Разработка сульфозамещенных ингибиторов транскетолазы и тирозил-ДНК-фосфодиэстеразы 1 с использованием методов биоинформатики и молекулярного моделирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.01.08, кандидат наук Гущина Ирина Владимировна

• Гущина Ирина Владимировна
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Гущина Ирина Владимировна

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Использование сульфонатов в медицинской химии

1.2 Строение и функция транскетолазы

1.3 Строение и функция тирозил-ДНК-фосфодиэстеразы

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

2.1 Построение моделей ферментов

2.2 Подготовка библиотек низкомолекулярных соединений

2.3 Молекулярный докинг и виртуальный скрининг

2.4 Структурная фильтрация лигандов

2.5 Моделирование ADMET-свойств

2.6 Экспериментальная проверка ингибиторной активности

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

3.1 Разработка ингибиторов транскетолазы

3.1.1 Молекулярное моделирование и биоинформатический анализ транскетолаз

3.1.2 Первичный скрининг ингибиторов транскетолазы

3.1.3 Вторичный скрининг ингибиторов транскетолазы

3.2 Разработка ингибиторов тирозил-ДНК-фосфодиэстеразы

3.2.1 Молекулярное моделирование тирозил-ДНК-фосфодиэстеразы

3.2.2 Первичный скрининг ингибиторов тирозил-ДНК-фосфодиэстеразы

3.2.3 Вторичный скрининг ингибиторов тирозил-ДНК-фосфодиэстеразы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

БЛАГОДАРНОСТИ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

КМ квантово-механический

MM молекулярно-механический

ТДФ1 тирозил-ДНК-фосфодиэстераза

TK транскетолаза

ADMET абсорбция, распределение, метаболизм, выведение, токсичность (absorption, distribution, metabolism, excretion, toxicity)

ATP аденозинтрифосфат

AG свободная энергия связывания

IC50 концентрация ингибитора, уменьшающая активность фермента на 50 %

LD50 доза, летальная для 50 % тестируемых животных

NAD+ никотинамидадениндинуклеотид, окисленная форма

NADPH никотинамидадениндинуклеотид фосфат, восстановленная форма

PDB база данных белковых структур Protein Data Bank

Top1 топоизомераза I

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования

Сульфонаты являются перспективным классом соединений для дизайна низкомолекулярных ингибиторов ферментов. Сульфозаместитель можно рассматривать в качестве изостерического аналога фосфатной группы, входящей в состав различных природных субстратов и коферментов. В базе данных Protein Data Bank представлены структуры уже более ста фермент-ингибиторных комплексов с сульфонатами, большая часть которых была получена недавно. В рамках представленной работы была исследована возможность создания эффективных сульфозамещенных ингибиторов, действующих в отношении двух терапевтически важных мишеней: транскетолазы Mycobacterium tuberculosis (ТК) и тирозил-ДНК-фосфодиэстеразы 1 человека (ТДФ1).

ТК - ключевой фермент пентозофосфатного пути метаболизма углеводов у бактерий, его важность для жизнедеятельности возбудителя туберкулеза M. tuberculosis была доказана путем подавления экспрессии. Несмотря на то, что ингибирование ТК представляет большой интерес для терапии туберкулеза, бактериальный фермент изучен слабо по сравнению с гомологичными белками дрожжей и человека. К настоящему времени для подавления его активности не было предложено ни одного ингибитора.

ТДФ1 - фермент репарации ДНК и перспективная мишень для лечения онкологических заболеваний. Ингибирование ферментов репарации, таких как ТДФ1, способно усиливать эффект ДНК-повреждающих химиотерапевтических препаратов и способствовать преодолению лекарственной устойчивости. Несмотря на обширные исследования в этой области, существующие ингибиторы ТДФ1 пока не удовлетворяют требованиям клинического применения, и необходим поиск новых эффективных и безопасных соединений.

Кофермент ТК (тиаминдифосфат) и субстрат ТДФ1 содержат фосфатные группы, которые образуют ключевые водородные связи с активным центром. Данные взаимодействия гипотетически могут быть реализованы сульфогруппой в составе конкурентного ингибитора.

Степень разработанности темы исследования

Наиболее подробно строение и механизм ТК исследованы для фермента из дрожжей, являющегося удобным модельным объектом, в то время как свойства ТК из M. tuberculosis на данный момент малоизучены, а ее единственная кристаллическая структура была получена в 2012 году. В литературе не описано ни одного ингибитора ТК из M. tuberculosis, однако известен ряд ингибиторов ТК человека (например, окситиамин). Вопросы селективности ингибиторов ТК в отношении различных организмов проработаны весьма слабо.

Для ТДФ1 человека получен набор кристаллических структур, что позволило подробно изучить каталитический механизм. Наиболее сильные ингибиторы ванадат- и вольфрамат-ионы токсичны для клеток и использовались в целях рентгеноструктурного анализа. Несколько классов ингибиторов ТДФ1 было обнаружено путем in vitro скрининга (например, производные усниновой кислоты), однако соответствующие структуры фермент-ингибиторных комплексов неизвестны, и не вполне понятна природа взаимодействий соединений с остатками активного центра.

Цель и задачи работы

Целью проведенного исследования была разработка новых сульфозамещенных ингибиторов ТК M. tuberculosis и ТДФ1 человека, являющихся важными мишенями в терапии социально значимых заболеваний. Для этого был осуществлен компьютерный скрининг с использованием методов биоинформатики, молекулярного моделирования и алгоритмов

структурной фильтрации. Для достижения данной цели было необходимо решить следующие задачи:

1. На основе кристаллических структур построить молекулярные модели ТК M. tuberculosis и ТДФ1 человека, предназначенные для компьютерного поиска ингибиторов.

2. Провести биоинформатический анализ ТК из разных организмов для выявления структурных особенностей активного центра, важных для поиска селективных ингибиторов ТК M. tuberculosis.

3. Проанализировать строение фермент-субстратного комплекса ТДФ1 для выявления участков связывания в активном центре, важных для поиска новых ингибиторов.

4. Разработать структурные критерии для отбора эффективных ингибиторов ТК и ТДФ1 в ходе компьютерного скрининга, а также необходимое для структурной фильтрации программное обеспечение.

5. Сконструировать библиотеки сульфозамещенных низкомолекулярных соединений и осуществить их компьютерный скрининг для отбора перспективных ингибиторов ТК M. tuberculosis и ТДФ1 человека.

Объект и предмет исследования

Объектами исследования являлись белки ТК M. tuberculosis и ТДФ1 человека - важные мишени для терапии социально значимых заболеваний. Предметом исследования явилась способность белков-мишеней образовывать специфическое взаимодействие с низкомолекулярными сульфозамещенными соединениями, приводящее к подавлению ферментативной активности.

Научная новизна

В ходе выполнения работы разработан уникальный алгоритм структурной фильтрации позиций, полученных методом докинга, для идентификации новых эффективных ингибиторов ТК M. tuberculosis и ТДФ1

человека. Выявлены структурные особенности активного центра ТК M. tuberculosis, важные для дизайна селективных ингибиторов; идентифицированы первые ингибиторы бактериального фермента из класса сульфонатов. Установлены участки активного центра ТДФ1 человека, наиболее важные для взаимодействия с субстратом и ингибиторами; идентифицированы новые сульфозамещенные ингибиторы, связывающиеся на данных участках.

Теоретическая и практическая значимость

Установленные в результате работы особенности строения активных центров ТК M. tuberculosis и ТДФ1 человека позволяют лучше понять механизм взаимодействия данных белков с субстратами и ингибиторами. Поскольку ТК является перспективной мишенью в терапии туберкулеза, а ТДФ1 - в противоопухолевой терапии, предпринятая разработка ингибиторов будет способствовать появлению новых лекарственных средств борьбы с данными социально значимыми заболеваниями.

Методология и методы исследования

Построение молекулярных моделей белков ТК и ТДФ1 для скрининга осуществляли на основе кристаллических структур в пакетах AmberTools и Amber (https://ambermd.org). Компьютерный скрининг ингибиторов осуществляли с использованием пакета ACD Labs (www.acdlabs.com), программы для докинга Lead Finder (www.moltech.ru), а также с помощью web-сервера структурной фильтрации vsFilt

(https://biokinet3.belozersky.msu.ru/vsfilt), разработанного автором для решения задач работы. Алгоритм vsFilt детектирует различные типы взаимодействий между тестируемой молекулой и белком-мишенью в смоделированном комплексе (водородные связи, ионные взаимодействия и др.) и позволяет отбирать лекарствоподобные соединения, способные к наиболее эффективному и специфическому связыванию. Экспериментальное

исследование активности ингибиторов, предсказанных автором, осуществлялось в отношении очищенных белков в НИИ физико-химической биологии имени Белозерского МГУ и Институте химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, а также в отношении штамма микобактерий в Центральном научно-исследовательском институте туберкулеза.

Положения, выносимые на защиту

1. В активном центре ТК M. tuberculosis идентифицирован гидрофобный кластер Ile211-Leu402-Phe464, отсутствующий в ТК человека, что обуславливает возможность разработки селективных ингибиторов.

2. Активный центр ТДФ1 содержит два обособленных участка, важных для связывания субстрата и ингибиторов: участок фосфотирозина и участок олигонуклеотида.

3. С помощью компьютерного скрининга и структурной фильтрации обнаружены ингибиторы ТК M. tuberculosis, содержащие сульфогруппу в качестве структурного аналога пирофосфатной группы кофермента.

4. С помощью компьютерного скрининга и структурной фильтрации выявлены новые ингибиторы ТДФ1 человека, содержащие сульфогруппу в качестве аналога фосфатной группы субстрата.

Степень достоверности

Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием современных методик моделирования и компьютерного скрининга, а также публикацией результатов в рецензируемых научных журналах международного уровня.

Личный вклад автора в проведение исследования

Основные результаты работы получены самим автором. Личный вклад заключается в следующем: анализ литературных данных, планирование и проведение компьютерных экспериментов, анализ полученных данных, представление результатов на конференциях, подготовка научных публикаций. Экспериментальное подтверждение активности предсказанных автором ингибиторов, дополняющее расчетные работы, было осуществлено специалистами НИИ физико-химической биологии имени Белозерского МГУ, Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН и Центрального научно-исследовательского института туберкулеза.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 4 статьи в рецензируемых журналах, индексируемых в базе данных WoS (в том числе 3 статьи в высокорейтинговых журналах квартиля Q1). Кроме того, получен патент на изобретение.

