Роль химических модификаций фуллеренов C₆₀ и C₇₀ в регуляции транскрипции генов сигнальных путей и окислительного метаболизма в клетках человека тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Савинова Екатерина Алексеевна

• Савинова Екатерина Алексеевна
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Савинова Екатерина Алексеевна

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования

Степень разработанности темы исследования

Цель и задачи исследования

Задачи, решаемые в ходе исследования:

Научная новизна результатов исследования

Теоретическая и практическая значимость работы

Методология и методы диссертационного исследования

Положения, выносимые на защиту

Степень достоверности результатов

Апробация результатов исследования

Личный вклад автора в проведение исследования

Соответствие диссертации паспорту научной специальности

Публикации

Структура и объем диссертации

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 История открытия фуллеренов

1.2 Методы синтеза фуллеренов

1.2.1 Плазменный метод

1.2.2 Индуктивное испарение графита

1.2.3 Испарение графита под воздействием пучка электронов

1.2.4 Метод коронного разряда

1.2.5 Крекинг углеводородов

1.2.6 Получение водных дисперсий фуллеренов

1.3 Химические модификации фуллеренов

1.4 Физические свойства фуллеренов

1.5 Химические свойства фуллеренов

1.6 Биологическая активность фуллерена и его производных

1.6.1 Анализ токсичности фуллеренов

1.6.2 Проницаемость клеточных мембран для фуллерена и его производных

1.6.3 Антивирусная и антибактериальная активность

1.6.4 Антиоксидантные свойства

1.6.5 Противоопухолевая активность

1.6.6 Иммунологические свойства

1.6.7 Фуллерены и их производные как нейропротекторы

1.6.8 Фуллерены и их производные как радиопротекторы

1.6.9 Доставка лекарственных препаратов с помощью фуллеренов и их производных

Заключение по данным литературы

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

2.1 Объект исследований

2.2 Культивирование эмбриональных фибробластов

2.3 Инкубация клеток с фуллеренами

2.4 МТТ-тест

2.5 Флуоресцентная микроскопия

2.6 Определение количества активных форм кислорода

2.7 Определение уровня продукции белков

2.8 Выделение РНК и определение ее концентрации

2.9 Обратная транскрипция

2.10 Определение уровня экспрессии методом ПЦР в реальном времени

2.11 Щелочной метод "ДНК-комет"

2.12 Статистическая обработка результатов

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ

3.1 Влияние фуллеренов без заместителей на экспрессию сигнальных путей, регулирующих цитопротекторные и цитотоксические свойства клеток

3.1.1 Оценка токсичности фуллеренов без заместителей на жизнеспособность клеток

3.1.2 Локализация фуллеренов без заместителей в клетках ФЛЭЧ

3.1.3 Влияние фуллеренов без заместителей на уровень АФК и транскрипционную активность генов, отвечающих за развитие окислительного стресса в клетках ФЛЭЧ

3.1.4 Влияние фуллеренов без заместителей на транскрипционную активность генов, отвечающих за антиокислительный ответ в клетках ФЛЭЧ

3.1.5 Генотоксичное воздействие фуллеренов без заместителей на клетки ФЛЭЧ

3.1.6 Воздействие фуллеренов без заместителей на транскрипционную активность системы репарации клеток ФЛЭЧ

3.1.7 Воздействие фуллеренов без заместителей на транскрипционную активность проапоптотичского гена ВАХ и антиапоптотического BCL2 клетках ФЛЭЧ

3.2 Влияние природы заместителей производных фуллеренов на экспрессию

сигнальных путей, регулирующих цитопротекторные и цитотоксические свойства

клеток

3.2.1 Влияние природы заместителей производных фуллеренов C60 с разными группами заместителей на экспрессию сигнальных путей, регулирующих цитопротекторные и цитотоксические свойства клеток

3.2.2 Влияние природы заместителей производных фуллеренов C70 с разными группами заместителей на экспрессию сигнальных путей, регулирующих цитопротекторные и цитотоксические свойства клеток

3.3 Влияние минорных заместителей производных фуллеренов на экспрессию

сигнальных путей, регулирующих цитопротекторные и цитотоксические свойства клеток

3.3.1 Влияние производных фуллеренов Сбо с минорными изменениями в фенильном и тиофенильном радикале на экспрессию сигнальных путей, регулирующих цитопротекторные и цитотоксические свойства клеток

3.3.2 Влияние производных фуллеренов С70 с одной минорной заменой в тиофенильных радикалах на экспрессию сигнальных путей, регулирующих цитопротекторные и цитотоксические свойства клеток

3.4 Антиоксидантные и радиопротекторные свойства производных фуллеренов

3.4.1 Оценка токсичности водорастворимых производных фуллеренов потенциальных радиопротекторов на жизнеспособность клеток

3.4.2 Исследование радиопротекторного потенциала водорастворимых производных фуллеренов в клетках ФЛЭЧ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВЫВОДЫ

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Список статей, опубликованных в журналах, рекомендованных ВАК при Минобрнауки

России

Список публикаций в других изданиях

СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Благодарности

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

8-oxodG - 8-оксо-2'-дезоксигуанозин

Akt - внутриклеточный фермент, принадлежащий семейству протеинкиназ В ARE - энхансерная последовательность, которая находится в промоторной области нескольких генов, кодирующих ферменты детоксикации и цитопротекторные белки

ATM - серин/треониновая протеинкиназа, мутантный при атаксии-телеангиэктазии белок

ATR - серин/треониновая протеинкиназа, атаксия-телеангиэктазия и Rad3-родственный белок

BAX - активатор апоптоза, X-белок, связанный с BCL2

BCL2 - белок, регулятор апоптоза Bcl-2

BRCA1 - ген-супрессор опухоли (рака молочной железы)

c-Myc - транскрипционный фактор, относящийся к семейству генов-регуляторов и протоонкогенов

H2AX - гистоновый белок из семейства H2A H2DCFH-DA - 2,7-дихлордигидрофлуоресцеин диацетат HeLa - клеточная линия раковой опухоли шейки матки HMOX1 (HO-1) - гемоксигеназа 1 IL-1ß - интерлейкин 1ß IL-6 - интерлейкин

KEAP1 - Kelch-подобный ECH-ассоциированный белок 1, связывающийся с NRF2 LC3 - белок, связанный с микротрубочками и клеточной системой аутофагии MALDI - масс-спектрометрия с ионизацией методом лазерной десорбции с помощью матрицы

NFKB1 - универсальный транскрипционный фактор, контролирующий

экспрессию генов иммунного ответа, апоптоза и клеточного цикла

NOX4 - НАД(Ф)Н -оксидаза

NQO1 - НАД(Ф)Н-дегидрогеназа [хинон]

NRF2 - транскрипционный ядерный фактор 2, связанный с эритроидом 2,

защищающий клетки и ткани от токсинов, окислительного стресса и канцерогенов

PEG/фуллерен C60 - полиэтиленгликоль фуллерен C60

PPARG - гамма-рецептор, активирующий пролифератор пероксисомы

РУР/фуллерен C60 - поливинилпирролидон фуллерен C60

siRNA - малые интерферирующие РНК

TMRM - тетраметилродамин, метиловый эфир, перхлорат

TNF-a - фактор некроза опухоли-альфа, внеклеточный белок, многофункциональный провоспалительный цитокин АФК - активные формы кислорода

Гр - Грей — единица измерения поглощённой дозы ионизирующего излучения

ДМСО - диметилсульфоксид

ДНК - дезоксирибонуклеиновая кислота

ПЦР - полимеразная цепная реакция

рДНК - область ДНК, кодирующая рибосомную РНК

РНК - рибонуклеиновая кислота

рРНК - рибосомная РНК

ТВР - ТАТА связывающий белок, транскрипционный фактор РНК-полимеразы II

ФЛЭЧ - эмбриональные фибробласты легких человека

ФСБ - фосфатно-солевой буфер

ЭДТА - этилендиаминтетрауксусная кислота

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Роль химических модификаций фуллеренов C₆₀ и C₇₀ в регуляции транскрипции генов сигнальных путей и окислительного метаболизма в клетках человека»

ВВЕДЕНИЕ Актуальность темы исследования

Наномедицина - одна из наиболее приоритетных областей развития медицины в XXI веке, которая в настоящее время находится на стадии становления. Наночастицы являются многообещающими инструментами для доставки лекарств в клетки человека, однако воздействие наносоединений на молекулярно-генетический аппарат клетки и организм человека в целом на сегодняшний день еще недостаточно изучено.

