 2021. - T. 7, № 16. - eabel761.

39. Vives, E. A truncated HIV-1 Tat protein basic domain rapidly translocates through the plasma membrane and accumulates in the cell nucleus / E. Vives, P. Brodin, B. Lebleu // Journal of Biological Chemistry. — 1997. — T. 272, № 25. - C. 16010-16017.

40. Peptides with the same composition, hydrophobicity, and hydrophobic moment bind to phospholipid bilayers with different affinities / M. A. Cherry, S. K. Higgins, H. Melroy [h ,np.] // The Journal of Physical Chemistry B. — 2014. - T. 118, № 43. - C. 12462-12470.

41. Folding amphipathic helices into membranes: amphiphilicity trumps hydrophobicity / M. Fernández-Vidal, S. Jayasinghe, A. S. Ladokhin [h ,np.] // Journal of molecular biology. - 2007. - T. 370, № 3. - C. 459-470.

42. Zelezetsky, /. Alpha-helical antimicrobial peptides—Using a sequence template to guide structure-activity relationship studies / I. Zelezetsky, A. Tossi // Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Biomembranes. — 2006. — T. 1758, ..V" 9. - C. 1436-1449.

43. Linking sequence patterns and functionality of alpha-helical antimicrobial peptides / I. E. Eliseev, I. N. Terterov, A. N. Yudenko, [et al.] // Bioinformat-ics. - 2019. - Vol. 35, no. 16. - P. 2713-2717.

44. Rausch, J. M. Rational combinatorial design of pore-forming |3-sheet peptides / J. M. Rausch, J. R. Marks, W. C. Wimley // Proceedings of the National Academy of Sciences. - 2005. - T. 102, № 30. - C. 10511-10515.

45. Hughes, R. M. Model systems for |3-hairpins and ^-sheets / R. M. Hughes, M. L. Waters // Current opinion in structural biology. — 2006. — T. 16, ..V" 4. - C. 514-524.

46. Wimley, W. C. Interactions between human defensins and lipid bilayers: evidence for formation of multimeric pores / W. C. Wimley, M. E. Selsted, S. H. White // Protein Science. - 1994. - T. 3, № 9. - C. 1362-1373.

47. Ladokhin, A. S. CD spectra of indolicidin antimicrobial peptides suggest turns, not polyproline helix / A. S. Ladokhin, M. E. Selsted, S. H. White // Biochemistry. - 1999. - T. 38, № 38. - C. 12313-12319.

48. Amino acid sequence of PR-39: isolation from pig intestine of a new member of the family of proline-arginine-rich antibacterial peptides / B. Agerberth, J.-Y. LEE, T. Bergman [h ^p.] // European journal of biochemistry. — 1991. - T. 202, № 3. - C. 849-854.

49. Brogden, K. A. Antimicrobial peptides: pore formers or metabolic inhibitors in bacteria? / K. A. Brogden // Nature reviews microbiology. — 2005. — T. 3, № 3. - C. 238-250.

50. Membrane-active peptides and the clustering of anionic lipids / P. Wadhwani, R. Epand, N. Heidenreich [h ^p.] // Biophysical journal. — 2012. — T. 103, ..V" 2. - C. 265-274.

51. Small cationic antimicrobial peptides delocalize peripheral membrane proteins / M. Wenzel, A. I. Chiriac, A. Otto [h ^p.] // Proceedings of the National Academy of Sciences. - 2014. - T. Ill, № 14. - E1409-E1418.

52. Hale, J. D. Alternative mechanisms of action of cationic antimicrobial peptides on bacteria / J. D. Hale, R. E. Hancock // Expert review of anti-infective therapy. - 2007. - T. 5, № 6. - C. 951-959.

53. Andersen, 0. S. Gramicidin channels /O.S. Andersen // Annual review of physiology. - 1984. - T. 46, № 1. - C. 531-548.

54. Shai, Y. Mode of action of membrane active antimicrobial peptides / Y. Shai // Peptide Science: Original Research on Biomolecules. — 2002. — T. 66, № 4. - C. 236-248.

55. Huang, H. W. Understanding membrane-active antimicrobial peptides / H. W. Huang, N. E. Charron // Quarterly reviews of biophysics. — 2017. — T. 50.