Статьи:

1. Gushchina I., Polenova A., Suplatov D., Svedas V., and Nilov D. vsFilt: A tool to improve virtual screening by structural filtration of docking poses. //Journal of Chemical Information and Modeling. - 2020. - V. 60. - P. 36923696; IF 4.549, квартиль Q1.

2. Гущина И.В., Нилов Д.К., Захаренко А.Л., Лаврик О.И., Швядас В.К. Моделирование структуры и скрининг ингибиторов тирозил-ДНК-фосфодиэстеразы 1 человека. //Acta Naturae. - 2017. - V. 9. - P. 62-69; IF

3. Zakharenko A., Luzina O., Koval O., Nilov D., Gushchina I., Dyrkheeva N., Svedas V., Salakhutdinov N., and Lavrik O. Tyrosyl-DNA phosphodiesterase 1 inhibitors: usnic acid enamines enhance the cytotoxic effect of camptothecin.

//Journal of Natural Products. - 2016. - V. 79. - P. 2961-2967; IF 3.281, квартиль Q1.

4. Dyrkheeva N., Luzina O., Filimonov A., Zakharova O., Ilina E., Zakharenko A., Kuprushkin M., Nilov D., Gushchina I., Svedas V., Salakhutdinov N., and Lavrik O. Inhibitory effect of new semisynthetic usnic acid derivatives on human tyrosyl-DNA phosphodiesterase 1. //Planta Medica. - 2019. - V. 85. -P. 103-111; IF 2.687, квартиль Q1.

Патент:

Нилов Д.К., Гущина И.В., Щербакова Т.А., Балдин С.М., Швядас В.К. Применение фурансульфонатов для ингибирования транскетолазы патогена Mycobacterium tuberculosis //Патент на изобретение RU 2703465 C1

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка сульфозамещенных ингибиторов транскетолазы и тирозил-ДНК-фосфодиэстеразы 1 с использованием методов биоинформатики и молекулярного моделирования»

Апробация работы

Часть материалов диссертации была защищена в 2019 году в рамках НКР, подготовленной во время обучения в аспирантуре факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ имени М.В. Ломоносова. Результаты работы были представлены на международных конференциях: «Moscow Conference on Computational Molecular Biology (MCCMB)» (Москва, 2015), «Bioinformatics of Genome Regulation and Structure (BGRS)» (Новосибирск, 2016), «Biocatalysis-2017: Fundamentals & Applications» (Истра, 2017), Международный форум «Биотехнология: состояние и перспективы развития. Науки о жизни (BIOTECH WORLD)» (Москва, 2018), 43-ий Конгресс FEBS (Прага, 2018), конференция «Chemical Biology» (Хайдельберг, 2018), IV Междисциплинарный симпозиум по медицинской, органической, биологической химии и фармацевтике «МОБИ-ХимФарма» (Новый Свет, 2018), 4-ая Российская конференция по медицинской химии «МедХим-2019» (Екатеринбург, 2019), XXVI Симпозиум «Биоинформатика и компьютерное конструирование лекарств» (Москва, 2020).

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Использование сульфонатов в медицинской химии

В последнее десятилетие в области медицинской химии наблюдается растущий интерес к сульфозамещенным соединениям, и на это есть несколько причин. Во-первых, введение сульфогруппы в структуру молекулы может существенно улучшить растворимость вещества, что часто требуется при оптимизации структуры малорастворимых лидерных соединений. Во-вторых, сульфогруппа является структурным аналогом, изостером карбоксильной группы1,2. При замене карбоксильной группы на сульфогруппу в природных соединениях и их аналогах можно рассчитывать на сохранение эффективного взаимодействия с биологической мишенью - белком, ферментом или рецептором. Структурное сходство сульфогруппы с фосфоновой и фосфатной группами также может быть использовано при дизайне ингибиторов3,4.

В медицинской практике используется несколько лекарственных препаратов на основе сульфоновых кислот, в том числе природная аминосульфокислота таурин и его структурные аналоги. Таурин (1) стимулирует регенеративные процессы в тканях и применяется при повреждениях роговицы, хрусталика и сетчатки (рис. 1-1)5,6,7,8,9. Структурный аналог таурина акампросат (2) применяется при лечении алкогольной зависимости. Предполагаемый механизм его действия основан на устранении дисбаланса между возбуждением и торможением нейронов, который возникает при хроническом употреблении алкоголя10,11,12. Этамзилат (3) используется как ангиопротекторное и гемостатическое средство, он способствует агрегации и адгезии тромбоцитов в месте повреждения сосудов, укрепляет стенки капилляров и нормализует их проницаемость13,14,15. Метамизол, торговое название «Анальгин» (4), является нестероидным противовоспалительным препаратом, ингибитором циклооксигеназы. Метамизол обладает обезболивающим и жаропонижающим действием,

механизм его действия связан с подавлением синтеза простагландинов16,17.

11

Сульфозаместитель был введен в структуру данной молекулы с целью улучшения растворимости и создания лекарственной формы для инъекций18,19.

Рис. 1-1. Сульфозамещенные соединения, используемые в медицинской практике.

Активно ведутся экспериментальные исследования ингибиторных свойств сульфонатов в качестве прототипов противобактериальных и противоопухолевых препаратов, в которых сульфогруппа образует специфические взаимодействия с белком-мишенью (рис. 1-2).

Производные таурина (5) селективно ингибируют нейраминидазу NanB, играющую важную роль в вирулентности бактерии Streptococcus pneumonia (IC50 = 38,9 мкМ). В данном случае сульфогруппа взаимодействует с аргининовой триадой и занимает положение карбоксильной группы субстрата, что обуславливает конкурентный механизм ингибирования20. Гидролаза HsaD из Mycobacterium tuberculosis участвует в метаболизме холестерина, который для бактерии является источником углерода. Соединение 6 подавляет активность HsaD со значением IC50 = 0,27 мМ21. Синтаза CrtM из Staphylococcus aureus принимает участие в биосинтезе золотистого каротиноидного пигмента, который является антиоксидантом и важным

о" хО

3

фактором вирулентности. Миметик субстрата 7 ингибирует активность CrtM (K = 1,5 нМ), а также подавляет пигментацию S. aureus. Кристаллографический анализ показал, что сульфогруппа данного соединения вовлечена в координационные связи с ионом магния .

Антрахинондисульфоновая кислота (8) является конкурентным ингибитором 5'-нуклеотидазы cN-II, вовлеченной в формирование устойчивости раковых клеток к цитотоксичным аналогам нуклеозидов. Одна из сульфогрупп данного соединения является миметиком фосфатной группы субстрата23. Производное 9 ингибирует экто-5'-нуклеотидазу (прогностический маркер рака молочной железы) со значением IC50 = 1,32 мкМ и предположительно образует координационные связи с ионом цинка24. Похожее по структуре соединение 10 ингибирует пролиферацию фибробластов (IC50 = 265 мкМ)25. Производное 11 является ингибитором нуклеозидтрифосфатдифосфогидролазы (Ki = 12,8 мкМ), участвующей в превращении внеклеточного ATP в аденозин - универсальный иммуносупрессор. Такие ингибиторы потенциально способны укреплять противоопухолевый иммунитет и подавлять неоангиогенез26.

о

7

o=s=o 11 I.

О

Рис. 1-2. Сульфозамещенные соединения - экспериментальные противобактериальные и противоопухолевые ингибиторы.

1.2 Строение и функция транскетолазы

Согласно данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ)27, туберкулез является одной из 10 основных причин смертности в мире, а также занимает первое место по смертности среди инфекционных заболеваний, превосходя в этом отношении ВИЧ/СПИД. Ежегодно туберкулезом заболевает порядка 10 млн человек, что приводит к смерти порядка 1,5 млн человек. Туберкулез - заразное респираторное заболевание, возбудителем которого является бактерия Mycobacterium tuberculosis. Данной бактерией

инфицировано около четверти всех людей в мире, однако активная форма заболевания развивается только у 5-15 % из них. К факторам, повышающим риск смертности от туберкулеза, относятся ВИЧ/СПИД, а также новая коронавирусная инфекция COVID-1928.

Во многих случаях туберкулез излечим с помощью таких антибиотиков, как рифампицин и изониазид, однако у некоторых пациентов развивается резистентность к лечению. Множественная лекарственная устойчивость -основная проблема в борьбе с туберкулезом. В 2019 году она была выявлена у 3,3 % новых заболевших и 17,7 % уже наблюдаемых пациентов по всему миру. Россия занимает третье место по числу пациентов с множественной лекарственной устойчивостью к туберкулезу27: устойчивость наблюдается в более, чем 50 % случаев (39 из 73 тысяч пациентов в 2019 году, https://worldhealthorg.shinyapps.io/tb_profiles/). Новые лекарства,

направленные на преодоление резистентности, требуют продолжительного лечения и характеризуются широким спектром побочных эффектов29. Кроме того, существуют штаммы, обладающие широкой лекарственной устойчивостью даже к препаратам нового поколения, таким как фторхинолоны30. Поэтому разработка новых эффективных и безопасных противотуберкулезных лекарств остается актуальной задачей.

Транскетолаза (ТК) - ключевой фермент пентозофосфатного пути метаболизма углеводов, который присутствует практически во всех исследованных тканях животного и растительного происхождения, а также у прокариот, таких как M. tuberculosis. Вместе с трансальдолазой ТК обеспечивает взаимопревращение между фосфосахарами с различной длиной углеродной цепи в неокислительной части пентозофосфатного пути (рис. 1-3а)31'32'33.

Рис. 1-3. Роль ТК в биохимических процессах. (а) схема пентозофосфатного пути и роль его основных продуктов, (б) роль ТК в синтезе компонентов клеточной стенки M. tuberculosis. ТА - трансальдолаза, Р - фосфат.

Пентозофосфатный путь является альтернативным путем окисления

глюкозы и служит для получения двух важных исходных соединений для

анаболических процессов: NADPH, необходимый для биосинтеза жирных

кислот и стероидов, и рибозо-5-фосфат, который является предшественником

при синтезе нуклеотидов. При недостатке NADPH в клетке, глюкоза

вовлекается в окислительную часть пентозофосфатного пути вместо

гликолиза, а затем осуществляются прямые реакции неокислительной части.

При этом из 6 молекул рибулозо-5-фосфата образуется 5 молекул фруктозо-6-

16

фосфата, который может быть либо вовлечен в гликолиз с дальнейшим получением энергии в форме ATP, либо изомеризован до глюкозо-6-фосфата, который снова используется для получения NADPH. Многократное повторение реакций пентозофосфатного цикла позволяет окислить 1 молекулу глюкозо-6-фосфата до 6 молекул СО2 с образованием 12 молекул NADPH32. Однако в случае высокой потребности клетки в пентозофосфатах, например, при активном делении, продукты гликолиза используются для обратных реакций неокислительной части с образованием рибозо-5-фосфата (рис. 1-3а).