В качестве сырья для наноразмерных материалов сейчас все чаще применяют фуллерены - соединения, представляющие собой замкнутые каркасные структуры, состоящие из пятиугольных и шестиугольных граней. Замкнутая углеродная молекула фуллерена обогащена большим количеством двойных сопряжённых связей, обладает уникальными физико-химическими свойствами. Присоединение химических групп к разным каркасам фуллеренов дает большое разнообразие новых соединений с новыми свойствами, открывая обширные области применения для фуллеренов, такие как: машиностроение [1], биофизика [2], косметология [3], дерматология [4].

Особенное значение имеет применение фуллеренов и их производных для медицины. Известны соединения, которые применяются для диагностики и терапии: в качестве новых противоопухолевых [5-8], противовирусных [9-11], антибактериальных препаратов [12, 13], а также для адресной (таргетной) доставки веществ [14, 15]. Доказано, что фуллерены и их водорастворимые производные являются мощными акцепторами свободных радикалов, что делает этот класс соединений привлекательным инструментом для регулирования свободнорадикальных процессов и для снижения тяжести окислительного стресса в биологических системах [16-19].

Для функционального применения фуллеренов и их производных в медицине, необходимо иметь информацию о влиянии этих соединений не только на клеточном, но и на молекулярно-генетическом уровне.

Анализ опубликованных работ показал, что информация о влиянии фуллеренов и их производных на биологические объекты неоднозначна и противоречива, при этом сложно выявить закономерности влияния определенных классов производных фуллеренов на биологические объекты, что подтверждает актуальность цели и задач данного диссертационного исследования. Несмотря на то, что диапазон применения фуллеренов в разных сферах медицины обладает большим потенциалом, на сегодняшний день недостаточно исследована роль модификаций фуллеренов в регуляции важных биологических функций клеток человека, сравнительно мало исследований посвящено анализу воздействия фуллеренов на экспрессию генов, не определен уровень биобезопасности новых синтезируемых производных фуллеренов

Таким образом, исследование молекулярных механизмов влияния модификаций фуллеренов C60 и C70 на живые клетки является важной медико-социальной задачей, решение которой позволит оценить реальные риски внедрения нанотехнологий в жизнь общества и позволит найти разумный баланс между техническими новшествами и безопасностью их внедрения. Благодаря решению этой задачи большой шаг вперед сделает сфера моделирования лекарственных и диагностических препаратов [20].

Изучение роли модификаций производных фуллеренов в регуляции транскрипции генов является актуальной задачей, а ответ на вопрос, какие именно модификации фуллеренов оказывают существенное влияние на определенные биологические функции клеток, позволит в перспективе производить целенаправленный синтез производных фуллеренов с необходимыми свойствами для прицельного (таргетного) изменения транскрипционной активности генов клеток человека.

Степень разработанности темы исследования

Данные литературы свидетельствуют о широком спектре применения наночастиц как на основе фуллеренов, так и их производных. Данные соединения применяются качестве вектора для доставки лекарств, в качестве противораковых препаратов [5-8, 21], антивирусных препаратов [9-13, 22-25], а также в качестве антиоксидантов [18, 19, 26-28].

Данные о биобезопасности фуллеренов и их производных, их токсичности в отношении клеток человека фрагментарны и сильно разнятся.

Для эффективного применения в сфере медицины фуллеренов и их производных необходимо сделать их водорастворимыми, а их синтез быстрым и экономически доступным, что достигнуто благодаря новым методам синтеза разработанным отечественными химиками-синтетиками из Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН и химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.

Однако, до сих пор не выявлено закономерностей, отражающих влияние химической структуры заместителей водорастворимых производных фуллеренов на транскрипцию генов ключевых сигнальных путей, что является приоритетным направлением исследования в данной работе.

Цель и задачи исследования

Цель: Исследовать роль химических модификаций фуллеренов Сбо и С70 в регуляции транскрипции генов сигнальных путей и окислительного метаболизма в клетках человека.

Задачи, решаемые в ходе исследования:

1. Исследовать внутриклеточную локализацию, цито- и генотоксичность водных дисперсий немодифицированных фуллеренов Сб0 и С70 и их влияние на активацию генов ключевых сигнальных путей и окислительного метаболизма в культуре эмбриональных фибробластов легких человека.

2. Изучить влияние природы заместителей фуллеренов Озо и C7о на внутриклеточную локализацию, цито- и генотоксичность, активацию генов ключевых сигнальных путей и окислительного метаболизма в культуре эмбриональных фибробластов легких человека.

3. Выявить роль минорных изменений природы заместителей фуллеренов ^о и на внутриклеточную локализацию, цито- и генотоксичность, активацию генов ключевых сигнальных путей и окислительного метаболизма в культуре эмбриональных фибробластов легких человека.

4. Исследовать внутриклеточную локализацию и влияние водорастворимых модифицированных фуллеренов и C7о в различных концентрациях на цито- и генотоксичность, активацию генов ключевых сигнальных путей и окислительного метаболизма в культуре эмбриональных фибробластов легких человека.

5. Проанализировать радиопротекторную активность водорастворимых модифицированных производных фуллеренов и C7о по отношению к гамма-излучению в культуре эмбриональных фибробластов легких человека.

Научная новизна результатов исследования

Для исследования роли химических модификаций фуллеренов C6о и C70 в регуляции транскрипции генов сигнальных путей и окислительного метаболизма в клетках человека были выбраны новые, ранее не исследованные водорастворимые производные фуллеренов C6о и C7о, а также водные дисперсии фуллеренов C6о и C7о без заместителей.

Впервые показано, что водная дисперсия фуллерена ^ без заместителей в эмбриональных фибробластах легких человека вызывает сдвиг баланса активных форм кислорода в сторону окислительного стресса в большей степени, чем фуллерен C6о, при этом водная дисперсия фуллерена C6о вызывает повышение экспрессии генов НО-1 и NQO1 в клетках человека.

Впервые выявлено, что в ряду модифицированных фуллеренов Сб0, содержащих аминокислотные заместители и отличающихся наличием ароматических заместителей в боковой цепи (тиофенил, фенил, бензотиофенил) и гетероатома, присоединенного к каркасу (хлор, хлор, водород), наиболее токсичным являются соединения, содержащие бензотиофенильный радикал и атом водорода: они вызывают повышение экспрессии гена N0X4, активирует экспрессию гена N№2, вызывают окислительные повреждения ДНК без активации систем репарации.

Впервые показано, что присутствие гетероатома серы в ароматической системе модифицированных фуллеренов С70 приводит к принципиальному изменению свойств: модифицированные фуллерены С70, содержащие фенильный и тиофенильный заместитель в боковых цепях, активируют экспрессию гена антиоксидантного транскрипционного фактора N^2, при этом соединения с фенильным заместителем активируют транскрипцию гена N0X4, вызывают повышение уровня окисления ДНК и двунитевых разрывов, а соединения с тиофенильным заместителем ингибируют экспрессию N0X4, снижая уровень окисления ДНК и двунитевых разрывов.

Однако, соединения, не содержащие карбоксильной группы при тиофенильном заместителе, вызывают окислительное повреждение ДНК, повышение уровня двунитевых разрывов и активацию систем репарации, что может способствовать выживанию клеток с повреждением ДНК.

Впервые обнаружено, что минорные различия в химической структуре производных фуллеренов не влияют на выраженность и длительность внутриклеточного окислительного стресса и активацию генов N0X4, N^2,

ткв1.

Впервые выявлено, что в ряду водорастворимых тиофенильных производных фуллеренов С70 наличие более длинной углеродной цепи в заместителях приводит к более выраженной антиоксидантной активности.

Впервые выявлены модификации производных фуллеренов, приводящие к радиопротекторным эффектам этих соединений по отношению к клеткам человека:

снижение уровня двунитевых разрывов ДНК в клетках при действии радиации, вызывают производные фуллерена С60, содержащие аминокислотные заместители, при этом эффект усиливается при наличии в аминокислотной цепи циклического алифатического или ароматического радикала. Модифицированные фуллерены и содержащие ароматические заместители с алкилкарбоксильными

радикалами и гетероатомы хлора или водорода в каркасе, не обладают радиопротекторным эффектом.