56. North, C. L. Membrane orientation of the N-terminal segment of alamethicin determined by solid-state 15N NMR / C. L. North, M. Barranger-Mathys, D. S. Cafiso // Biophysical journal. - 1995. - T. 69, № 6. - C. 2392-2397.

57. Neutron scattering in the plane of membranes: structure of alamethicin pores / K. He, S. J. Ludtke, D. L. Worcester [h ,np.] // Biophysical journal. — 1996. — T. 70, № 6. - C. 2659-2666.

58. M ah, D. Two classes of alamethicin transmembrane channels: molecular models from single-channel properties / D. Mak, W. W. Webb // Biophysical journal. - 1995. - T. 69, № 6. - C. 2323-2336.

59. Barrel-stave model or toroidal model? A case study on melittin pores / L. Yang, T. A. Harroun, T. M. Weiss [h ,np.] // Biophysical journal. — 2001. — T. 81, № 3. - C. 1475-1485.

60. Wimley, W. C. How does melittin permeabilize membranes? / W. C. Wimley // Biophysical Journal. - 2018. - T. 114, № 2. - C. 251-253.

61. Huang, H. W. Free energies of molecular bound states in lipid bilayers: lethal concentrations of antimicrobial peptides / H. W. Huang // Biophysical journal. - 2009. - T. 96, № 8. - C. 3263-3272.

62. Lipkin, R. Computational studies of peptide-induced membrane pore formation / R. Lipkin, T. Lazaridis // Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. - 2017. - T. 372, № 1726. - C. 20160219.

63. Understanding and modelling the interactions of peptides with membranes: from partitioning to self-assembly / C. H. Chen, M. C. Melo, N. Berglund [h /i,p.] // Current Opinion in Structural Biology. — 2020. — T. 61. —

C. 160-166.

64. Leontiadou, H. Antimicrobial peptides in action / H. Leontiadou, A. E. Mark, S.J. Marrink / / Journal of the American Chemical Society. — 2006. — T. 128, ..V" 37. - C. 12156-12161.

65. Toroidal pores formed by antimicrobial peptides show significant disorder /

D. Sengupta, H. Leontiadou, A. E. Mark [h ,np.] // Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Biomembranes. - 2008. - T. 1778, № 10. - C. 2308-2317.

66. Insights from micro-second atomistic simulations of melittin in thin lipid bilayers / S. K. Upadhyay, Y. Wang, T. Zhao [h ,np.] // The Journal of Membrane Biology. - 2015. - T. 248, № 3. - C. 497-503.

67. Spontaneous formation of structurally diverse membrane channel architectures from a single antimicrobial peptide / Y. Wang, C. H. Chen, D. Hu |n ;ip.| // Nature communications. — 2016. — T. 7, № 1. — C. 1—9.

68. Pino-Angeles, A. Effects of peptide charge, orientation, and concentration on melittin transmembrane pores / A. Pino-Angeles, T. Lazaridis // Biophysical journal. - 2018. - T. 114, № 12. - C. 2865-2874.

69. Irudayam, S. J. Influence of the arrangement and secondary structure of melittin peptides on the formation and stability of toroidal pores / S. J. Irudayam, M. L. Berkowitz // Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Biomembranes. - 2011. - T. 1808, № 9. - C. 2258-2266.

70. Pino-Angeles, A. Pore structure and synergy in antimicrobial peptides of the magainin family / A. Pino-Angeles, J. M. Leveritt III, T. Lazaridis // PLoS computational biology. - 2016. - T. 12, № 1. - el004570.

71. Silvestro, L. Membrane-induced folding of cecropin A / L. Silvestro, P. H. Axelsen // Biophysical journal. - 2000. - T. 79, № 3. - C. 1465-1477.

72. A quantitative model for the all-or-none permeabilization of phospholipid vesicles by the antimicrobial peptide cecropin A / S. M. Gregory, A. Cavenaugh, V. Journigan [h ,np.] // Biophysical journal. — 2008. — T. 94, № 5. - C. 1667-1680.

73. Efimova, S. S. Channel-forming activity of cecropins in lipid bilayers: effect of agents modifying the membrane dipole potential / S. S. Efimova, L. V. Schagina, O. S. Ostroumova // Langmuir. — 2014. — T. 30, № 26. — C. 7884-7892.