Было показано, что более 85 % рибозы в составе нуклеиновых кислот быстро делящихся раковых клеток человека образуется за счет активности ТК и трансальдолазы в неокислительной части пентозофосфатного пути. В связи с этим, ТК человека представляет интерес с точки зрения противоопухолевой терапии34. Кроме того, продуктом транскетолазной реакции является эритрозо-4-фосфат, который включается в биосинтез ароматических аминокислот: триптофана, фенилаланина и тирозина (рис. 1-3а). Мутанты Escherichia coli и Saccharomyces cerevisiae с нарушенной активностью ТК нуждаются в получении шикимовой кислоты и ароматических аминокислот извне35,36.

Путем мутагенеза была продемонстрирована необходимость пентозофосфатного пути для жизнедеятельности M. tuberculosis37. Продукты пентозофосфатного пути вовлечены в критичный для выживания микобактерии путь биосинтеза декапренил-фосфо^-арабинофуранозы -единственного предшественника D-арабинозы, необходимой для строительства клеточной стенки (рис. 1-3б). Ингибирование декапренил-фосфо-арабинозного пути рассматривается как способ подавления роста бактерии и лечения туберкулеза3839. ТК катализирует реакцию образования рибозо-5-фосфата из седогептулозо-7-фосфата, которая является первым шагом в пути биосинтеза арабиногалактана и липоарабиноманнана клеточной стенки. Ключевая роль ТК в данном процессе и жизнедеятельности M.

tuberculosis как вне, так и внутри клеток человека была доказана путем подавления экспрессии данного фермента40.

Наиболее подробно строение и каталитический механизм были исследованы для ТК из дрожжей S. cerevisiae, являющихся удобным модельным объектом31,41, в то время как свойства ТК из M. tuberculosis на данный момент малоизучены, а ее единственная кристаллическая структура была получена в 2012 году42. ТК катализирует двухстадийную реакцию переноса двухуглеродного фрагмента с кетосахаров (субстратов-доноров) на альдозы (субстраты-акцепторы). Белок является гомодимером, содержащим два активных центра: они образованы остатками обоих мономеров и работают в противофазе согласно «пинг-понг» механизму, что сопровождается небольшими конформационными изменениями. В каждом активном центре располагается кофермент тиаминдифосфат и ион двухвалентного металла -магния (в случае ТК человека и, предположительно, ТК M. tuberculosis) или кальция (в случае ТК дрожжей), в координировании которого принимает участие пирофосфатная группа кофермента (рис. 1-4)43,44,45. Полагают, что ионы магния удобнее использовать в исследовании кинетики ТК, а кальция -для получения ее кристаллографических структур. Для дрожжевой ТК было показано, что при использовании ионов магния два активных центра холофермента ТК полностью эквивалентны, в то время как использование ионов кальция сопряжено с кооперативными эффектами46.

Рис. 1-4. Общий вид структуры ТК M. tuberculosis (PDB ID 3rim). Белым и розовым показаны две субъединицы в составе гомодимера, кофермент тиаминдифосфат показан синим цветом, ион магния - зеленым.

В ходе катализа расщепление кетосахаров происходит по С-С связи кетогруппы. Чтобы кетоза ковалентно связалась с тиазольным кольцом кофермента, необходима его активация путем депротонирования С2-атома при участии остатка Glu441 (рис. 1-5а). Активированный кофермент образует ковалентную связь с субстратом-донором с последующим высвобождением альдозы - первого продукта. В результате образуется центральный интермедиат реакции дигидроксиэтилтиаминдифосфат, который способен связаться с альдозой-акцептором для передачи двухуглеродного фрагмента (рис. 1-5б)31.

Рис. 1-5. Каталитический механизм ТК. (а) активация кофермента тиаминдифосфата, (б) превращение субстрата-донора Б-седогептулозо-7-фосфата (S7P) и субстрата-акцептора D-глицеральдегид-З-фосфата (G3P) в D-рибозо-5-фосфат (R5P) и D-ксилулозо-З-фосфат (X5P).

В литературе не описано ни одного противобактериального ингибитора

ТК из M. tuberculosis, в то время как уже давно ведется поиск

противоопухолевых ингибиторов ТК человека. Наиболее известным

ингибитором ТК человека является окситиамин - аналог тиаминдифосфата, не

имеющий пирофосфатной группы. Хотя окситиамин подавляет

ферментативную активность in vivo41, он является достаточно слабым

ингибитором (IC5o = 8 мМ)48. Описано еще несколько ингибиторов ТК

человека: миметиков тиаминдифосфата49,50,51, аналогов субстрата52, а также

соединений, связывающихся в области контакта мономеров ТК48. Для

наиболее сильных ингибиторов ТК человека (IC50 порядка 4 мкМ),

обнаруженных в ходе in vitro скрининга, механизм ингибирования не

установлен53. Также были обнаружены ингибиторы ТК из Plasmodium

20

falciparum (IC50 = 72 мкМ)54 и E. coli (IC50 = 63 мкМ)55. Ингибиторы ТК человека окситиамин и 5-бензил-3-фенилпиразоло[1,5-а]пиримидин-7(4Н)-он были исследованы в отношении ТК M. tuberculosis, однако не проявили активности в отношении данного фермента42.

Таким образом, актуальной задачей является выявление классов химических соединений, способных ингибировать ТК из M. tuberculosis. Разработку ингибиторов первого поколения разумно начать со структурных аналогов тиаминдифосфата, ввиду возможности образования большого числа взаимодействий с участком связывания кофермента на белковой поверхности. В частности, пирофосфатная группа кофермента координирует ион магния и образует сеть водородных связей с основными и боковыми цепями нескольких аминокислотных остатков42. Однако низкомолекулярные вещества, содержащие пирофосфатную или фосфатную группу, склонны к гидролизу и плохо проникают внутрь клеток56,а. Например, тиаминдифосфат в организме человека подвергается дефосфорилированию в желудочно-кишечном тракте, а затем заново фосфорилируется внутриклеточными киназами56^. Поэтому при дизайне аналогов тиаминдифосфата в качестве ингибиторов ТК M. tuberculosis стоит попробовать произвести изостерическую замену пирофосфата на более подходящий заместитель (например, сульфогруппу), способный образовать ключевые взаимодействия с активным центром. При этом селективность по отношению к бактериальному ферменту может быть достигнута путем оптимизации остальной части подобного ингибитора, связывающейся за пределами участка пирофосфата.

1.3 Строение и функция тирозил-ДНК-фосфодиэстеразы 1

Согласно отчету ВОЗ57, онкологические заболевания являются второй

после сердечно-сосудистых заболеваний причиной смертности в мире. В 2018

году рак стал причиной 9,6 млн смертей. Наиболее распространены рак

легких, груди и толстого кишечника, по числу смертей наиболее опасными

являются рак легких, толстого кишечника и желудка. Каждый вид рака требует

21

индивидуального подхода и, зачастую, комбинации нескольких методов лечения. Классическими методами являются хирургическое удаление опухоли, радиотерапия и химиотерапия. В Примерном перечне ВОЗ основных лекарственных средств58 3 5 из 460 препаратов относятся к цитотоксическим и адъювантным противораковым химиопрепаратам.

Химио- и лучевая терапия онкологических заболеваний направлена на индукцию повреждений ДНК, однако раковые клетки зачастую приобретают резистентность благодаря способности к активации механизмов репарации59,60. В связи с этим, ингибирование ферментов репарации ДНК является перспективным путем увеличения эффективности традиционных методов противораковой терапии61,62. Тем не менее, фармакологическое применение ингибиторов репарации ДНК на данный момент ограничено по причине неоптимальных фармакокинетических свойств и/или наличия серьезных побочных эффектов.

Для снятия локальных напряжений ДНК-спирали в процессе репликации и транскрипции необходимо внесение одноцепочечных разрывов, которое осуществляется топоизомеразой 1 (Topi)63. В результате этого образуется ковалентная связь между фосфатом на 3'-конце ДНК и боковой группой каталитического тирозина Topi. Разорванная цепь с ковалентно присоединенным белком может свободно вращаться вокруг комплементарной цепи для восстановления правильной спирализации. Затем Topi осуществляет обратную реакцию, восстанавливая структуру ДНК. В нормальных условиях скорость сшивания цепи с помощью Topi выше, чем скорость образования разрывов64.

Под воздействием определенных факторов, таких как повреждение

азотистых оснований, разрывы цепи, а также ингибирование Top1

химиопрепаратами (иринотекан и др.), ковалентные комплексы ДНК с Topi

могут стабилизироваться и накапливаться65,66. Для восстановления исходной

структуры ДНК и обеспечения репликации такие комплексы гидролизуются с

22

помощью специального фермента репарации тирозил-ДНК-фосфодиэстеразы

1 (ТДФ1) (рис. 1-6)

,67,68,69

который локализован в ядре клеток человека и

других эукариотических организмов

70

Рис. 1-6. Роль ТДФ1 в репарации ДНК и развитии резистентности к противоопухолевой химиотерапии ингибиторами Topi.

Субстратом ТДФ1 служит предварительно подвергшийся частичному протеолизу комплекс Topi-ДНК, в котором Topi представлена в виде короткого пептидного фрагмента71. Ковалентные комплексы с 3'-концевой группой ДНК могут образовываться не только при реакции с Topi. Так, к 3'-фосфату могут быть присоединены гликоляты, образующиеся под воздействием ионизирующей радиации72. Этим можно объяснить достаточно широкую субстратную специфичность ТДФ1. Распознаваемая ТДФ1 нуклеотидная последовательность, также варьируется, поскольку Top1-индуцированные повреждения могут образовываться на различных участках ДНК (однако известно, что Top1 с большей вероятностью вносит разрывы по З'-фосфодиэфирной связи тимидина)73. Активный центр ТДФ1 располагается в центральной части субстрат-связывающей бороздки. Узкий участок бороздки с одной стороны от активного центра (в котором располагается 3'-фосфатная группа) положительно заряжен и участвует в связывании цепи ДНК. Более широкий участок бороздки с противоположной стороны связывает пептидный фрагмент субстрата (рис. 1 -7).