Таким образом, данная работа является современным актуальным исследованием влияния фуллеренов и их водорастворимых производных на клетки эмбриональных фибробластов легких человека.

Теоретическая и практическая значимость работы

В работе впервые исследовано влияние природы заместителей фуллеренов ^о и С70 на внутриклеточную локализацию, цито- и генотоксичность, активацию генов ключевых сигнальных путей и окислительного метаболизма в культуре эмбриональных фибробластов легких человека (ФЛЭЧ), получены данные о безопасности и токсичности водных дисперсий фуллеренов с различным каркасом (С60, С70) по отношению к клеткам ФЛЭЧ, выявлены закономерности изменения активации транскрипции генов ключевых сигнальных путей в клетках человека в зависимости от природы заместителей водорастворимых производных фуллеренов.

Наиболее значимым результатом работы является заключение о том, что модификации производных фуллерена могут принципиально изменять реализуемый фуллеренами эффект воздействия на клетки. Так, показано, что водорастворимые тиофенильные производные обладают выраженной пролонгированной антиоксидантной активностью, этот эффект принципиально отличается от действия на клетки исходного фуллерена С70, проявляющего прооксидантные свойства. Влияние тиофенильных заместителей позволяет

целенаправленно синтезировать препараты, обладающие пролонгированным антиоксидантным действием на клетки человека.

Кроме того, показано, что синтез водорастворимых тиофенильных производных фуллеренов С70 с более длинной углеродной цепью в заместителях позволит разработать препараты с более выраженной антиоксидантной активностью.

Выявлены модификации фуллеренов, оказывающие генотоксичное влияние на клетки: в ряду модифицированных фуллеренов Сб0, содержащих аминокислотные заместители и отличающихся наличием ароматических заместителей в боковой цепи (тиофенил, фенил, бензотиофенил) и гетероатома, присоединенного к каркасу (хлор, хлор, водород), наиболее токсичным является соединение, содержащее бензотиофенильный радикал и атом водорода: вызывает повышение экспрессии N0X4, активирует экспрессию N^2, вызывает окислительное повреждение ДНК без активации систем репарации. Данный класс соединений не может рассматриваться как перспективные антиоксиданты, несмотря на активацию экспрессии гена транскрипционного антиоксидантного фактора N^2.

Показано, что среди модифицированных фуллеренов Сб0 наличие ароматической системы в боковой цепи оказывает принципиальное значение на биологические эффекты, приводя к активации экспрессии N0X4 и ШКВ1, окислительному стрессу и синтезу провоспалительных цитокинов.

Выявлено, что фуллерены Сб0, содержащие аминокислотные заместители, являются эффективными радиопротекторами (снижают уровень двунитевых разрывов ДНК в клетках при действии радиации), при этом эффект усиливается при наличии в аминокислотной цепи циклического алифатического или ароматического радикала. Модифицированные фуллерены Сб0 и С70, содержащие ароматические заместители с алкилкарбоксильными радикалами и гетероатомы хлора или водорода в каркасе, не обладают радиопротекторным эффектом.

Значимость работы заключается в развитии научных знаний о биологических свойствах химически модифицированных фуллеренов Сб0 и С70 и об их влиянии на

реализацию генетической информации (транскрипция, трансляция генов сигнальных путей и окислительного метаболизма) в клетках человека. Исследование влияния модификаций фуллеренов С60 и С70 на живые клетки позволяет оценить реальные риски воздействия наносоединений на клетки человека, выявить пределы их биобезопасности, проводить направленный синтез соединений с заданным вектором воздействия на экспрессию выбранных генов в клетках человека.

Методология и методы диссертационного исследования

Методологической основой данного исследования являлись работы отечественных и зарубежных исследователей в области изучения влияния наносоединений на клетки человека и животных in vitro и in vivo.

В работе исследованы новые водорастворимые производные фуллерена С60 и С70, синтезированные отечественными химиками в рамках проведения совместных исследований. Эксперименты in vitro проводили на эмбриональных фибробластах легких человека. Для исследования токсичности соединений применяли стандартный МТТ-тест (колориметрический тест для оценки метаболической активности клеток). Количество двунитевых разрывов ДНК ядер клеток оценивали, используя антитела к фосфорилированной форме гистона уН2АХ, конъюгированные с ФИТЦ (fluorescein isothiocyanate, FITC), с последующей детекцией с помощью флуоресцентного микроскопа и проточного цитофлуориметра.

Для исследования уровня экспрессии генов и белков в диссертационной работе использованы современные методы исследования: метод ПЦР (полимеразной цепной реакции) в реальном времени, метод проточной цитофлуориметрии, метод флуоресцентной микроскопии. Уровень экспрессии генов и белков анализировали в нескольких независимых экспериментах, обработку результатов ПЦР осуществляли с учетом калибровки и определения эффективности ПЦР для каждого гена.

Положения, выносимые на защиту

1. Фуллерен С70 по отношению к эмбриональным фибробластам легких человека вызывает сдвиг баланса активных форм кислорода в сторону окислительного стресса в большей степени, чем фуллерен Сб0, что проявляется повышением уровня внутриклеточных АФК, более длительной активацией экспрессии гена N0X4, менее длительной активацией экспрессии генов N^2, НО-1 и NQ01 и более длительном окислительном повреждении ДНК.

2. Для модифицированных фуллеренов Сб0 наличие ароматической системы в боковой цепи оказывает принципиальное значение на биологические эффекты, при этом нет различия между свойствами фенильных и тиофенильных производных, которые проявляют умеренно цитотоксический эффект без повреждения ДНК, активирующее действие по отношению к экспрессии N0X4 и ШКВ1, вызывают внутриклеточный окислительный стресс.

3. Для модифицированных фуллеренов Сб0 принципиальное влияние на свойства оказывает наличие гетероатома в каркасе, при этом соединение, содержащие атом водорода, проявляет более выраженную цитотоксичность, генотоксичность, более выраженную активацию N0X4, активацию NRF2, в то время как соединения, содержащие атом хлора, проявляют меньшую цитотоксичность, не проявляют генотоксичности, в меньшей степени активируют экспрессию N0X4, угнетают экспрессию N^2 и активируют экспрессию КВ1.

4. Для модифицированных фуллеренов С70 присутствие гетероатома серы в ароматической системе приводит к принципиальному изменению свойств, причем соединение с фенильным заместителем является более цитотоксичным, проявляет генотоксичность, активирует экспрессию N0X4, в то время как соединение с тиофенильным заместителем проявляет генопротекторные свойства и подавляет экспрессию N0X4, при этом оба соединения являются внутриклеточными антиоксидантами и активируют экспрессию N^2.

5. Для модифицированных фуллеренов Сб0 и С70 вариация длины алкильной цепи, окисление алкильной цепи и включение атома серы в ароматический цикл

при сохранении ароматичности (замена фенильного радикала на тиофенильный) можно рассматривать как минорные различия в химической структуре, которые не влияют на выраженность и длительность внутриклеточного окислительного стресса и активации генов N0X4, NRF2, №ХВ1, однако различным образом влияют на пролиферацию, апоптоз, цито- и генотоксичность, при этом соединения, заместители которых содержат ароматическую систему (фенильные и тиофенильные заместители) и алкилкарбоксильный радикал не влияют на уровень внутриклеточных активных форм кислорода, активируют экспрессию генов N0X4, N№2, Ш.КВ1, могут вызывать окислительное повреждение ДНК с активацией систем репарации и ингибировать апоптоз.

6. Модифицированные фуллерены C6о и C7о, содержащие ароматические заместители с алкилкарбоксильными радикалами и гетероатомы хлора или водорода в каркасе, не обладают радиопротекторным эффектом, однако снижение уровня двунитевых разрывов ДНК в клетках при действии радиации получено для производных фуллерена содержащих аминокислотные заместители, при этом эффект усиливается при наличии в аминокислотной цепи циклического алифатического или ароматического радикала.