74. The electrical response of bilayers to the bee venom toxin melittin: evidence for transient bilayer permeabilization / G. Wiedman, K. Herman, P. Searson [h /i,p.] // Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Biomembranes. — 2013. — T. 1828, № 5. - C. 1357-1364.

75. Lipid composition-dependent membrane fragmentation and pore-forming mechanisms of membrane disruption by pexiganan (MSI-78) / D.-K. Lee, J. R. Brender, M. F. Sciacca |n ;ip.| // Biochemistry. — 2013. — T. 52, № 19. — 0. 3254-3263.

76. Bacterial membranes as predictors of antimicrobial potency / R. M. Epand, S. Rotem, A. Mor [h ,np.] // Journal of the American Chemical Society. — 2008. - T. 130, № 43. - C. 14346-14352.

77. Antimicrobial peptides induce growth of phosphatidylglycerol domains in a model bacterial membrane / A. A. Polyansky, R. Ramaswamy, P. E. Volynsky [h /i,p.] // The Journal of Physical Chemistry Letters. — 2010. — T. 1, № 20. — C. 3108-3111.

78. Molecular electroporation: a unifying concept for the description of membrane pore formation by antibacterial peptides, exemplified with NK-lysin / M. Miteva, M. Andersson, A. Karshikoff |n ;ip.| // FEBS letters. - 1999. -T. 462, № 1/2. - C. 155-158.

79. Silverman, J. A. Correlation of daptomycin bactericidal activity and membrane depolarization in Staphylococcus aureus / J. A. Silverman, N. G. Perlmutter, H. M. Shapiro / / Antimicrobial agents and chemotherapy. - 2003. - T. 47, № 8. - C. 2538-2544.

80. Indolicidin action on membrane permeability: carrier mechanism versus pore formation / T. I. Rokitskaya, N. I. Kolodkin, E. A. Kotova [h ^p.] // Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Biomembranes. — 2011. — T. 1808, ..V" 1. - C. 91-97.

81. Mattila, J.-P. Oxidized phospholipids as potential molecular targets for antimicrobial peptides / J.-P. Mattila, K. Sabatini, P. K. Kinnunen // Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Biomembranes. — 2008. — T. 1778, ..V" 10. - C. 2041-2050.

82. Induction of non-lamellar lipid phases by antimicrobial peptides: a potential link to mode of action / E. F. Haney, S. Nathoo, H. J. Vogel [h ßp.] // Chemistry and physics of lipids. - 2010. - T. 163, № 1. - C. 82-93.

83. White, S. H. Membrane protein folding and stability: physical principles / S. H. White, W. C. Wimley // Annual review of biophysics and biomolecular structure. - 1999. - T. 28, № 1. - C. 319-365.

84. Seelig, J. Thermodynamics of lipid-peptide interactions / J. Seelig // Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Biomembranes. — 2004. — T. 1666, ..V" 1. - C. 40-50.

85. MPEx: a tool for exploring membrane proteins / C. Snider, S. Jayasinghe, K. Hristova [h AP-] // Protein Science. - 2009. - T. 18, № 12. -0. 2624-2628.

86. Ladokhin, A. S. Protein chemistry at membrane interfaces: non-additivity of electrostatic and hydrophobic interactions / A. S. Ladokhin, S. H. White // Journal of molecular biology. - 2001. - T. 309, № 3. - C. 543-552.

87. Irudayam, S. J. Binding and reorientation of melittin in a POPC bilayer: computer simulations / S. J. Irudayam, M. L. Berkowitz // Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Biomembranes. - 2012. - T. 1818, № 12. -C. 2975-2981.

88. Combined use of replica-exchange molecular dynamics and magic-anglespinning solid-state NMR spectral simulations for determining the structure and orientation of membrane-bound peptide / K. Ikeda, T. Kameda, E. Harada [h ßp.] // The Journal of Physical Chemistry B. — 2011. — T. 115, ..V" 29. - C. 9327-9336.

89. 2H-NMR and MD simulations reveal membrane-bound conformation of magainin 2 and its synergy with PGLa / E. Strandberg, D. Horn, S. Reißer [h pp.] // Biophysical journal. - 2016. - T. Ill, № 10. - C. 2149-2161.