Рис. 1-7. Кристаллическая структура аналога фермент-субстратного комплекса ТДФ1 (PDB ID inop). Олигопептид выделен синим цветом, олигонуклеотид - красным, зеленым выделен расположенный в активном центре ванадат-ион, имитирующий З'-фосфатную группу.

В активном центре ТДФ1 положение 3'-фосфатной группы субстрата стабилизируется водородными связями с заряженными остатками Lys265 и Lys495. Карбоксамидные группы Asn283 и Asn516, вероятно, также вовлечены в связывание фосфата74,75. Расщепление фосфодиэфирной связи между 3'-фосфатом и остатком тирозина осуществляется с помощью боковых цепей His263 и His493 по механизму SN2 (рис. i-8)76,77. В результате нуклеофильной атаки His263 образуется переходное состояние с фосфатом в конформации тригональной бипирамиды (в апикальных вершинах располагаются №2-атом His263 и тирозильный кислород). Остаток His493 выступает в роли донора протона для тирозила в составе уходящей группы. В результате образуется интермедиат, в котором фосфат и His263 связаны ковалентной (фосфоамидной) связью. Эта связь разрушается на следующем этапе с помощью молекулы воды, активированной остатком His493. Такой механизм получил название линейного («in-line») переноса фосфатной группы76.

Протонирование К51-атомов И1б263 и И1б493 стабилизируется водородными связями с боковыми цепями 01и538 и 01п294 соответственно. При этом непротонированное состояние №2-атома И1б263 может быть обусловлено близким расположением заряженных аминогрупп Ьув265 и Ьув495, а заряженное состояние И1б493 - близостью боковой цепи Лвр288.

Рис. 1-8. Каталитический механизм ТДФ1. Остатки Ьув265, Лбп283, Ьув495 и Лбп516 связывают фосфатную группу субстрата, в ходе реакции осуществляется нуклеофильная атака остатком И1б263 и перенос протона с И1б493 на уходящую группу. Стрелками показаны направления смещения электронной плотности в ходе катализа.

Камптотецин и его производные (иринотекан, топотекан) стабилизируют образование ковалентных комплексов Topi-ДНК и используются для повреждения ДНК опухолевых клеток (см. рис. 1-6)65. Иринотекан применяется в терапии рака толстого кишечника, а топотекан - в терапии рака легких, яичников и шейки матки78. Таким образом, преодоление резистентности к данным препаратам может способствовать борьбе с наиболее опасными типами опухолей. Подавление репарации комплексов Topi-ДНК с помощью ингибиторов ТДФ1 является перспективным путем усиления противоопухолевого действия камптотецинов (что подтверждается высокой чувствительностью ТДФ1-дефицитных клеток к химиотерапии)79,80.

Наиболее сильные ингибиторы ТДФ1 ванадат- и вольфрамат-ионы, VO43- и WO42-, образуют координационную связь с His263 и имитируют переходное состояние реакции. Однако данные соединения токсичны для клеток и используются, в основном, для кристаллизации ТДФ1 с различными олигонуклеотидами и пептидными фрагментами с целью исследования каталитического механизма73,76. Ряд ингибиторов ТДФ1 был обнаружен путем in vitro скрининга библиотек низкомолекулярных соединений среди производных стероидов8^82,83, монотерпеноидов84,85,86,87, инденоизохинолинов

и оксинитидинов, ингибирующих одновременно ТДФ1 и Topi

88,89,90,9i,92

" 93 94 95 96 97

производных усниновои кислоты93 94 95, нуклеозидов 9,

дегидроабиэтиламинов98,99 и др.100,101,102,10з,104,105,юб,107,108 (табд. 1-1).

Перечисленные соединения, предположительно, конкурируют за участок связывания субстрата, однако структуры фермент-ингибиторных комплексов неизвестны, и не вполне понятна природа взаимодеиствии изученных ингибиторов с остатками активного центра. Исследование взаимодействия некоторых ингибиторов с ТДФ1 с использованием молекулярного докинга привело к противоречивым результатам, которые плохо согласовались с экспериментальными данными по ингибиторной активности соединений90,103.

Разработка ингибиторов ТДФ1 на данный момент далека от доклинической или клинической стадии, поэтому необходим дальнейший поиск новых классов соединений, основанный на понимании каталитического механизма. При дизайне конкурентных ингибиторов ТДФ1 имеет смысл опробовать использование сульфогруппы в качестве изостерического аналога фосфатной группы субстрата для образования специфических взаимодействий в активном центре, поскольку сульфозаместитель является акцептором водородных связей и имеет тетраэдрическое строение.

Табл. 1-1. Известные ингибиторы ТДФ1.

Структура 1С5о, мкМ Источник, год

7,7 ± 0,8

81, 2009

0,29 ± 0,12

82, 2018

о1

о

0,27

83, 2020

н

н

3,5 ± 0,6

84, 2018

0,75 ± 0,07

85, 2020

0,675 i 0,007

86

0,62

2016

87

2020

7,0

88

5,0 i 1,4

1,52 i 0,05

1,0-12,0

1,0-12,0

2018

89

2013

90

2012

91

2014

92

2015

0,063 i 0,002

0,026 i 0,011

93

2018

94

2019

0,010 i 0,0004

95

2020

0,9 i 0,1

96

0,6 i 0,9

2018

97

2020

0,19 i 0,09

98

0,10 i 0,04

2020

99

2019

1,24 i 0,02

100

2018

1,2 i 0,3

1,0

0,87

0,53 i 0,01

0,5 i 0,1

0,36 i 0,20

0,22 i 0,03

0,11

101

102

2007

2017

103

2012

104

2020

105

2015

106

2009

107

2015

108

2014

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

При подготовке данного раздела диссертации использована публикация, выполненная автором в соавторстве, в которой, согласно Положению о присуждении ученых степеней в МГУ, отражены основные результаты, положения и выводы исследования: Gushchina I., Polenova A., Suplatov D., Svedas V., and Nilov D. vsFilt: A tool to improve virtual screening by structural filtration of docking poses. //Journal of Chemical Information and Modeling. -2020. - V. 60. - P. 3692-3696. Основная часть программы, которой посвящена публикация, была написана автором для выполнения задач скрининга инибиторов ТК и ТДФ1 на языке программирования Perl109.

2.1 Построение моделей ферментов

Полноатомная модель ТК M. tuberculosis была построена на основе кристаллической структуры PDB ID 3rim (ID в Protein Data Bank)42, модель ТК человека - на основе структуры 3mos110, модель ТДФ1 человека - на основе структуры 1nop77 с использованием методов молекулярного моделирования111,112. Визуальный анализ полученных моделей проводили в программе VMD 1.9.2 (www.ks.uiuc.edu/Research/vmd/)113.

При построении молекулярных моделей ТК учитывали протонирование остатков гистидина, а также двух незаряженных остатков глутамата Glu182 и Glu441 в активном центре. Добавление атомов водорода осуществляли на основании литературных данных по строению активного центра ТК дрожжей31, данных, полученных с помощью сервера H++, предсказывающего положение атомов водорода в белке (http://biophysics.cs.vt.edu/), а также на основе визуального анализа молекулярного окружения гистидинов.

В программе tleap из пакета AmberTools 1.2 (http://ambermd.org/#AmberTools) к кристаллографическим структурам ТК добавляли атомы водорода, а затем помещали их в прямоугольные ячейки с растворителем (модель воды TIP3P, минимальное расстояние от белка до края

ячейки 12 Á). Для нейтрализации отрицательного суммарного заряда, обусловленного ионогенными группами белка, в ячейки добавляли ионы натрия. Для описания молекулы кофермента тиаминдифосфата подбирали подходящие параметры из силового поля gaff114- При этом учитывался положительный заряд на тиазольном кольце тиаминдифосфата и депротонированное состояние атомов азота в аминопиримидиновом кольце, что соответствует предшествующему активации состоянию кофермента и учитывает протонирование окружающих аминокислотных остатков (см. рис. 1-5а)115.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Гущина Ирина Владимировна, 2021 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ballatore C., Huryn D.M., and Smith 3rd A.B. Carboxylic acid (bio) isosteres in drug design. //ChemMedChem. - 2013. - V. 8. - P. 385.

2. Lassalas P., Gay B., Lasfargeas C., James M.J., V.Tran, Vijayendran K.G., Brunden K.R., Kozlowski M.C., Thomas C.J., Smith 3rd A.B., Huryn D.M., and Ballatore C. Structure property relationships of carboxylic acid isosteres. //J. Med. Chem. - 2016. - V. 59. - P. 3183-3203.

3. Patani G.A. and LaVoie E.J. Bioisosterism: a rational approach in drug design. //Chem. Rev. - 1996. - V. 96. - P. 3147-3176.

4. Macchiarulo A. and Pellicciari R. Exploring the other side of biologically relevant chemical space: insights into carboxylic, sulfonic and phosphonic acid bioisosteric relationships. //J. Mol. Graph. Model. - 2007. - V. 26. - P. 728-739.

5. Lima L. and Cubillos S. Taurine might be acting as a trophic factor in the retina by modulating phosphorylation of cellular proteins. //J. Neurosci. Res. - 1998. - V. 53. - P. 377-384.

6. Lima L., Obregon F., Cubillos S., Fazzino F., and Jaimes I. Taurine as a micronutrient in development and regeneration of the central nervous system. //Nutr. Neurosci. - 2001.

- V. 4. - P. 439-443.

7. Chen K., Zhang Q., Wang J., Liu F., Mi M., Xu H., Chen F., and Zeng K. Taurine protects transformed rat retinal ganglion cells from hypoxia-induced apoptosis by preventing mitochondrial dysfunction. //Brain Res. - 2009. - V. 1279. - P. 131-138.

8. Ripps H. and Shen W. Taurine: a "very essential" amino acid. //Mol. Vis. - 2012. - V. 18. - P. 2673.

9. Hadj-Said W., Fradot V., Ivkovic I., Sahel J.A., Picaud S., and Froger N. Taurine promotes retinal ganglion cell survival through GABA B receptor activation. //Adv. Exp. Med. Biol. - 2017. - V. 975. - P. 687-701.

10. Jonas D.E., Amick H.R., Feltner C., Bobashev G., Thomas K., Wines R., Kim M.M., Shanahan E., Gass C.E., Rowe C.J., and Garbutt J.C. Pharmacotherapy for adults with alcohol use disorders in outpatient settings: a systematic review and meta-analysis. //Jama.

- 2014. - V. 311. - P. 1889-1900

11. Kalk N.J. and Lingford-Hughes A.R. The clinical pharmacology of acamprosate. //Br. J. Clin. Pharmacol. - 2014. - V. 77. - P. 315-323.