Степень достоверности результатов

Высокая степень достоверности полученных результатов и обоснованности сделанных выводов определяется большим количеством экспериментов и параллельных измерений. В работе использованы современные точные молекулярно-генетические и статистические методы исследования, интерпретация проведена с использованием методов статистической обработки данных. Достоверность подтверждена статистическими методами: непараметрическими критериями Манна-Уитни (^критерий) и Колмогорова-Смирнова. Выводы и заключения подкреплены убедительными экспериментальными фактами. Для теоретического обоснования и сравнительного анализа привлечено большое количество отечественных и зарубежных источников литературы. Выводы полно и

точно отражают результаты проделанной работы. Сформулированные в работе выводы согласуются с поставленными целью и задачами исследования.

Апробация результатов исследования

Материалы диссертации доложены на 21-ой Международной Пущинской школе-конференции молодых ученых «БИОЛОГИЯ - НАУКА XXI ВЕКА» 2018, Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Медицинская весна-2018», 43rd FEBS Congress, Прага, Чехия 2018, межвузовской конференции «Генетика в системе медицинских наук» 2018, I научно-практической конференции аспирантов и ординаторов "Актуальные вопросы анестезиологии-реаниматологии и реабилитологии" 2019, конференции молодых ученых ФГБНУ "МГНЦ" 2019, 44th FEBS Congress, Краков Польша 2019, II Научно-практической конференции аспирантов, ординаторов и молодых ученых «Актуальные вопросы анестезиологии-реаниматологии и реабилитологии» 2019, 11th International Symposium on Circulating Nucleic Acids in Plasma and Serum (CNAPS), Израиль, Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Медицинская весна-2019», the 45th FEBS Congress, Любляна, Словения, 2021, IX съезде Российского общества медицинских генетиков, XVII Международной научной конференции АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ БФФХ - 2022, VIII Междисциплинарной конференции "Молекулярные и Биологические аспекты Химии, Фармацевтики и Фармакологии" 2023.

Личный вклад автора в проведение исследования

Автор непосредственно участвовал в организации и проведении всех этапов исследования: формулировании цели и задач, выборе методов исследования, проведении экспериментальной работы, статистической обработке полученных данных и их интерпретации, формулировании выводов, а также в подготовке материалов к публикации. Автором изучена зарубежная и отечественная

литература по теме диссертации. Автор подготовил материалы к публикации в рецензируемых отечественных и зарубежных журналах. Результаты работы были автором лично представлены на 5 международных и 9 российских конференциях.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности

Диссертационная работа «Роль химических модификаций фуллеренов C60 и C70 в регуляции транскрипции генов сигнальных путей и окислительного метаболизма в клетках человека» соответствует формуле специальности 1.5.7. -Генетика (биологические науки) и 1.5.2. - Биофизика, охватывая проблемы реализации генетической информации (транскрипция, трансляция), механизмы регуляции экспрессии генов, связанные с участием активных форм кислорода, а также радиопротекторные эффекты по отношению к гамма-излучению.

Публикации

Материалы диссертационной работы представлены в 33 печатных работах, в том числе в 13 статьях (из них 12 в Web of Science и/или Scopus), опубликованных в журналах, рекомендованных ВАК при Минобрнауки России для соискателей ученой степени кандидата биологических наук. В опубликованных научных работах полностью отражены основные результаты диссертации, положения и выводы.

Структура и объем диссертации

Данная диссертационная работа имеет следующую структуру: список сокращений, введение, обзор литературы, материалы и методы исследования, результаты и обсуждение, заключение, выводы, практические рекомендации, список цитируемой литературы, благодарности. Работа представлена на 234 страницах машинописного текста, содержит 2 таблицы, 102 рисунка.

Библиографический указатель включает 127 источник, из них 20 отечественных и 107 зарубежных источников.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 История открытия фуллеренов

Фуллерен является аллотропной модификацией углерода и представляет собой замкнутые полые трехмерные структуры чаще всего в виде сферы или эллипсоида. В 1970 году японским ученым химиком Эйдзи Осава было предсказано существование структуры Сб0 [5], предположения были сделаны на основе изучения кораннулена (Рисунок 1), также Р.В. Хенсоном была предложена структурная модель Сб0[б], однако доказательства ее существования были недостаточными. Теоретическое предсказание существования Сб0 было сделано группой ученых из СССР на основе квантово-химического анализа стабильности Сб0 и расчета электронной структуры Сб0 [7].

Рисунок 1 - Структурная формула кораннулена Впервые фуллерен был получен учеными во главе с Г. Крото в 1985 году [29]. Изначально целью исследования был анализ механизма образования углеродных цепей в межзвездных газовых облаках и в атмосферах богатых углеродом красных гигантских звезд, предполагалось, что с помощью лазерного лучевого аппарата, разработанного Р. Смолли, можно будет моделировать химические условия в атмосфере углеродных звезд и, таким образом, предоставить убедительные доказательства гипотезы о том, что цепи возникли в звездах. Исследование подтвердило теорию, также в ходе эксперимента было обнаружено спонтанное образование относительно большого количества неизвестных до сих пор аллотропов углерода Сб0. Высокая устойчивость структуры привела к гипотезе, что

данный кластер имеет сфероидальную замкнутую решётку в форме усеченного икосаэдра — многоугольника, имеющего 60 вершин и 32 грани, 12 из которых пятиугольники и 20 шестиугольники (Рисунок 2), как было доказано позже.

Рисунок 2 - Структурная формула фуллеренов С6о и С70 Структура получила название «бакминстерфуллерен» в честь дизайнера-изобретателя геодезических куполов Бакминстера Фуллера, чьи идеи повлияли на гипотезу о структуре. Дальнейшая серия экспериментов показала исключительную стабильность структур и ^0, в ходе которых были обнаружены метастабильные структуры, такие как C28, Cз6, C5о.

В природе небольшое количество фуллеренов обнаружено в саже [30], в атмосфере после грозового разряда, а также в семействе минералоидов, известных как шунгит (назван в честь поселка Шуньга в Карелии) [31].

1.2 Методы синтеза фуллеренов

Метод синтеза, благодаря которому изначально были получены фуллерены, не допускал возможности получения вещества в большом количестве. Но 1990 году благодаря физикам Дональду Р. Хаффману и Вольфгангу Кречмеру эта проблема была решена [32]. В атмосфере гелия при уменьшенном давлении использовались электрическая дуга с двумя графитовыми электродами, в результате сжигания получалась углеродная «сажа» содержание фуллеренов, в которой было выявлено методом спектрометрии. Методом экстракции бензолом или толуолом были получены фуллерены, извлечённые из «сажи».

1.2.1 Плазменный метод

Плазменный метод является часто применяемым методом для синтеза фуллеренов, в связи с гибкостью и многообразием вариантов исполнения, что позволяет применять данный метод для производства соединений в промышленных масштабах.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Савинова Екатерина Алексеевна, 2024 год

СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Михеева В.В., Новиков В.Ф. Фуллерены в промышленности // IV Всероссийская научно-практическая конференция. - 2018. - C. 156.1-156.2.

2. Savva A., Hama A., Herrera-Lopez G., Schmidt T., Migliaccio L., Steiner N., Kawan M., Fiumelli H., Magistretti P., McCulloch I., Baran D., Gasparini N., Schindl R., Glowacki E., Inal S. Photo-Chemical Stimulation of Neurons with Organic Semiconductors // Adv Sci (Weinh). - 2023. - T. 10.

3. Mousavi S. Z., S. N., H.I. M., . Fullerene nanoparticle in dermatological and cosmetic applications //. - 2017. - T. 13. - C. 1071-1087.

4. Chen X., Zhang Y., Yu W., Zhang W., Tang H., Yuan W. In situ forming ROS-scavenging hybrid hydrogel loaded with polydopamine-modified fullerene nanocomposites for promoting skin wound healing //. - 2023. - T. 21.

5. Yin R., Wang M., Huang Y., Huang H., Avci P., Chiang L., Hamblin M. Photodynamic therapy with decacationic [60]fullerene monoadducts: Effect of a light absorbing electron-donor antenna and micellar formulation // Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine. - 2014. - T. 10, № 4. - C. 795-808.

6. Raffaini G., Ganazzoli F. A molecular dynamics study of a photodynamic sensitizer for cancer cells: Inclusion complexes of y-cyclodextrins with C70 // International journal of molecular sciences. - 2019. - T. 20, № 4831.