90. Electrostatic properties of membranes containing acidic lipids and adsorbed basic peptides: theory and experiment / D. Murray, A. Arbuzova, G. Hangyas-Mihalyne [h ,np.] // Biophysical Journal. — 1999. — T. 77, № 6 _ C 3176^3188.

91. Calculations of the electrostatic potential adjacent to model phospholipid bilayers / R. M. Peitzsch, M. Eisenberg, K. A. Sharp [h ,np.] // Biophysical journal. - 1995. - T. 68, № 3. - C. 729-738.

92. Tamba, Y. Magainin 2-induced pore formation in the lipid membranes depends on its concentration in the membrane interface / Y. Tamba, M. Yamazaki // The Journal of Physical Chemistry B. — 2009. — T. 113, ..V" 14. - C. 4846-4852.

93. Hellmann, N. Peptide-liposome association. A critical examination with mastoparan-X / N. Hellmann, G. Schwarz // Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Biomembranes. - 1998. - T. 1369, № 2. - C. 267-277.

94. Sauder, R. Thermodynamics of lipid interactions with cell-penetrating peptides / R. Sauder, J. Seelig, A. Ziegler // Cell-Penetrating Peptides. — Springer, 2011. - C. 129-155.

95. Stankowski, S. Surface charging by large multivalent molecules. Extending the standard Gouy-Chapman treatment / S. Stankowski // Biophysical journal. — 1991. _ T. oo. № 2. - C. 341-351.

96. Membrane active antimicrobial peptides: translating mechanistic insights to design / J. Li, J.-J. Koh, S. Liu [h ,np.] // Frontiers in neuroscience. — 2017. — T. 11. - C. 73.

97. Tossi, A. Design of synthetic antimicrobial peptides based on sequence analogy and amphipathicity / A. Tossi, C. Tarantino, D. Romeo // European journal of biochemistry. - 1997. - T. 250, № 2. - C. 549-558.

98. Use of artificial intelligence in the design of small peptide antibiotics effective against a broad spectrum of highly antibiotic-resistant superbugs / A. Cherkasov, K. Hilpert, H. Jenssen [h ,np.] // ACS chemical biology. — 2009. - T. 4, № 1. - C. 65-74.

99. Antimicrobial peptides design by evolutionary multiobjective optimization / G. Maccari, M. Di Luca, R. Nifosi [h ,np.] // PLoS computational biology. — 2013. - T. 9, № 9. - el003212.

100. A linguistic model for the rational design of antimicrobial peptides / C. Loose, K. Jensen, I. Rigoutsos |n ;ip.| // Nature. - 2006. - T. 443, № 7113. -C. 867-869.

101. Joker: An algorithm to insert patterns into sequences for designing antimicrobial peptides / W. F. Porto, I. C. Fensterseifer, S. M. Ribeiro [h ^p.] // Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-General Subjects. — 2018. — T. 1862, № 9. - C. 2043-2052.

102. Bechara, C. Cell-penetrating peptides: 20 years later, where do we stand? / C. Bechara, S. Sagan // FEBS letters. - 2013. - T. 587, № 12. -C. 1693-1702.

103. The third helix of the Antennapedia homeodomain translocates through biological membranes. / D. Derossi, A. H. Joliot, G. Chassaing [h ^p.] // Journal of Biological Chemistry. - 1994. - T. 269, № 14. - C. 10444-10450.

104. VE-cadherin-derived cell-penetrating peptide, pVEC, with carrier functions / A. Elmquist, M. Lindgren, T. Bartfai [h ^p.] // Experimental cell research. — 2001. - T. 269, № 2. - C. 237-244.

105. Cellular uptake of an a-helical amphipathic model peptide with the potential to deliver polar compounds into the cell interior non-endocytically / J. Oehlke, A. Scheller, B. Wiesner [h ^p.] // Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Biomembranes. - 1998. - T. 1414, № 1/2. - C. 127-139.

106. Tracking a new cell-penetrating (W/R) nonapeptide, through an enzyme-stable mass spectrometry reporter tag / D. Delaroche, B. Aussedat, S. Aubry |n ;ip.| // Analytical chemistry. - 2007. - T. 79, № 5. - C. 1932-1938.