12. Plosker G.L. Acamprosate: a review of its use in alcohol dependence. //Drugs. - 2015.

- V. 75. - P. 1255-1268.

13. Hunt R.W. Etamsylate for prevention of periventricular haemorrhage. //Arch. Dis. Child. Fetal. Neonatal. Ed. - 2005. - V. 90. - P. F3-F5.

14. Garay R.P., Chiavaroli C., and Hannaert P. Therapeutic efficacy and mechanism of action of ethamsylate, a long-standing hemostatic agent. //Am. J. Ther. - 2006. - V. 13. -P. 236-247.

15. Cobo-Nuñez M.Y., Assar M.El, Cuevas P., Sánchez-Ferrer A., Martínez-González J., Rodríguez-Mañas L., and Angulo J. Haemostatic agent etamsylate in vitro and in vivo antagonizes anti-coagulant activity of heparin. //Eur. J. Pharmacol. - 2018. - V. 827. - P. 167-172.

16. Hinz B., Cheremina O., Bachmakov J., Renner B., Zolk O., Fromm M.F., and Brune K. Dipyrone elicits substantial inhibition of peripheral cyclooxygenases in humans: new insights into the pharmacology of an old analgesic. //FASEB J. - 2007. - V. 21. - P. 23432351

17. Andrade S., Bartels D.B., Lange R., Sandford L., and Gurwitz J. Safety of metamizole: a systematic review of the literature. //J. Clin. Pharm. Ther. - 2016. - V. 41. - P. 459-477.

18. Vlahov V., Badian M., Verho M., and Bacracheva N. Pharmacokinetics of metamizol metabolites in healthy subjects after a single oral dose of metamizol sodium. //Eur. J. Clin. Pharmacol. - 1990. - V. 38. - P. 61-65.

19. Ergün H., Frattarelli D.A.C., and Aranda J.V. Characterization of the role of physicochemical factors on the hydrolysis of dipyrone. //J. Pharm. Biomed. Anal. - 2004.

- V. 35. - P. 479-487.

20. Brear P., Telford J., Taylor G.L., and Westwood N.J. Synthesis and Structural Characterisation of Selective Non-Carbohydrate-Based Inhibitors of Bacterial Sialidases. //ChemBioChem. - 2012. - V. 13. - P. 2374-2383.

21. Ryan A., Polycarpou E., Lack N.A., Evangelopoulos D., Sieg C., Halman A., Bhakta S., Eleftheriadou O., McHugh T.D., Keany S., Lowe E.D., Ballet R., Abuhammad A., Jacobs W.R.Jr., Ciulli A., and Sim E. Investigation of the mycobacterial enzyme HsaD as a potential novel target for anti-tubercular agents using a fragment-based drug design approach. //Br. J. Pharmacol. - 2017. - V. 174. - P. 2209-2224.

22. Liu C.I., Liu G.Y., Song Y., Yin F., Hensler M.E., Jeng W.Y., Nizet V., Wang A.H.,

and Oldfield E. A cholesterol biosynthesis inhibitor blocks Staphylococcus aureus

virulence. //Science. - 2008. - V. 319. - P. 1391-1394.

97

23. Jordheim L.P., Marton Z., Rhimi M., Cros-Perrial E., Lionne C., Peyrottes S., Dumontet C., Aghajari N., and Chaloin L. Identification and characterization of inhibitors of cytoplasmic 5'-nucleotidase cN-II issued from virtual screening. //Biochem. Pharmacol. - 2013. - V. 85. - P. 497-506.

24. Iqbal J., Saeed A., Raza R., Matin A., Hameed A., Furtmann N., Lecka J., Sévigny J., and Bajorath J. Identification of sulfonic acids as efficient ecto-5'-nucleotidase inhibitors. //Eur J. Med. Chem. - 2013. - V. 70. - P. 685-691.

25. Fernández-Tornero C., Lozano R.M., Redondo-Horcajo M., Gómez A.M., López J.C., Quesada E., Uriel C., Valverde S., Cuevas P., Romero A., and Giménez-Gallego G. Leads for development of new naphthalenesulfonate derivatives with enhanced antiangiogenic activity: crystal structure of acidic fibroblast growth factor in complex with 5-amino-2-naphthalenesulfonate. //J. Biol. Chem. - 2003. - V. 278. - P. 21774-21781.

26. Zebisch M., Baqi Y., Schäfer P., Muller C.E., and Sträter N. Crystal structure of NTPDase2 in complex with the sulfoanthraquinone inhibitor PSB-071. //J. Struct. Biol. -2014. - V. 185. - P. 336-341.

27. World Health Organization. Global tuberculosis report 2020. //World Health Organization, Geneva. - 2020.

28. World Health Organization. World Health Organization (WHO) information note: tuberculosis and COVID-19. //World Health Organization, Geneva. - 2020.

29. World Health Organization. WHO consolidated guidelines on tuberculosis. Module 4: treatment. Drug-resistant tuberculosis treatment. //World Health Organization, Geneva. -2020.

30. World Health Organization. Meeting report of the WHO expert consultation on the definition of extensively drug-resistant tuberculosis, 27-29 October 2020. //World Health Organization, Geneva. - 2021.

31. Kochetov G.A. and Solovjeva O.N. Structure and functioning mechanism of transketolase. //Biochim. Biophys. Acta. - 2014. - V. 1844. - P. 1608-1618.

32. Кольман Я. и Рем К.-Г. Наглядная биохимия (под ред. Решетова П.Д. и Соркиной Т.И.) //М.: Бином. Лаборатория знаний. - 2012. - C. 154-155.

33. Stincone A., Prigione A., Cramer T., Wamelink M.M., Campbell K., Cheung E., Olin-Sandoval V., Grüning N.M., Krüger A., Tauqeer A.M., and Keller M.A. The return of metabolism: biochemistry and physiology of the pentose phosphate pathway. //Biol. Rev. Camb. Philos. Soc. - 2015. - V. 90. - P. 927-963.

34. Boros L.G., Puigjaner J., Cascante M., Lee W.N.P., Brandes J.L., Bassilian S., Yusuf F.I., Williams R.D., Muscarella P., Melvin W.S., and Schirmer W. J. Oxythiamine and dehydroepiandrosterone inhibit the nonoxidative synthesis of ribose and tumor cell proliferation. //Cancer Res. - 1997. - V. 57. - P. 4242-4248.

35. Josephson B.L. and Fraenkel D.G. Transketolase mutants of Escherichia coli. //J. Bacteriol. - 1969. - V. 100. - P. 1289-1295.

36. Sundstrom M., Lindqvist Y., Schneider G., Hellman U., and Ronne H. Yeast TKL1 gene encodes a transketolase that is required for efficient glycolysis and biosynthesis of aromatic amino acids. //J. Biol. Chem. - 1993. - V. 268. - P. 24346-24352.

37. Sassetti C.M., Boyd D.H., and Rubin E.J. Genes required for mycobacterial growth defined by high density mutagenesis. //Mol. Microbiol. - 2003. - V. 48. - P. 77-84.

38. Wolucka B.A. Biosynthesis of D-arabinose in mycobacteria - a novel bacterial pathway with implications for antimycobacterial therapy. //FEBS J. - 2008. - V. 275. - P. 2691-2711.

39. Kolly G.S., Boldrin F., Sala C., Dhar N., Hartkoorn R., Ventura M., Serafini A., McKinney J., Manganelli R., and Cole S. Assessing the essentiality of the decaprenyl-phospho-d-arabinofuranose pathway in Mycobacterium tuberculosis using conditional mutants. //Mol. Microbiol. - 2014. - V. 92. - P. 194-211.

40. Kolly G.S., Sala C., Vocat A., and Cole S.T. Assessing essentiality of transketolase in Mycobacterium tuberculosis using an inducible protein degradation system. //FEMS Microbiol. Lett. - 2014. - V. 358. - P. 30-35.

41. Solovjeva O.N., Kovina M.V., Zavialova M.G., Zgoda V.G., Shcherbinin D.S., and Kochetov G.A. The mechanism of a one-substrate transketolase reaction. //Biosci. Rep. -2020. - V. 40.

42. Fullam E., Pojer F., Bergfors T., Jones T.A., and Cole S.T. Structure and function of the transketolase from Mycobacterium tuberculosis and comparison with the human enzyme. //Open Biol. - 2012. - V. 2. - P. 110026.

43. Jung E.H., Takeuchi T., Nishino K., and Itokawa, Y. Studies on the nature of thiamine pyrophosphate binding and dependency on divalent cations of transketolase from human erythrocytes. //Int. J. Biochem. - 1988. - V. 20. - P. 1255-1259.

44. Schenk G., Duggleby R.G., and Nixon P.F. Properties and functions of the thiamin diphosphate dependent enzyme transketolase. //Int. J. Biochem. Cell Biol. - 1998. - V. 30. - P. 1297-1318.

45. Kochetov G.A. and Philippov P.P. Calcium: cofactor of transketolase from baker's yeast. //Biochem. Biophys. Res. Commun. - 1970. - V. 38. - P. 930-933.

46. Kochetov G.A. and Sevostyanova I.A. Functional nonequivalence of transketolase active centers. //IUBMB Life. - 2010. - V. 62. - P. 797-802.

47. Ra'is B., Comin B., Puigjaner J., Brandes J.L., Creppy E., Saboureau D., Ennamany R., Paul Lee W.N., Boros L.G., and Cascante M. Oxythiamine and dehydroepiandrosterone induce a G1 phase cycle arrest in Ehrlich's tumor cells through inhibition of the pentose cycle. //FEBS Lett. - 1999. - V. 456. - P. 113-118.

48. Obiol-Pardo C., Alcarraz-Vizan G., Cascante M., and Rubio-Martinez J. Diphenyl urea derivatives as inhibitors of transketolase: a structure-based virtual screening. //PloS One. -2012. - V. 7. - P. e32276.

49. Le Huerou Y., Gunawardana I., Thomas A.A., Boyd S.A., de Meese J., Gonzales S.S., Han M., Hayter L., Kaplan T., Lemieux C., and Lee P. Prodrug thiamine analogs as inhibitors of the enzyme transketolase. //Bioorg. Med. Chem. Lett. - 2008. - V. 18. - P. 505-508.

50. Thomas A.A., De Meese J., Le Huerou Y., Boyd S.A., Romoff T.T., Gonzales S.S., Gunawardana I., Kaplan T., Sullivan F., Condroski K., and Lyssikatos J. P. Non-charged thiamine analogs as inhibitors of enzyme transketolase. //Bioorg. Med. Chem. Lett. - 2008.