7. Zhou W., Huo, J., Yang, Y., Zhang, X., Li, S., Zhao, C., Ma, H., Liu, Y., Liu, J., Li, J., Zhen, M., Li, J., Fang, X., Wang, C., . Aminated Fullerene Abrogates Cancer Cell Migration by Directly Targeting Myosin Heavy Chain 9 // ACS Appl. Mater. Interfaces. - 2020. - T. 12. - C. 56862-56873.

8. Serda M., Ware M.J., Newton J.M., Sachdeva S., Krzykawska-Serda M. N. L., Law J., Anderson A.O., Curley S.A., Wilson L.J., Corr S.J. Development of photoactive Sweet-C 60 for pancreatic cancer stellate cell therapy // Nanomedicine. - 2018. - T. 13, № 23. - C. 2981-2993.

9. Friedman S. H., DeCamp D. L., Kenyon G. L., Sijbesma R. P., Srdanov G., Wudl F., . Inhibition of the HIV-1 Protease by Fullerene Derivatives: Model Building Studies

and Experimental Verification // Journal of the American Chemical Society. - 1993. - T. 115, № 15. - C. 6506-6509.

10. Voronov I. I., Martynenko V. M., Chernyak A. V., Balzarini J., Schols D., Troshin P. A., . Synthesis and Antiviral Activity of Water-Soluble Polycarboxylic Derivatives of [60]Fullerene Loaded with 3,4-Dichlorophenyl Units // Chem Biodivers. - 2018. - T. 15, № 11.

11. Hirayama J., Abe H., Kamo N., Shinbo T., Ohnishi-Yamada Y., Kurosawa S., Ikebuchi K., Sekiguchi S. Photoinactivation of vesicular stomatitis virus with fullerene conjugated with methoxy polyethylene glycol amine // Biol Pharm Bull. - 1999. - T. 22, № 10. - C. 1106-1109.

12. Lyon D. Y., Adams L. K., Falkner J. C., Alvarez P. J. J. Antibacterial activity of fullerene water suspensions: Effects of preparation method and particle size // Environ Sci Technol. - 2006. - T. 40, № 14. - C. 4360-4366.

13. Tan Y., Ma Y., Fu S., Zhang A. Facile construction of fluorescent C70-C00H nanoparticles with advanced antibacterial and anti-biofilm photodynamic activity // Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. - 2022. - T. 234.

14. Àârelâ A., Râsânen K., Holm P., Salo H., Virta P. Synthesis of Site-Specific Antibody-[60]Fullerene-0ligonucleotide Conjugates for Cellular Targeting // ACS Appl Bio Mater. - 2023. - T. 6, № 8. - C. 3189-3198.

15. Al-Anbari H. H., Mahdi Z. A. A., Zandi H., Karimi M. Investigating a nickel-decorated fullerene for adsorbing tespa anticancer: drug delivery assessments // Journal of Molecular Modeling. - 2022. - T. 28, № 12.

16. Wang I. C., Tai L. A., Lee D. D., Kanakamma P. P., Shen C. K. F., Luh T. Y., Cheng C. H., Hwang K. C. C60 and water-soluble fullerene derivatives as antioxidants against radical-initiated lipid peroxidation // Journal of Medicinal Chemistry. - 1999. -T. 42, № 22. - C. 4614-4620.

17. Monti D., Moretti L., Salvioli S., Straface E., Malorni W., Pellicciari R., Schettini G., Bisaglia M., Pincelli C., Fumelli C., Bonafè M., Franceschi C. C60 carboxyfullerene exerts a protective activity against oxidative stress-induced apoptosis in

human peripheral blood mononuclear cells // Biochemical and Biophysical Research Communications. - 2000. - T. 277, № 3. - C. 711-717.

18. Gharbi N., Pressac M., Hadchouel M., Szwarc H., Wilson S. R., Moussa F. [ 60 ] Fullerene is an in vivo Powerful Antioxidant With no Acute or Sub-acute Toxicity // Nano Letters. - 2005. - T. 5, № 12. - C. 2578-2585.

19. Grebowski J., Kazmierska-Grebowska P., Cichon N., Piotrowski P., Litwinienko G. The Effect of Fullerenol C60(OH)36 on the Antioxidant Defense System in Erythrocytes // Int J Mol Sci. - 2022. - T. 23, № 1.

20. Alrushaid N., Khan F. A., Al-Suhaimi E. A., Elaissari A. Nanotechnology in Cancer Diagnosis and Treatment // Pharmaceutics. - 2023. - T. 15, № 3.

21. Watanabe T., Nakamura S., Ono T., Ui S., Yagi S., Kagawa H., Watanabe H., Ohe T., Mashino T., Fujimuro M. Pyrrolidinium fullerene induces apoptosis by activation of procaspase-9 via suppression of Akt in primary effusion lymphoma // Biochem Biophys Res Commun. - 2014. - T. 451, № 1. - C. 93-100.

22. Shoji M., Takahashi E., Hatakeyama D., Iwai Y., Morita Y., Shirayama R., Echigo N., Kido H., Nakamura S., Mashino T., Okutani T., Kuzuhara T. Correction: AntiInfluenza Activity of C 60 Fullerene Derivatives // PLoS One. - 2013. - T. 8, № 6.

23. Cho M., Snow S. D., Hughes J. B., Kim J. H. Escherichia coli inactivation by UVC-irradiated C60: Kinetics and mechanisms // Environmental Science & Technology. - 2011. - T. 45, № 22. - C. 9627-9633.

24. Mashino T., Okuda K., Hirota T., Hirobe M., Nagano T., Mochizuki M. Inhibition of E. coli growth by fullerene derivatives and inhibition mechanism // Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. - 1999. - T. 9, № 20. - C. 2959-2962.

25. Tsao N., Luh T. Y., Chou C. K., Chang T. Y., Wu J. J., Liu C. C., Lei H. Y. In vitro action of carboxyfullerene // Journal of Antimicrobial Chemotherapy. - 2002. - T. 49, № 4. - C. 641-649.

26. Kuznietsova H., Dziubenko N., Hurmach V., Chereschuk I., Motuziuk O., Ogloblya O., Prylutskyy Y. Water-Soluble Pristine C60 Fullerenes Inhibit Liver Fibrotic Alteration and Prevent Liver Cirrhosis in Rats // Oxid Med Cell Longev. - 2020. - T. 2020. - C. 14.

27. Vereshchaka I. V., Bulgakova N. V., Maznychenko A. V., Gonchar O. O., Prylutskyy Y. I., Ritter U., Moska W., Tomiak T., Nozdrenko D. M., Mishchenko I. V., Kostyukov A. I. C60 fullerenes diminish muscle fatigue in rats comparable to N-acetylcysteine or P-Alanine // Front Physiol. - 2018. - T. 9.

28. Xiao L., Takada H., Maeda K., Haramoto M., Miwa N. Antioxidant effects of water-soluble fullerene derivatives against ultraviolet ray or peroxylipid through their action of scavenging the reactive oxygen species in human skin keratinocytes // Biomedicine & Pharmacotherapy. - 2005. - T. 59, № 7. - C. 351-358.

29. Kroto H. W., Heath J. R., O'Brien S. C., Curl R. F., Smalley R. E. C60: Buckminsterfullerene // Nature. - 1985. - T. 318. - C. 162-163.

30. Reilly P. T. A., Gieray R. A., Whitten W.B., Ramsey J. M. Fullerene Evolution in Flame-Generated Soot // Journal of the American Chemical Society. - 2000. - T. 122, № 47. - C. 11596-11601.

31. Buseck P. R., Tsipursky S. J., Hettich R. Fullerenes from the geological environment // Science. - 1992. - T. 257.

32. Huffman D. R., Kratschmer W., Lamb L.D., Fostiropoulos. Solid C6o: a new form of carbon // Nature. - 1990. - C. 347-354.

33. Удовицкий В. Г., Кропотов А. Ю., Фареник В. И. Развитие плазменных методов синтеза фуллеренов // Физическая инженерия поверхности. - 2012.