107. Mechanisms of cellular uptake of cell-penetrating peptides / F. Madani, S. Lindberg, U. Langel [h ^p.] // Journal of biophysics. — 2011. — T. 2011.

108. Delivery of short interfering RNA using endosomolytic cell-penetrating peptides / P. Lundberg, S. El-Andaloussi, T. Siitlii [h ^p.] // The FASEB Journal. - 2007. - T. 21, № 11. - C. 2664-2671.

109. Targeting cyclin B1 through peptide-based delivery of siRNA prevents tumour growth / L. Crombez, M. C. Morris, S. Dufort [h ^p.] // Nucleic acids research. - 2009. - T. 37, № 14. - C. 4559-4569.

110. Insight into the mechanism of the peptide-based gene delivery system MPG: implications for delivery of siRNA into mammalian cells / F. Simeoni, M. C. Morris, F. Heitz |n ;ip.| // Nucleic acids research. — 2003. — T. 31, ..V" 11. - C. 2717-2724.

111. Splith, K. Antimicrobial peptides with cell-penetrating peptide properties and vice versa / K. Splith, I. Neundorf // European Biophysics Journal. — 2011. — T. 40, № 4. - C. 387-397.

112. Peptides with dual antimicrobial and anticancer activities / M. R. Felicio, O. N. Silva, S. Goncalves [h ^p.] // Frontiers in chemistry. — 2017. — T. 5. — C. 5.

113. Colella, F. Sweet as honey, bitter as bile: Mitochondriotoxic peptides and other therapeutic proteins isolated from animal tissues, for dealing with mitochondrial apoptosis / F. Colella, G. Scillitani, C. L. Pierri // Toxicology. - 2021. - T. 447. - C. 152612.

114. Pro-necrotic activity of cationic mastoparan peptides in human glioblastoma multiforme cells via membranolytic action / A. M. B. da Silva, L. C. Silva-Goncalves, F. A. Oliveira [h ^p.] // Molecular Neurobiology. — 2018. — T. 55, ..V" 7. - C. 5490-5504.

115. Mastoparan is a membranolytic anti-cancer peptide that works synergistically with gemcitabine in a mouse model of mammary carcinoma / A. L. Hilchie, A. J. Sharon, E. F. Haney [h ^p.] // Biochimica Et Biophysica Acta (BBA)-Biomembranes. - 2016. - T. 1858, № 12. - C. 3195-3204.

116. Honeybee venom and melittin suppress growth factor receptor activation in HER2-enriched and triple-negative breast cancer / C. Duffy, A. Sorolla, E. Wang |n ;ip.| // NPJ precision oncology. - 2020. - T. 4, № 1. - C. 1-16.

117. Molecularly targeted nanocarriers deliver the cytolytic peptide melittin specifically to tumor cells in mice, reducing tumor growth / N. R. Soman, S. L. Baldwin, G. Hu [h ^p.] // The Journal of clinical investigation. — 2009. — T. 119, № 9. - C. 2830-2842.

118. Cytolytic peptide nanoparticles ('NanoBees') for cancer therapy / H. Pan, N. R. Soman, P. H. Schlesinger [h ^p.] // Wiley Interdisciplinary Reviews: Nanomedicine and Nanobiotechnology. — 2011. — T. 3, № 3. — C. 318—327.

119. André, N. Metronomics: towards personalized chemotherapy? / N. André, M. Carré, E. Pasquier // Nature reviews Clinical oncology. — 2014. — T. 11, ..V" 7. - C. 413—431.

120. Mager, D. E. Diversity of mechanism-based pharmacodynamic models / D. E. Mager, E. Wyska, W. J. Jusko // Drug Metabolism and Disposition. — 2003. - T. 31, № 5. - C. 510-518.

121. Pharmacokinetics and pharmacodynamics-based mathematical modeling identifies an optimal protocol for metronomic chemotherapy / J. Ciccolini, D. Barbolosi, C. Meille |n ;ip.| // Cancer Research. - 2017. - T. 77, № 17. -

C. 4723-4733.

122. Metronomics chemotherapy: time for computational decision support /

D. Barbolosi, J. Ciccolini, C. Meille [h ,np.] // Cancer chemotherapy and pharmacology. - 2014. - T. 74, № 3. - C. 647-652.