- V. 18. - P. 509-512.

51. Thomas A.A., Le Huerou Y., De Meese J., Gunawardana I., Kaplan T., Romoff T.T., Gonzales S.S., Condroski K., Boyd S.A., Ballard J., and Bernat B. Synthesis, in vitro and in vivo activity of thiamine antagonist transketolase inhibitors. //Bioorg. Med. Chem. Lett.

- 2008. - V. 18. - P. 2206-2210.

52. Solovjeva O.N. and Kochetov G.A. Inhibition of transketolase by p-hydroxyphenylpyruvate. //FEBS Lett. - 1999. - V. 462. - P. 246-248.

53. Du M.X., Sim J., Fang L., Yin Z., Koh S., Stratton J., Pons J., Wang J.J., and Carte B. Identification of novel small-molecule inhibitors for human transketolase by high-throughput screening with fluorescent intensity (FLINT) assay. //J. Biomol. Screen. -2004. - V. 9. - P. 427-433.

54. Sharma M., Chauhan K., Chauhan S.S., Kumar A., Singh S.V., Saxena J.K., Agarwal P., Srivastava K., Kumar S.R., Puri S.K., and Shah P. Synthesis of hybrid 4-anilinoquinoline triazines as potent antimalarial agents, their in silico modeling and bioevaluation as Plasmodium falciparum transketolase and P-hematin inhibitors. //Med. Chem. Comm. - 2012. - V. 3. - P. 71-79.

55. Aymard C.M., Halma M., Comte A., Mousty C., Prevot V., Hecquet L., Charmantray F., Blum L.J., and Doumeche, B. Innovative Electrochemical Screening Allows Transketolase Inhibitors to Be Identified. //Anal. Chem. - 2018. - V. 90. - P. 9241-9248.

56. Wilson C.O. and Gisvold O. Wilson and Gisvold's textbook of Organic Medicinal and Pharmaceutical Chemistry /edited by Beale J.M. Jr and Block J.H. //Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins. - 2011. - a) P. 87, б) P. 936.

57. World Health Organization. WHO report on cancer: setting priorities, investing wisely and providing care for all. //World Health Organization, Geneva. - 2020.

58. World Health Organization. Model List of Essential Medicines, 21st List, 2019. //World Health Organization, Geneva. - 2019.

59. Gatti L. and Zunino F. Overview of tumor cell chemoresistance mechanisms. //Methods Mol. Med. - 2005. - V. 111. - P. 127-148.

60. Borst P., Rottenberg S., and Jonkers J. How do real tumors become resistant to cisplatin? //Cell Cycle. - 2008. - V. 7. - P. 1353-1359.

61. Romashov L.V., Zeifman A.A., Zakharenko A.L., Novikov F.N., Stroilov V.S., Stroganov O.V., Chilov G.G., Khodyreva S.N., Lavrik O.I., Titov I.Y., and Svitan'ko I. V. Rational design and synthesis of new PARP1 inhibitors. //Mendeleev Commun. - 2012. -V. 22. - P. 15-17.

62. Nilov D., Kirsanov K., Antoshina E., Maluchenko N., Feofanov A., Kurgina T., Zakharenko A., Khodyreva S., Gerasimova N., Studitsky V., Lavrik O., & Svedas V. 7-Methylguanine: A natural DNA repair inhibitor and a promising anticancer compound. //FEBS Open Bio. - 2018. - V. 8. - P. 271-272.

63. Champoux J.J. DNA topoisomerases: structure, function, and mechanism. //Annu. Rev. Biochem. - 2001. - V. 70. - P. 369-413.

64. Wang J.C. Cellular roles of DNA topoisomerases: a molecular perspective. //Nat. Rev. Mol. Cell Biol. - 2002. - V. 3. - P. 430-440.

65. Pommier Y. Topoisomerase I inhibitors: camptothecins and beyond. //Nat. Rev. Cancer. - 2006. - V. 6. - P. 789-802.

66. Lebedeva N., Rechkunova N., Boiteux S., and Lavrik O. Trapping of human DNA topoisomerase I by DNA structures mimicking intermediates of DNA repair. //IUBMB Life. - 2008. - V. 60. - P. 130-134.

67. Pommier Y., Redon C., Rao V.A., Seiler J.A., Sordet O., Takemura H., Antony S., Meng L., Liao Z., Kohlhagen G., Zhang Hoiand Kohn K.W. Repair of and checkpoint

response to topoisomerase I-mediated DNA damage. //Mutat. Res. - 2003. - V. 532. - P. 173-203.

68. Murai J., Huang S.Y., Das B.B., Dexheimer T.S., Takeda S., and Pommier Y. Tyrosyl-DNA phosphodiesterase 1 (TDP1) repairs DNA damage induced by topoisomerases I and II and base alkylation in vertebrate cells. //J. Biol. Chem. - 2012. - V. 287. - P. 1284812857.

69. Jakobsen A.K., Lauridsen K.L., Samuel E.B., Proszek J., Knudsen B.R., Hager H., and Stougaard M. Correlation between topoisomerase I and tyrosyl-DNA phosphodiesterase 1 activities in non-small cell lung cancer tissue. //Exp. Mol. Pathol. - 2015. - V. 99. - P. 5664.

70. Interthal H., Pouliot J.J., and Champoux J.J. The tyrosyl-DNA phosphodiesterase Tdp1 is a member of the phospholipase D superfamily. //Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. - 2001. - V. 98. - P. 12009-12014.

71. Debethune L., Kohlhagen G., Grandas A., and Pommier, Y. Processing of nucleopeptides mimicking the topoisomerase I-DNA covalent complex by tyrosyl-DNA phosphodiesterase. //Nucleic Acids Res. - 2002. - V. 30. - P. 1198-1204.

72. Dexheimer T.S., Antony S., Marchand C., and Pommier Y. Tyrosyl-DNA phosphodiesterase as a target for anticancer therapy. //Anticancer Agents Med. Chem. -2008. - V. 8. - P. 381-389.

73. Davies D.R., Interthal H., Champoux J.J., and Hol W.G. Explorations of peptide and oligonucleotide binding sites of tyrosyl-DNA phosphodiesterase using vanadate complexes. //J. Med. Chem. - 2004. - V. 47. - P. 829-837.

74. Davies D.R., Interthal H., Champoux J.J., and Hol W.G.J. The crystal structure of human tyrosyl-DNA phosphodiesterase, Tdp1. //Structure. - 2002. - V. 10. - P. 237-248.

75. Raymond A.C., Rideout M.C., Staker B., Hjerrild K., and Burgin A.B. Jr. Analysis of human tyrosyl-DNA phosphodiesterase I catalytic residues. //J. Mol. Biol. - 2004. - V. 338. - P. 895-906.

76. Davies D.R., Interthal H., Champoux J.J., and Hol W.G.J. Insights into substrate binding and catalytic mechanism of human tyrosyl-DNA phosphodiesterase (Tdp1) from vanadate and tungstate-inhibited structures. //J. Mol. Biol. - 2002. - V. 324. - P. 917 -932.

77. Davies D.R., Interthal H., Champoux J.J., and Hol W.G.J. Crystal structure of a transition state mimic for Tdp1 assembled from vanadate, DNA, and a topoisomerase I-derived peptide. //Chem. Biol. - 2003. - V. 10. - P. 139-147.

78. de Lucas Chazin, E., da Rocha Reis, R., Trindade Vellasco Junior, W. and Rocha Alves Vasconcelos, T. An overview on the development of new potentially active camptothecin analogs against cancer. //Mini Rev. Med. Chem. - 2014. - V. 14. - P. 953-962.

79. Beretta G.L., Cossa G., Gatti L., Zunino F., and Perego P. Tyrosyl-DNA phosphodiesterase 1 targeting for modulation of camptothecin-based treatment. //Curr. Med. Chem. - 2010. - V. 17. - P. 1500-1508.

80. Comeaux E.Q. and van Waardenburg R.C. Tyrosyl-DNA phosphodiesterase I resolves both naturally and chemically induced DNA adducts and its potential as a therapeutic target. //Drug Metab. Rev. - 2014. - V. 46. - P. 494-507.

81. Dexheimer T.S., Gediya L.K., Stephen A.G., Weidlich I., Antony S., Marchand C., Interthal H., Nicklaus M., Fisher R.J., Njar V.C., and Pommier Y. 4-Pregnen-21-ol-3,20-dione-21-(4-bromobenzenesulfonate) (NSC 88915) and related novel steroid derivatives as tyrosyl-DNA phosphodiesterase (Tdp1) inhibitors. //J. Med. Chem. - 2009. - V. 52. -P. 7122-7131.

82. Salomatina O.V., Popadyuk I.I., Zakharenko A.L., Zakharova O.D., Fadeev D.S., Komarova N.I., Reynisson J., Arabshahi H.J., Chand R., Volcho K.P., and Salakhutdinov N.F. Novel semisynthetic derivatives of bile acids as effective tyrosyl-DNA phosphodiesterase 1 inhibitors. //Molecules. - 2018. - V. 23. - P. 679.

83. Salomatina O.V., Popadyuk I.I., Zakharenko A.L., Zakharova O.D., Chepanova A.A., Dyrkheeva N.S., Komarova N.I., Reynisson J., Anarbaev R.O., Salakhutdinov N.F., and Lavrik O.I. Deoxycholic acid as a molecular scaffold for tyrosyl-DNA phosphodiesterase 1 inhibition: A synthesis, structure-activity relationship and molecular modeling study. //Steroids. - 2020. - V. 165. - P. 108771.

84. Ponomarev K.Y., Suslov E.V., Zakharenko A.L., Zakharova O.D., Rogachev A.D., Korchagina D.V., Zafar A., Reynisson J., Nefedov A.A., Volcho K.P., and Salakhutdinov N.F. Aminoadamantanes containing monoterpene-derived fragments as potent tyrosyl-DNA phosphodiesterase 1 inhibitors. //Bioorg. Chem. - 2018. - V. 76. - P. 392-399.

85. Il'ina I.V., Dyrkheeva N.S., Zakharenko A.L., Sidorenko A.Y., Li-Zhulanov N.S., Korchagina D.V., Chand R., Ayine-Tora D.M., Chepanova A.A., Zakharova O.D., and Ilina E.S. Design, Synthesis, and Biological Investigation of Novel Classes of 3-Carene-Derived Potent Inhibitors of TDP1. //Molecules. - 2020. - V. 25. - P. 3496.