34. Трошин П. А., О. А. Трошина., и др. Функциональные производные фуллеренов: методы синтеза и перспективы использования в органической электронике и биомедицине // Издательство «Ивановский государственный университет. - 2008. - T. Библиогр. - C. 273-306.

35. Bunshah R. F., Jou S., Prakash S. Fullerene formation in sputtering and electron beam evaporation processes // J Phys Chem. . - 1992. - C. 6866-6869.

36. Yurkova A. A., Khakina E. A., Troyanov S. I., Chernyak A., Shmygleva L., Peregudov A. S., Martynenko V. M., Dobrovolskiy Y. A., Troshin P. A. Arbuzov chemistry with chlorofullerene C60Cl6: A powerful method for selective synthesis of highly functionalized [60]fullerene derivatives // Chem Commun (Camb). - 2012. - T. 48, № 71. - C. 8916-8918.

37. Keesmann T., Grosse-Wilde H. Process and apparatus for manufacturing fullerenes, especially pentagonal and/or hexagonal rings // Book Process and apparatus for manufacturing fullerenes, especially pentagonal and/or hexagonal rings / Editor. -Европейский патент 1995.

38. Howard J. B., McKinnon J. T., Makarovsky Y. Fullerenes C (60) and C (70) in Flames // Nature. - 1991. - C. 139.

39. Taylor R., Langley G. J., Kroto H. W., Walton D. R. M. Formation of C60by pyrolysis of naphthalene //. - 1993. - T. 366.

40. McHedlov-Petrossyan, Nikolay O. Fullerenes in liquid media: An unsettling intrusion into the solution chemistry // Chemical Reviews. - 2013. - T. 113.

41. Walton D., David R.M., Kroto H. W., Harold W. fullerene // Encyclopedia Britannica. - 2019.

42. Hebard A. F. Buckminsterfullerene // Annual Review of Materials Science. -1993. - T. 32. - C. 159-191.

43. Chai Y., Cuo T., Jin C., Robert., Hauflerj E., Felipe Chibante L. P., Fure J., Wang L., Alford J. M., Smalley R. E. Fullerenes with metals inside // Phys. Chem. -1991. - T. 95. - C. 7564-7568.

44. Пиотровский Л.Б., Киселев О.И. Фуллерены в биологии // СПб.: Росток. -2006. - C. 4-336.

45. Zhen M., Zheng J., Ye L., Li S., Jin C., Li K., Qiu D., Han H., Shu C., Yang Y., Wang C. Maximizing the relaxivity of Gd-complex by synergistic effect of HSA and carboxylfullerene // ACS Appl Mater Interfaces. - 2012. - T. 4, № 7. - C. 3724-3729.

46. Shultz M. D., Duchamp J. C., Wilson J. D., Shu C. Y., Ge J., Zhang J., Gibson H. W., Fillmore H. L., Hirsch J. I., Dorn H. C., Fatouros P. P. Encapsulation of a radiolabeled cluster inside a fullerene cage, 177LuxLu(3- x)N@C80: An interleukin-13-conjugated radiolabeled metallofullerene platform // Am Chem Soc. - 2010. - T. 132, № 14. - C. 4980-4981.

47. Boss R.D., Briggs J.S., Jacobs E.W., Jones T.E., Boss P. Preparation of superconducting K3C60 and Rb3C60 by precipitation from liquid ammonia // Physica C Supercond. - 1995. - T. 243, № 1-2. - C. 29-34.

48. Елецкий А.В., Смирнов Б.М. Фуллерены и структура углерода // УФН. -1995. - C. 976-1009.

49. Bezmel'nitsyn V.N., Eletskii A.V., Okun' M.V. Fullerenes in solutions // Physics-Uspekhi. - 1998. - T. 41, № 11. - C. 1091-1114.

50. Sivaraman N., Dhamodaran R., Kaliappan I., Srinivasan T. G., Rao P. R. V., Mathews C. K. Solubility of c 70 in organic solvents // Fullerene Science and Technology. - 1994. - T. 2, № 3.

51. Shvartsburg A. A., Hudgins R. R., Gutierrez R., Jungnickel G., Frauenheim T., Jackson K. A., Jarrold M. F. Ball-and-Chain Dimers from a Hot Fullerene Plasma // The Journal of Physical Chemistry A. - 1999. - T. 103, № 27. - C. 5275-5284.

52. Pandey R.K., Smith K.M., Dougherty T.J. Porphyrin Dimers as Photosensitizers in Photodynamic Therapy // Med Chem. - 1990. - T. 33, №2 7. - C. 2032.

53. Юровская М. А. Методы получения производных фуллерена С60 // Соросовский образовательный журнал. - 2000. - T. 6, № 5. - C. 26-30.

54. Ikeda A., Doi Y., Nishiguchi K., Kitamura K., Hashizume M., Kikuchi J. I., Yogo K., Ogawa T., Takeya T. Induction of cell death by photodynamic therapy with water-soluble lipid-membrane-incorporated [60]fullerene // Org Biomol Chem. - 2007. -T. 5, № 8. - C. 1158-1160.

55. Komatsu T., Nakagawa A., Qu X. Structural and mutagenic approach to create human serum albumin-based oxygen carrier and photosensitizer // Drug Metabolism and Pharmacokinetics. - 2009. - T. 24, № 4. - C. 287-299.

56. Yamakoshi Y., Umezawa N., Ryu A., Arakane K., Miyata N., Goda Y., Masumizu T., Nagano T. Active Oxygen Species Generated from Photoexcited Fullerene (C 60) as Potential Medicines: O2-. versus 1O2 // Am Chem Soc. - 2003. - T. 125, № 42. - C. 12803-9.

57. Ikeda A., Iizuka T., Maekubo N., Aono R., Kikuchi J. I., Akiyama M., Konishi T., Ogawa T., Ishida-Kitagawa N., Tatebe H., Shiozaki K. Cyclodextrin complexed [60]fullerene derivatives with high levels of photodynamic activity by long wavelength excitation // ACS Med Chem Lett. - 2013. - T. 4, № 8. - C. 752-756.

58. Корнев А.Б., Трошина О.А., Трошин П.А. Биологически активные производные фуллеренов, методы их получения и применение в медицине // Органические и гибридные наноматериалы: тенденции и перспективы. - 2013. - C. 392-502.

59. Bogdanovic V., Stankov K., Icevic I., Zikic D., Nikolic A., Solajic S., Djordjevic A., Bogdanovic G. Fullerenol C60(OH)24 effects on antioxidative enzymes activity in irradiated human erythroleukemia cell line // Radiat Res. - 2008. - T. 49, № 3. - C. 321-7.

60. Irie K., Nakamura Y., Ohigashi H., Tokuyama H., Yamago S., Nakamura E. Photocytotoxicity of water-soluble fullerene derivatives // Biosci Biotechnol Biochem. -1996. - T. 60, № 8. - C. 1359-61.

61. Bullard-Dillard R., Creek K.E., Scrivens W.A., Tour J.M. Tissue Sites of Uptake of14C-Labeled C60 // Bioorg. Chem. - 1996. - T. 24. - C. 376-385.

62. Cagle D. W., Kennel S. J., Mirzadeh S., Alford J. M., Wilson L. J. In vivo studies of fullerene-based materials using endohedral metallofullerene radiotracers // Proc Natl Acad Sci U S A. - 1999. - T. 96, № 6. - C. 5182-7.

63. Kubota R., Tahara M., Shimizu K., Sugimoto N., Hirose A., Nishimura T. Time-dependent variation in the biodistribution of C60 in rats determined by liquid chromatography-tandem mass spectrometry //. - 2011. - T. 206, № 2. - C. 172-7.

64. Yamago S., Tokuyama H., Nakamura E., Kikuchi K., Kananishi S., Sueki K., Nakahara H., Enomoto S., Ambe F. In vivo biological behavior of a water-miscible fullerene: 14C labeling, absorption, distribution, excretion and acute toxicity // Chem Biol. - 1995. - T. 2, № 6. - C. 385-9.

65. Gao J., Wang H. L., Shreve A., Iyer R. Fullerene derivatives induce premature senescence: A new toxicity paradigm or novel biomedical applications // Toxicol Appl Pharmacol. - 2010. - T. 244, № 2. - C. 130-43.