123. Predictive pharmacokinetic-pharmacodynamic modeling of tumor growth after administration of an anti-angiogenic agent, bevacizumab, as single-agent and combination therapy in tumor xenografts / M. Rocchetti, M. Germani, F. Del Bene [h ,np.] // Cancer chemotherapy and pharmacology. — 2013. — T. 71, № 5. - C. 1147-1157.

124. Hui, L. The combined effects of antibacterial peptide cecropin A and anticancer agents on leukemia cells. / L. Hui, K. Leung, H. M. Chen // Anticancer research. - 2002. - T. 22, № 5. - C. 2811-2816.

125. Ladokhin, A. S. CD spectroscopy of peptides and proteins bound to large unilamellar vesicles / A. S. Ladokhin, M. Fernández-Vidal, S. H. White // The Journal of membrane biology. - 2010. - T. 236, № 3. - C. 247-253.

126. Compton, L. A. Analysis of protein circular dichroism spectra for secondary structure using a simple matrix multiplication / L. A. Compton, W. C. Johnson Jr // Analytical biochemistry. — 1986. — T. 155, № 1. — C. 155-167.

127. Whitmore, L. Protein secondary structure analyses from circular dichroism spectroscopy: methods and reference databases / L. Whitmore, B. A. Wallace // Biopolymers: Original Research on Biomolecules. — 2008. — T. 89, № 5. - C. 392-400.

128. A. Tossi, M. Scocchi, M. Zanetti, [et al.] // Antibacterial Peptide Protocols, Methods in Molecular Biology. Vol. 78. — Humana Press, 1998. — P. 133—150.

129. Rohatgi, A. Webplotdigitizer: Version 4.3 / A. Rohatgi. — 2020. — URL: https: / / automeris.io/WebPlotDigitizer.

130. GROMACS: fast, flexible, and free / D. Van Der Spoel, E. Lindahl, B. Hess [h /i,p.] // Journal of computational chemistry. — 2005. — T. 26, № 16. — C. 1701-1718.

131. Pymol: An open-source molecular graphics tool / W. L. DeLano [h ,np.] // CCP4 Newsletter on protein crystallography. — 2002. — T. 40, № 1. — C. 82-92.

132. CHARMM-GUI input generator for NAMD, GROMACS, AMBER, OpenMM, and CHARMM/OpenMM simulations using the CHARMM36 additive force field / J. Lee, X. Cheng, J. M. Swails [h ,np.] // Journal of chemical theory and computation. — 2016. — T. 12, № 1. — C. 405—413.

133. Nose, S. A unified formulation of the constant temperature molecular dynamics methods / S. Nose // The Journal of chemical physics. — 1984. — T 81? jspo i _ Q 511-519.

134. Hoover, W. G. Canonical dynamics: Equilibrium phase-space distributions / W. G. Hoover // Physical review A. - 1985. - T. 31, № 3. - C. 1695.

135. Parrinello, M. Polymorphic transitions in single crystals: A new molecular dynamics method / M. Parrinello, A. Rahman // Journal of Applied physics. - 1981. - T. 52, № 12. - C. 7182-7190.

136. The weighted histogram analysis method for free-energy calculations on biomolecules. I. The method / S. Kumar, J. M. Rosenberg, D. Bouzida [h ^p.] // Journal of computational chemistry. — 1992. — T. 13, № 8. — C. 1011-1021.

137. Hub, J. S. g_wham A Free Weighted Histogram Analysis Implementation Including Robust Error and Autocorrelation Estimates / J. S. Hub, B. L. De Groot, D. Van Der Spoel // Journal of chemical theory and computation. - 2010. - T. 6, № 12. - C. 3713-3720.

138. Jorgensen, W. L. Development and testing of the OPLS all-atom force field on conformational energetics and properties of organic liquids / W. L. Jorgensen, D. S. Maxwell, J. Tirado-Rives // Journal of the American Chemical S0Ciety. - 1996. - T. 118, № 45. - C. 11225-11236.

139. Mackerell Jr, A. D. Extending the treatment of backbone energetics in protein force fields: limitations of gas-phase quantum mechanics in reproducing protein conformational distributions in molecular dynamics simulations / A. D. Mackerell Jr, M. Feig, C. L. Brooks III // Journal of computational chemistry. - 2004. - T. 25, № 11. - C. 1400-1415.