86. Khomenko T., Zakharenko A., Odarchenko T., Arabshahi H.J., Sannikova V., Zakharova O., Korchagina D., Reynisson J., Volcho K., Salakhutdinov N., and Lavrik O. (2016) New inhibitors of tyrosyl-DNA phosphodiesterase I (Tdp 1) combining 7-

hydroxycoumarin and monoterpenoid moieties. //Bioorg. Med. Chem. - 2016. - V. 24. -P. 5573-5581.

87. Khomenko T.M., Zakharenko A.L., Chepanova A.A., Ilina E.S., Zakharova O.D., Kaledin V.I., Nikolin V.P., Popova N.A., Korchagina D.V., Reynisson J., and Chand R. Promising New Inhibitors of Tyrosyl-DNA Phosphodiesterase I (Tdp 1) Combining 4-Arylcoumarin and Monoterpenoid Moieties as Components of Complex //Antitumor Therapy. Int. J. Mol. Sci. - 2020. - V. 21. - P. 126.

88. Zhang X.R., Wang H.W., Tang W.L., Zhang Y., Yang H., Hu D.X., Ravji A., Marchand C., Kiselev E., Ofori-Atta K., and Agama K. Discovery, synthesis, and evaluation of oxynitidine derivatives as dual inhibitors of DNA topoisomerase IB (TOP1) and tyrosyl-DNA phosphodiesterase 1 (TDP1), and potential antitumor agents. //J. Med. Chem. - 2018.

- V. 61. - P. 9908-9930.

89. Conda-Sheridan M., Reddy P.V., Morrell A., Cobb B.T., Marchand C., Agama K., Chergui A., Renaud A., Stephen A.G., Bindu L.K., Pommier Y., and Cushman M. Synthesis and biological evaluation of indenoisoquinolines that inhibit both tyrosyl-DNA phosphodiesterase I (Tdp1) and topoisomerase I (Top1). //J. Med. Chem. - 2013. - V. 56.

- P. 182-200.

90. Nguyen T.X., Morrell A., Conda-Sheridan M., Marchand C., Agama K., Bermingham A., Stephen A.G., Chergui A., Naumova A., Fisher R., O'Keefe B.R., Pommier Y., and Cushman M. Synthesis and biological evaluation of the first dual tyrosyl-DNA phosphodiesterase I (Tdp1)-topoisomerase I (Top1) inhibitors. //J. Med. Chem. - 2012. -V. 55. - P. 4457-4478.

91. Lu P.C., Agama K., Marchand C., Pommier Y., and Cushman M. Design, Synthesis, and Biological Evaluation of O-2-Modified Indenoisoquinolines as Dual Topoisomerase I-Tyrosyl-DNA Phosphodiesterase I Inhibitors. //J. Med. Chem. - 2014. - V. 57. - P. 4324-4336.

92. Nguyen T.X., Abdelmalak M., Marchand C., Agama K., Pommier Y., and Cushman M. Synthesis and biological evaluation of nitrated 7-, 8-, 9-, and 10-hydroxyindenoisoquinolines as potential dual topoisomerase I (Top1)-tyrosyl-DNA phosphodiesterase I (TDP1) inhibitors. //J. Med. Chem. - 2015. - V. 58. - P. 3188-3208.

93. Zakharova O., Luzina O., Zakharenko A., Sokolov D., Filimonov A., Dyrkheeva N., Chepanova A., Ilina E., Ilyina A., Klabenkova K., and Chelobanov B. Synthesis and evaluation of aryliden-and hetarylidenfuranone derivatives of usnic acid as highly potent Tdp1 inhibitors. //Bioorg. Med. Chem. - 2018. - V. 26. - P. 4470-4480.

94. Zakharenko A.L., Luzina O.A., Sokolov D.N., Kaledin V.I., Nikolin V.P., Popova

N.A., Patel J., Zakharova O.D., Chepanova A.A., Zafar A., and Reynisson J. Novel tyrosyl-

104

DNA phosphodiesterase 1 inhibitors enhance the therapeutic impact of topotecan on in vivo tumor models. //Eur. J. Med. Chem. - 2019. - V. 161. - P. 581-593.

95. Luzina O., Filimonov A., Zakharenko A., Chepanova A., Zakharova O., Ilina E., Dyrkheeva N., Likhatskaya G., Salakhutdinov N., and Lavrik O. Usnic Acid Conjugates with Monoterpenoids as Potent Tyrosyl-DNA Phosphodiesterase 1 Inhibitors. //J. Nat. Prod. - 2020. - V. 83. - P. 2320-2329.

96. Komarova A.O., Drenichev M.S., Dyrkheeva N.S., Kulikova I.V., Oslovsky V.E., Zakharova O.D., Zakharenko A.L., Mikhailov S.N., and Lavrik O.I. Novel group of tyrosyl-DNA-phosphodiesterase 1 inhibitors based on disaccharide nucleosides as drug prototypes for anti-cancer therapy. //J. Enzyme Inhib. Med. Chem. - 2018. - V. 33. - P. 1415-1429.

97. Zakharenko A.L., Drenichev M.S., Dyrkheeva N.S., Ivanov G.A., Oslovsky V.E., Ilina E.S., Chernyshova I.A., Lavrik O.I., and Mikhailov S.N. Inhibition of Tyrosyl-DNA Phosphodiesterase 1 by Lipophilic Pyrimidine Nucleosides. //Molecules. - 2020. - V. 25. - P. 3694.

98. Kovaleva K., Mamontova E., Yarovaya O., Zakharova O., Zakharenko A., Lavrik O., and Salakhutdinov N. Dehydroabietylamine-based thiazolidin-4-ones and 2-thioxoimidazolidin-4-ones as novel tyrosyl-DNA phosphodiesterase 1 inhibitors. //Mol. Divers. - 2020. - P. 1-9.

99. Kovaleva K., Oleshko O., Mamontova E., Yarovaya O., Zakharova O., Zakharenko A., Kononova A., Dyrkheeva N., Cheresiz S., Pokrovsky A., and Lavrik O. Dehydroabietylamine ureas and thioureas as tyrosyl-DNA phosphodiesterase 1 inhibitors that enhance the antitumor effect of temozolomide on glioblastoma cells. //J. Nat. Prod. -2019. - V. 82. - P. 2443-2450.

100. Li-Zhulanov N.S., Zakharenko A.L., Chepanova A.A., Patel J., Zafar A., Volcho K.P., Salakhutdinov N.F., Reynisson J., Leung I.K., and Lavrik O.I. A novel class of tyrosyl-DNA phosphodiesterase 1 inhibitors that contains the octahydro-2H-chromen-4-ol scaffold. //Molecules. - 2018. - V. 23. - P. 2468.

101. Antony S., Marchand C., Stephen A.G., Thibaut L., Agama K.K., Fisher R.J., and Pommier Y. Novel high-throughput electrochemiluminescent assay for identification of human tyrosyl-DNA phosphodiesterase (Tdp1) inhibitors and characterization of furamidine (NSC 305831) as an inhibitor of Tdp1. //Nucleic Acids Res. - 2007. - V. 35. -P. 4474-4484.

102. Tian L.W., Feng Y., Tran T.D., Shimizu Y., Pfeifer T., Vu H.T., and Quinn R.J.

Achyrodimer F, a tyrosyl-DNA phosphodiesterase I inhibitor from an Australian fungus of

the family Cortinariaceae. //Bioorg. Med. Chem. Lett. - 2017. - V. 27. - P. 4007-4010.

105

103. Sirivolu V.R., Vernekar S.K., Marchand C., Naumova A., Chergui A., Renaud A., Stephen A.G., Chen F., Sham Y.Y., Pommier Y., and Wang Z. 5-Arylidenethioxothiazolidinones as inhibitors of tyrosyl-DNA phosphodiesterase I. //J. Med. Chem. - 2012. - V. 55. - P. 8671-8684.

104. Gladkova E.D., Nechepurenko I.V., Bredikhin R.A., Chepanova A.A., Zakharenko A.L., Luzina O.A., Ilina E.S., Dyrkheeva N.S., Mamontova E.M., Anarbaev R.O., and Reynisson J. The First Berberine-Based Inhibitors of Tyrosyl-DNA Phosphodiesterase 1 (Tdp1), an Important DNA Repair Enzyme. //Int. J. Mol. Sci. - 2020. - V. 21. - P. 7162.

105. Arabshahi H.J., van Rensburg M., Pilkington L.I., Jeon C.Y., Song M., Gridel L.-M., Leung E., Barker D., Vuica-Ross M., Volcho K.P., Zakharenko A.L., Lavrik O.I., and Reynisson J. A synthesis, in silico, in vitro and in vivo study of thieno[2,3-b]pyridine anticancer analogues. //Med. Chem. Commun. - 2015. - V. 6. - P. 1987-1997.

106. Marchand C., Lea W.A., Jadhav A., Dexheimer T.S., Austin C.P., Inglese J., Pommier Y., and Simeonov A. Identification of phosphotyrosine mimetic inhibitors of human tyrosyl-DNA phosphodiesterase I by a novel AlphaScreen high-throughput assay. //Mol. Cancer Ther. - 2009. - V. 8. - P. 240-248.

107. Zakharenko A., Khomenko T., Zhukova S., Koval O., Zakharova O., Anarbaev R., Lebedeva N., Korchagina D., Komarova N., Vasiliev V., Reynisson J., Volcho K., Salakhutdinov N., and Lavrik O. Synthesis and biological evaluation of novel tyrosyl-DNA phosphodiesterase 1 inhibitors with a benzopentathiepine moiety. Bioorg. //Med. Chem. -2015. - V. 23. - P. 2044-2052.

108. Dean R.A., Fam H.K., An J., Choi K., Shimizu Y., Jones S.J., Boerkoel C.F., Interthal H., and Pfeifer T.A. Identification of a putative Tdp1 inhibitor (CD00509) by in vitro and cell-based assays. //J. Biomol. Screen. - 2014. - V. 19. - P. 1372-1382.

109. Gushchina I., Polenova A., Suplatov D., Svedas V., and Nilov D. vsFilt: A tool to improve virtual screening by structural filtration of docking poses. //J. Chem. Inf. Model. - 2020. - V. 60. - P. 3692-3696.

110. Mitschke L., Parthier C., Schröder-Tittmann K., Coy J., Lüdtke S., and Tittmann K. The crystal structure of human transketolase and new insights into its mode of action. //J. Biol. Chem. - 2010. - V. 285. - P. 31559-31570

111. Salomon-Ferrer R., Case D.A., and Walker R.C. An overview of the Amber biomolecular simulation package. //WIREs Comput. Mol. Sci. - 2013. - V. 3. - P. 198210.