66. Ueng T. H., Kang J. J., Wang H. W., Cheng Y. W., Chiang L. Y. Suppression of microsomal cytochrome P450-dependent monooxygenases and mitochondrial oxidative phosphorylation by fullerenol, a polyhydroxylated fullerene C60 // Toxicol Lett. - 1997. - T. 93, № 1. - C. 29-37.

67. Андреев С. М., Бабахин А. А., Петрухина А. О., Романова В. С., Парнес 3. Н., Петров Р. В. Иммуногенные и аллергенные свойства конъюгатов фуллерена с аминокислотами и белком // Докл. РАН. - 2000. - T. 2, № 390. - C. 261-264.

68. Rajagopalan P., Wudl F., Schinazi R. F., Boudinot F. D. Pharmacokinetics of a water-soluble fullerene in rats //. - 1996. - T. 40, № 10. - C. 2262-5.

69. Chen H. H. C., yu C., Ueng T. H., Chen S., Chen B. J., Huang K. J., Chiang L. Y. Acute and Subacute Toxicity Study of Water-Soluble Polyalkylsulfonated C60 in Rats // Toxicol Pathol. - 1998. - T. 26, № 1. - C. 143-51.

70. Shipkowski K. A., Sanders J. M., McDonald J. D., Walker N. J., Waidyanatha S. Disposition of fullerene C60 in rats following intratracheal or intravenous administration // Xenobiotica. - 2019. - T. 49, № 9. - C. 1078-1085.

71. Zhu X., Zhu L., Li Y., Duan Z., Chen W., Alvarez P. J. J. Developmental toxicity in zebrafish (Danio rerio) embryos after exposure to manufactured nanomaterials: Buckminsterfullerene aggregates (nC60) and fullerol // Environ Toxicol Chem. - 2007. -T. 26, № 5. - C. 1440-1681.

72. Oberdorster E., Zhu S., Blickley T. M., McClellan-Green P., Haasch M. L. Ecotoxicology of carbon-based engineered nanoparticles: Effects of fullerene (C60) on aquatic organisms // Carbon N Y. - 2006. - T. 44, № 6. - C. 1112-1120.

73. Bobylev A. G., Kraevaya O. A., Bobyleva L. G., Khakina E. A., Fadeev R. S., Zhilenkov A. V., Mishchenko D. V., Penkov N. V., Teplov I. Y., Yakupova E. I., Vikhlyantsev I. M., Troshin P. A. Anti-amyloid activities of three different types of water-soluble fullerene derivatives // Colloids Surf B Biointerfaces. - 2019. - T. 183, № 1.

74. Heidari S. M., Anctil A. Identifying alternative solvents for C60 manufacturing using singular and combined toxicity assessments // Hazard Mater. - 2020. - T. 393.

75. Su Y., Xu J. y., Shen P., Li J., Wang L., Li Q., Li W., Xu G. t., Fan C., Huang Q. Cellular uptake and cytotoxic evaluation of fullerenol in different cell lines // Toxicology. - 2010. - T. 269, № 2-3. - C. 155-9.

76. Rouse J. G., Yang J., Barron A. R., Monteiro-Riviere N. A. Fullerene-based amino acid nanoparticle interactions with human epidermal keratinocytes // Toxicology in Vitro. - 2006. - T. 20, № 8. - C. 1313-20.

77. Yamada T., Yamakoshi Y., Ishikawa T., Ishikawa I., Tsuchiya T., Matsuoka A. Cytotoxicity of fullerene [60], carbon nanotube, and their derivatives in V79 cells and cultured normal human astrocytes // Bulletin of National Institute of Health Sciences. -2009. - T. 127. - C. 39-43.

78. Piotrowski P., Klimek K., Ginalska G., Kaim A. Beneficial influence of water-soluble PEG-functionalized C60 fullerene on human osteoblast growth in vitro // Materials. - 2021. - T. 14, № 6.

79. Wong C. W., Zhilenkov A. V., Kraevaya O. A., Mischenko D. V., Troshin P. A., Hsu S. H. Toward understanding the antitumor effects of water-soluble fullerene derivatives on lung cancer cells: apoptosis or autophagy pathways? // Med Chem. - 2019.

- T. 62, № 15. - C. 7111-7125.

80. Li Z., Pan L. L., Zhang F. L., Wang Z., Shen Y. Y., Zhang Z. Z. Preparation and characterization of fullerene (C60) amino acid nanoparticles for liver cancer cell treatment // Nanosci Nanotechnol. - 2014. - T. 14, № 6. - C. 4513-8.

81. Guo W., Liu X., Ye L., Liu J., Larwubah K., Meng G., Shen W., Ying X., Zhu J., Yang S., Guo J., Jia Y., Yu M. The Effect of Polyhydroxy Fullerene Derivative on Human Myeloid Leukemia K562 Cells // Materials. - 2022. - T. 15, № 4. - C. 1349.

82. Baati T., Bourasset F., Gharbi N., Njim L., Abderrabba M., Kerkeni A., Szwarc H., Moussa F. The prolongation of the lifespan of rats by repeated oral administration of [60]fullerene // Biomaterials. - 2012. - T. 33, № 19. - C. 4936-46.

83. Santos S. M., Dinis A. M., Peixoto F., Ferreira L., Jurado A. S., Videira R. A. Interaction of fullerene nanoparticles with biomembranes: From the partition in lipid membranes to effects on mitochondrial bioenergetics // Toxicological Sciences. - 2014.

- T. 138, № 1. - C. 117-29.

84. Kraszewski S., Tarek M., Ramseyer C. Uptake and translocation mechanisms of cationic amino derivatives functionalized on pristine C60 by lipid membranes: A molecular dynamics simulation study // ACS Nano. - 2011. - T. 5, № 11. - C. 517.

85. Sridhar A., Srikanth B., Kumar A., Dasmahapatra A. K. Coarse-grain molecular dynamics study of fullerene transport across a cell membrane // Chem Phys. - 2015. - T. 143, № 2.

86. Prylutska S., Bilyy R., Overchuk M., Bychko A., Andreichenko K., Stoika R., Rybalchenko V., Prylutskyy Y., Tsierkezos N. G., Ritter U. Water-soluble pristine fullerenes C60 increase the specific conductivity and capacity of lipid model membrane and form the channels in cellular plasma membrane // Biomed Nanotechnol. - 2012. - T. 8, № 3. - C. 522-7.

87. Krusic P. J., Wasserman E., Keizer P. N., Morton J. R., Preston K. F. Radical reactions of C60 // Science. - 1991. - T. 254, № 5035. - C. 1183-5.

88. Tsai M. C., Chen Y. H., Chiang L. Y. Polyhydroxylated C60, fullerenol, a novel free-radical trapper, prevented hydrogen peroxide- and cumene hydroperoxide-elicited changes in rat hippocampus in-vitro // Pharm Pharmacol. - 1997. - T. 49, № 4. - C. 43845.

89. Sumi K., Tago K., Nakazawa Y., Takahashi K., Ohe T., Mashino T., Funakoshi-Tago M. A bis-pyridinium fullerene derivative induces apoptosis through the generation of ROS in BCR-ABL-positive leukemia cells // Eur J Pharmacol. - 2022. - T. 916.

90. Belgorodsky B., Fadeev L., Ittah V., Benyamini H., Zelner S., Huppert D., Kotlyar A. B., Gozin M. Formation and characterization of stable human serum albumin-tris-malonic acid [C60]fullerene complex // Bioconjugate Chem. - 2005. - T. 16, № 5. -C. 1058-1062.

91. Benyamini H., Shulman-Peleg A., Wolfson H. J., Belgorodsky B., Fadeev L., Gozin M. Interaction of C60-fullerene and carboxyfullerene with proteins: Docking and binding site alignment // Bioconjugate Chem. - 2006. - T. 17, № 2. - C. 378-386.

92. Chen B. X., Wilson S. R., Das M., Coughlin D. J., Erlanger B. F. Antigenicity of fullerenes: Antibodies specific for fullerenes and their characteristics // Proc Natl Acad Sci U S A. - 1998. - T. 95, № 18. - C. 10809-13.

93. Hendrickson O., Fedyunina N., Zherdev A., Solopova O., Sveshnikov P., Dzantiev B. Production of monoclonal antibodies against fullerene C60 and development of a fullerene enzyme immunoassay // Analyst. - 2012. - T. 137, № 1. - C. 98-105.