140. CHARMM36m: an improved force field for folded and intrinsically disordered proteins / J. Huang, S. Rauscher, G. Nawrocki [h ,np.] // Nature methods. — 2017. - T. 14, № 1. - C. 71-73.

141. Berendsen, H. The missing term in effective pair potentials / H. Berendsen, J. Grigera, T. Straatsma // Journal of Physical Chemistry. — 1987. — T. 91, ..V" 24. - C. 6269-6271.

142. Comparison of simple potential functions for simulating liquid water / W. L. Jorgensen, J. Chandrasekhar, J. D. Madura [h ,np.] // The Journal of chemical physics. - 1983. - T. 79, № 2. - C. 926-935.

143. Noskov, S. Y. Control of ion selectivity in LeuT: two Na+ binding sites with two different mechanisms / S. Y. Noskov, B. Roux // Journal of molecular biology. _ 2008. - T. 377, № 3. - C. 804-818.

144. Yoo. J. Improved parametrization of Li+, Na+, K+, and Mg2+ ions for all-atom molecular dynamics simulations of nucleic acid systems / J. Yoo, A. Aksimentiev // The journal of physical chemistry letters. — 2012. — T. 3, ..V" 1. - C. 45-50.

145. Simulations of anionic lipid membranes: development of interaction-specific ion parameters and validation using NMR data / R. M. Venable, Y. Luo, K. Gawrisch [h ,np.] // The journal of physical chemistry B. — 2013. — T. 117, № 35 _ c. 10183-10192.

146. Aqvist, J. Ion-water interaction potentials derived from free energy perturbation simulations / J. Aqvist // The Journal of Physical Chemistry. — 1990. _ T. 94, № 21. - C. 8021-8024.

147. Hess, B. Cation specific binding with protein surface charges / B. Hess, N. F. van der Vegt // Proceedings of the National Academy of Sciences. — 2009. - T. 106, № 32. - C. 13296-13300.

148. LINCS: a linear constraint solver for molecular simulations / B. Hess, H. Bekker, H. J. Berendsen [h ,np.] // Journal of computational chemistry. — 1997. - T. 18, № 12. - C. 1463-1472.

149. SciPy 1.0: fundamental algorithms for scientific computing in Python / P. Virtanen, R. Gommers, T. E. Oliphant [h ,np.] // Nature methods. — 2020. - T. 17, № 3. - C. 261-272.

150. Humphrey, W. VMD: visual molecular dynamics / W. Humphrey, A. Dalke, K. Schulten // Journal of molecular graphics. — 1996. — T. 14, ..Vo 1.

C. 33-38.

151. Wang, G. APD2: the updated antimicrobial peptide database and its application in peptide design / G. Wang, X. Li, Z. Wang // Nucleic acids research. - 2009. - T. 37, suppl_l. - C. D933-D937.

152. Rigoutsos, I. Combinatorial pattern discovery in biological sequences: The TEIRESIAS algorithm. / I. Rigoutsos, A. Floratos // Bioinformatics (Oxford, England). - 1998. - T. 14, № 1. - C. 55-67.

153. Li, W. Cd-hit: a fast program for clustering and comparing large sets of protein or nucleotide sequences / W. Li, A. Godzik // Bioinformatics. — 2006. - T. 22, № 13. - C. 1658-1659.

154. Jones, D. T. Protein secondary structure prediction based on position-specific scoring matrices / D. T. Jones // Journal of molecular biology. — 1999. — T. 292, № 2. - C. 195-202.

155. Fox, J. Applied regression analysis and generalized linear models / J. Fox. — Sage Publications, 2015.

156. Wimley, W. C. Antimicrobial peptides: successes, challenges and unanswered questions / W. C. Wimley, K. Hristova // The Journal of membrane biology. - 2011. - T. 239, № 1. - C. 27-34.

157. Entry of cell-penetrating peptide transportan 10 into a single vesicle by translocating across lipid membrane and its induced pores / M. Z. Islam, H. Ariyama, J. M. Alam |n ;ip.| // Biochemistry. — 2014. — T. 53, № 2. — C. 386-396.