112. Шайтан К.В., Левцова О.В., Кирпичников М.П. Молекулярное моделирование в фундаментальных и прикладные исследованиях (биоинженерия и

анобиотехнологии). //Наноструктуры. Математическая физика и моделирование. -2009. - Т. 1. - С. 113-142.

113. Humphrey W., Dalke A., and Schulten K. VMD - Visual Molecular Dynamics. //J. Mol. Graph. - 1996. - V. 14. - P. 33-38.

114. Wang J., Wolf R.M., Caldwell J.W., Kollman P.A., and Case D.A. Development and testing of a general Amber force field. //J. Comput. Chem. - 2004. - V. 25. - P. 1157-1174.

115. Schellenberger A. Sixty years of thiamin diphosphate biochemistry. //Biochim. Biophys. Acta. - 1998. - V. 1385. - P. 177-186.

116. Case D.A., Darden T.A., Cheatham T.E. III, Simmerling C.L., Wang J., Duke R.E., Luo R., Walker R.C., Zhang W., Merz K.M., Roberts B., Hayik S., Roitberg A., Seabra G., Swails J., Götz A.W., Kolossvary I., Wong K.F., Paesani F., Vanicek J., Wolf R.M., Liu J., Wu X., Brozell S.R., Steinbrecher T., Gohlke H., Cai Q., Ye X., Wang J., Hsieh M.-J., Cui G., Roe D.R., Mathews D.H., Seetin M.G., Salomon-Ferrer R., Sagui C., Babin V., Luchko T., Gusarov S., Kovalenko A., and Kollman P.A. AMBER 12. //San Francisco: University of California. - 2012.

117. Hornak V., Abel R., Okur A., Strockbine B., Roitberg A., and Simmerling C. Comparison of multiple Amber force fields and development of improved protein backbone parameters. //Proteins. - 2006. - V. 65. - P. 712-725.

118. Menke M., Berger B., and Cowen L. Matt: local flexibility aids protein multiple structure alignment. //PLoS Comput. Biol. - 2008. - V. 4. - P. e10.

119. Waterhouse A. M., Procter J.B., Martin D.M., Clamp M., and Barton G.J. Jalview Version 2 - a multiple sequence alignment editor and analysis workbench. //Bioinformatics. - 2009. - V. 25. - P. 1189-1191.

120. Fiser A., Do R.K.G., and Sali A. Modeling of loops in protein structures. //Prot. Sci. - 2000. - V. 9. - P. 1753-1773.

121. Fiser A. and Sali A. ModLoop: Automated modeling of loops in protein structures. //Bioinformatics. - 2003. - V. 18. - P. 2500-01.

122. Walker R.C., Crowley M.F., and Case D.A. The implementation of a fast and efficient hybrid QM/MM potential method within the Amber 9.0 sander module. //J. Computat. Chem. - 2008. - V. 29. - P. 1019-1031.

123. Rocha G.B, Freire R.O., Simas A.M., and Stewart J.J.P. RM1: a reparameterization of AM1 for H, C, N, O, P, S, F, Cl, Br and I. //J. Comput. Chem. - 2006. - V. 27. - P. 1101-1111.

124. Le Guilloux V., Schmidtke P., and Tuffery, P. Fpocket: an open source platform for ligand pocket detection. //BMC bioinformatics. - 2009. - V. 10. - P. 1-11.

125. Suplatov D., Kirilin E., Arbatsky M., Takhaveev V., and Svedas V. pocketZebra: a web-server for automated selection and classification of subfamily-specific binding sites by bioinformatic analysis of diverse protein families. //Nucleic acids Res. - 2014. - V. 42. - P. W344-W349.

126. Lipinski C.A. Lead- and drug-like compounds: the rule-of-five revolution. Drug Discov. //Today Technol. - 2004. - V. 1. - P. 337-341.

127. O'Boyle N.M., Banck M., James C.A., Morley C., Vandermeersch T., and Hutchison G.R. Open Babel: An open chemical toolbox. //J. Cheminform. - 2011. - V. 3. - P. 33.

128. Grinter S.Z. and Zou X. Challenges, Applications, and Recent Advances of Protein-Ligand Docking in Structure-Based Drug Design. //Molecules. - 2014. - V. 19. - P. 1015010176.

129. Kumar V., Krishna S., and Siddiqi M.I. Virtual screening strategies: Recent advances in the identification and design of anti-cancer drugs. //Methods. - 2015. - V. 71. - P. 6470.

130. Stroganov O.V., Novikov F.N., Stroylov V.S., Kulkov V., and Chilov G.G. Lead finder: an approach to improve accuracy of protein-ligand docking, binding energy estimation, and virtual screening. //J. Chem. Inf. Model. - 2008. - V. 48. - P. 2371-2385.

131. Ludtke S., Neumann P., Erixon K.M., Leeper F., Kluger R., Ficner R., and Tittmann K. Sub-angstrom-resolution crystallography reveals physical distortions that enhance reactivity of a covalent enzymatic intermediate. //Nat. Chem. - 2013. - V. 5. - P. 762-767.

132. Novikov F.N., Stroylov V.S., Stroganov O.V., Chilov G.G. Improving Performance of Docking-Based Virtual Screening by Structural Filtration. //J. Mol. Model. - 2010. - V. 16. - P. 1223-1230.

133. Cheng T., Li Q., Zhou Z., Wang Y., Bryant S.H. Structure-Based Virtual Screening for Drug Discovery: a Problem-Centric Review. //AAPS J. - 2012. - V. 14. - P. 133-141.

134. Yuriev E., Ramsland P.A. Latest Developments in Molecular Docking: 2010-2011 in Review. //J. Mol. Recognit. - 2013. - V. 26. - P. 215-239.

135. Захаренко А.Л., Суханова М.В., Ходырева С.Н., Новиков Ф.Н., Стройлов В.С., Нилов Д.К., Чилов Г.Г., Швядас В.К., и Лаврик О.И. Усовершенствованная процедура поиска потенциальных ингибиторов поли(АДФ-рибозо)-полимеразы 1 с

использованием молекулярного докинга. //Молекулярная биология. - 2011. - T. 45. - C. 565-569.

136. Bissantz C., Kuhn B., and Stahl M. A medicinal chemist's guide to molecular interactions. //J. Med. Chem. - 2010. - V. 53. - P. 5061-5084.

137. Zheng H., Chruszcz M., Lasota P., Lebioda L., and Minor W. Data mining of metal ion environments present in protein structures. //J. Inorg. Biochem. - 2008. - V. 102. - P. 1765-1776.

138. Lebedeva N.A., Rechkunova N.I., and Lavrik O.I. AP-site cleavage activity of tyrosyl-DNA phosphodiesterase 1. //FEBS Lett. - 2011. - V. 585. - P. 683-686.

139. Johansson M.K., Fidder H., Dick D., and Cook R.M. Intramolecular dimers: a new strategy to fluorescence quenching in dual-labeled oligonucleotide probes. //J. Am. Chem. Soc. - 2002. - V. 124. - P. 6950-6956.

140. Sosunov V., Mischenko V., Eruslanov В., Svetoch E., Shakina Y., Stern N., Majorov K., Sorokoumova G., and Selishcheva A. Apt A. //J. Antimicrob. Chemother. - 2007. - V. 59. - P. 919-925.

141. Lyadova I., Yeremeev V., Majorov K., Nikonenko В., Khaidukov S., Kondratieva Т., and Kobets N. Apt A. //Infect. Immun. - 1998. - V. 66. - P. 4981-4988.

142. Нилов Д.К., Гущина И.В., Щербакова Т.А., Балдин С.М., Швядас В.К. Применение фурансульфонатов для ингибирования транскетолазы патогена Mycobacterium tuberculosis. //Патент на изобретение RU 2703465 C1. - 2019.

143. Nikkola M., Lindqvist Y., and Schneider G. Refined Structure of Transketolase from Saccharomyces cerevisiae at 2.0 A Resolution. //J. Mol. Biol. - 1994. - V. 238. - P. 387404.

144. Lukacik P., Lobley C.M., Bumann M., Arena de Souza V., Owens R.J., O'Toole P.W., and Walsh M.A. High-resolution structures of Lactobacillus salivarius transketolase in the presence and absence of thiamine pyrophosphate. //Acta Crystallogr. F Struct. Biol. Commun. - 2015. - V. 71. - P. 1327-1334.

145. Esakova O.A., Meshalkina L.E., Golbik R., Hubner G., and Kochetov G.A. Donor substrate regulation of transketolase. //Eur. J. Biochem. - 2004. - V. 271. - P. 4189-4194.

146. Meshalkina L.E., Solovjeva O.N., Khodak Y.A., Drutsa V.L., and Kochetov, G.A. Isolation and properties of human transketolase. //Biochemistry. - 2010. - V. 75. - P. 873880.

147. Wikner C., Nilsson U., Meshalkina L., Udekwu C., Lindqvist Y., and Schneider G. Identification of catalytically important residues in yeast transketolase. //Biochemistry. -1997. - V. 36. - P. 15643-15649.

148. Wermuth C. G. The practice of medicinal chemistry. //Academic Press. - 2011. - а) P. 767-785, б) P. 644.

149. Liu X., Wright M., and Hop C. E. Rational use of plasma protein and tissue binding data in drug design. //J. Med. Chem. - 2014. - V. 57. - P. 8238-8248.

150. Гущина И.В., Нилов Д.К., Захаренко А.Л., Лаврик О.И., Швядас В.К. Моделирование структуры и скрининг ингибиторов тирозил-ДНК-фосфодиэстеразы 1 человека. //Acta Naturae. - 2017. - Т. 9. - С. 62-69.

151. Zakharenko A., Luzina O., Koval O., Nilov D., Gushchina I., Dyrkheeva N., Svedas V., Salakhutdinov N., and Lavrik, O. Tyrosyl-DNA phosphodiesterase 1 inhibitors: usnic acid enamines enhance the cytotoxic effect of camptothecin. //J. Nat. Prod. - 2016. - V. 79. - P. 2961-2967.

152. Dyrkheeva N., Luzina O., Filimonov A., Zakharova O., Ilina E., Zakharenko A., Kuprushkin M., Nilov D., Gushchina I., Svedas V. and Salakhutdinov N. Inhibitory effect of new semisynthetic usnic acid derivatives on human Tyrosyl-DNA Phosphodiesterase 1. //Planta Med. - 2018. - V. 85. - P. 103-111.