158. Kinetic pathway of antimicrobial peptide magainin 2-induced pore formation in lipid membranes / Y. Tamba, H. Ariyama, V. Levadny [h ,np.] // The journal of physical chemistry B. - 2010. - T. 114, № 37. - C. 12018-12026.

159. Almeida, P. F. Hydrogen-bond energetics drive helix formation in membrane interfaces / P. F. Almeida, A. S. Ladokhin, S. H. White // Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Biomembranes. - 2012. - T. 1818, № 2. -C. 178-182.

160. Thermodynamics of melittin binding to lipid bilayers. Aggregation and pore formation / G. Klocek, T. Schulthess, Y. Shai [h ,np.] // Biochemistry. — 2009. - T. 48, № 12. - C. 2586-2596.

161. Harding, M. M. Metals in protein structures: a review of their principal features / M. M. Harding, M. W. Nowicki, M. D. Walkinshaw // Crystallography Reviews. - 2010. - T. 16, № 4. - C. 247-302.

162. Yoo, J. New tricks for old dogs: improving the accuracy of biomolecular force fields by pair-specific corrections to non-bonded interactions / J. Yoo, A. Aksimentiev // Physical Chemistry Chemical Physics. — 2018. — T. 20, ..V" 13. - C. 8432-8449.

163. Marcus, Y. Ion pairing / Y. Marcus, G. Hefter // Chemical reviews. — 2006. — T. 106, № 11. - C. 4585-4621.

164. Weak alkali and alkaline earth metal complexes of low molecular weight ligands in aqueous solution / P. G. Daniele, C. Foti, A. Gianguzza [h /i,p.] // Coordination Chemistry Reviews. — 2008. — T. 252, № 10/ 11. - C. 1093-1107.

165. Zhang, L. Free energy calculations for the peripheral binding of proteins/peptides to an anionic membrane. 1. Implicit membrane models / L. Zhang, A. Yethiraj, Q. Cui // Journal of Chemical Theory and Computation. - 2014. - T. 10, № 7. - C. 2845-2859.

166. How reliable are molecular dynamics simulations of membrane active antimicrobial peptides? / Y. Wang, T. Zhao, D. Wei [h ^p.] // Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Biomembranes. - 2014. - T. 1838, № 9. -C. 2280-2288.

167. Predictive pharmacokinetic-pharmacodynamic modeling of tumor growth kinetics in xenograft models after administration of anticancer agents / M. Simeoni, P. Magni, C. Cammia [h ,np.] // Cancer research. — 2004. — T. 64, № 3. - C. 1094-1101.

168. Metronomic gemcitabine suppresses tumour growth, improves perfusion, and reduces hypoxia in human pancreatic ductal adenocarcinoma / K. Cham, J. Baker, K. Takhar [h ,np.] // British journal of cancer. — 2010. — T. 103, ..V" 1. - C. 52-60.

169. Antitumor activity of prolonged as compared with bolus administration of 2, 2-difluorodeoxycytidine in vivo against murine colon tumors / G. Veer man, V. R. van Haperen, J. B. Vermorken [h ,np.] // Cancer chemotherapy and pharmacology. - 1996. - T. 38, № 4. - C. 335-342.

170. Testing additivity of anticancer agents in pre-clinical studies: a PK/PD modelling approach / M. Rocchetti, F. Del Bene, M. Germani [h ,np.] // European Journal of Cancer. - 2009. - T. 45, № 18. - C. 3336-3346.

171. Svirina, A. Electrostatic effects in saturation of membrane binding of cationic cell-penetrating peptide / A. Svirina, I. Terterov // European Biophysics Journal. - 2021. - Vol. 50, no. 1. - P. 15-23.

172. Minimal PK/PD model for simultaneous description of the maximal tolerated dose and metronomic treatment outcomes in mouse tumor models / I. N. Terterov, V. A. Chubenko, N. A. Knyazev, [et al.] // Cancer chemotherapy and pharmacology. - 2021. - Vol. 88, no. 5. - P. 867-878.

173. Computational modeling of schedule-specific chemotherapy outcomes in mouse tumor model / I. Terterov, V. Chubenko, N. Knyazev, [et al.] // Journal of Physics: Conference Series. - 2021. - Vol. 2086, no. 1. - P. 012122.