94. Масалова О. В., Шепелев А. В., Атанадзе С. Н., Парнес З. Н., Романова В. С., Вольпина О. М., Семилетов Ю. А., Кущ А. А. Иммуностимулирующее действие

водорастворимых производных фуллерена — перспективных адъювантов для вакцин нового поколения // Докл. РАН. - 1999. - T. 3, № 369. - C. 411-413.

95. Ryan J. J., Bateman H. R., Stover A., Gomez G., Norton S. K., Zhao W., Schwartz L. B., Lenk R., Kepley C. L. Fullerene Nanomaterials Inhibit the Allergic Response // J Immunol. - 2007. - T. 179, № 1. - C. 665-72.

96. Yudoh K., Karasawa R., Masuko K., Kato T. Water-soluble fullerene (C60) inhibits the development of arthritis in the rat model of arthritis. // Int J Nanomedicine. -2009. - T. 4. - C. 217-25.

97. Babakhin A. A., Andrievsky G., DuBuske L. M. Inhibition of Systemic and Passive Cutaneous Anaphylaxis by Water-Soluble Fullerene C60 // Journal of Allergy and Clinical Immunology. - 2009. - T. 123, № 2. - C. 118.

98. Башкатова Е.Н., Андреев С.М., Шершакова Н.Н., Бабахин А.А., Шиловский И.П., Хаитов М.Р. Изучение модулирующей активности производных фуллерена C60 на реакцию гиперчувствительности замедленного типа // Физиология и патология иммунной системы. - 2012. - T. 2. - C. 17-27.

99. Dugan L. L., Lovett E. G., Quick K. L., Lotharius J., Lin T. T., O'Malley K. L. Fullerene-based antioxidants and neurodegenerative disorders // Parkinsonism Relat Disord. - 2001. - T. 7, № 3.

100. Lin A. M. Y., Chyi B. Y., Wang S. D., Yu H. H., Kanakamma P. P., Luh T. Y., Chou C. K., Ho L. T. Carboxyfullerene prevents iron-induced oxidative stress in rat brain // J Neurochem. - 1999. - T. 72, № 4. - C. 1634-40.

101. Lin A. M. Y., Fang S. F., Lin S. Z., Chou C. K., Luh T. Y., Ho L. T. Local carboxyfullerene protects cortical infarction in rat brain // Neurosci Res. - 2002. - T. 43, № 4. - C. 317-21.

102. Sumizawa T., Igisu H. Suppression of acrylamide toxicity by carboxyfullerene in human neuroblastoma cells in vitro // Arch Toxicol. . - 2009. - T. 83, № 9. - C. 817 -24.

103. Tsao N., Kanakamma P. P., Luh T. Y., Chou C. K., Lei H. Y. Inhibition of Escherichia coli-induced meningitis by carboxyfullerence // Antimicrob Agents Chemother. - 1999. - T. 43, № 9. - C. 2273-7.

104. Zha Y., Jin Y., Wang X., Chen L., Zhang X., Wang M. Long-term maintenance of synaptic plasticity by Fullerenol Ameliorates lead-induced-impaired learning and memory in vivo // J Nanobiotechnology. - 2022. - T. 20, № 1. - C. 348.

105. Hsieh F. Y., Zhilenkov A. V., Voronov I. I., Khakina E. A., Mischenko D. V., Troshin P. A., Hsu S. H. Water-Soluble Fullerene Derivatives as Brain Medicine: Surface Chemistry Determines if They Are Neuroprotective and Antitumor //. - 2017. - T. 9, № 13. - C. 11482-11492.

106. Ren H., Li J., Peng A., Liu T., Chen M., Li H., Wang X. Water-Soluble, Alanine-Modified Fullerene C60 Promotes the Proliferation and Neuronal Differentiation of Neural Stem Cells // Int J Mol Sci. - 2022. - T. 23, № 10.

107. Tsumoto H., Kawahara S., Fujisawa Y., Suzuki T., Nakagawa H., Kohda K., Miyata N. Syntheses of water-soluble [60]fullerene derivatives and their enhancing effect on neurite outgrowth in NGF-treated PC12 cells // Bioorg Med Chem Lett. - 2010. - T. 20, № 6. - C. 1948-52.

108. Schuhmann M. K., Fluri F. Effects of fullerenols on mouse brain microvascular endothelial cells // Int. J. Mol. Sci. . - 2017. - T. 18, № 8. - C. 1783.

109. Ye S., Zhou T., Pan D., Lai Y., Yang P., Chen M., Wang Y., Hou Z., Ren L., Jiang Y. Fullerene C60 derivatives attenuated microglia-mediated prion peptide neurotoxicity // J Biomed Nanotechnol. - 2016. - T. 12, № 9. - C. 1820-33.

110. Cai X., Jia H., Liu Z., Hou B., Luo C., Feng Z., Li W., Liu J. Polyhydroxylated fullerene derivative C60(0H)24 prevents mitochondrial dysfunction and oxidative damage in an MPP+-induced cellular model of Parkinson's disease // J Neurosci Res. -2008. - T. 86, № 16. - C. 3622-34.

111. Hurmach Y., Rudyk M., Prylutska S., Hurmach V., Prylutskyy Y. I., Ritter U., Scharff P., Skivka L. C60Fullerene Governs Doxorubicin Effect on Metabolic Profile of Rat Microglial Cells in Vitro // Mol Pharm. - 2020. - T. 17, № 9. - C. 3622-3632.

112. Gudkov S. V., Guryev E. L., Gapeyev A. B., Sharapov M. G., Bunkin N. F., Shkirin A. V., Zabelina T. S., Glinushkin A. P., Sevost'yanov M. A., Belosludtsev K. N., Chernikov A. V., Bruskov V. I., Zvyagin A. V. Unmodified hydrated C60 fullerene molecules exhibit antioxidant properties, prevent damage to DNA and proteins induced

by reactive oxygen species and protect mice against injuries caused by radiation-induced oxidative stress // Nanomedicine. - 2019. - T. 15, № 1. - C. 37-46.

113. Theriot C. A., Casey R. C., Moore V. C., Mitchell L., Reynolds J. O., Burgoyne M., Partha R., Huff J. L., Conyers J. L., Jeevarajan A., Wu H. Dendro[C 60]fullerene DF-1 provides radioprotection to radiosensitive mammalian cells // Radiat Environ Biophys. - 2010. - T. 49, № 3. - C. 437-45.

114. Daroczi B., Kari G., McAleer M. F., Wolf J. C., Rodeck U., Dicker A. P. In vivo radioprotection by the fullerene nanoparticle DF-1 as assessed in a zebrafish model // Clin Cancer Res. - 2006. - T. 12, № 23. - C. 7086-91.

115. Lin H. S., Lin T. S., Lai R. S., D'Rosario T., Luh T. Y. Fullerenes as a new class of radioprotectors // Int J Radiat Biol. - 2001. - T. 77, № 2. - C. 235-9.

116. Grebowski J., Kazmierska-Grebowska. P., Cichon N., Konarska A., Wolszczak M., Litwinienko G. Fullerenol C60(OH)36 Protects the Antioxidant Enzymes in Human Erythrocytes against Oxidative Damage Induced by High-Energy Electrons // Int J Mol Sci. - 2022. - T. 23, № 19.

117. Zhao M., Wang C., Xie J., Ji C., Gu Z. Eco-Friendly and Scalable Synthesis of Fullerenols with High Free Radical Scavenging Ability for Skin Radioprotection // Small. - 2021. - T. 17, № 37.

118. Trajkovic S., Dobric S., Jacevic V., Dragojevic-Simic V., Milovanovic Z., Dordevic A. Tissue-protective effects of fullerenol C60(OH)24 and amifostine in irradiated rats // Colloids Surf B Biointerfaces. - 2007. - T. 58, № 1. - C. 39-43.

119. Moghadam Z. M., Henneke P., Kolter J. From Flies to Men: ROS and the NADPH Oxidase in Phagocytes // Front Cell Dev Biol. - 2021. - T. 9.

120. Almeida M., Ambrogini E., Han L., Manolagas S. C., Jilka R. L. Increased lipid oxidation causes oxidative stress, increased peroxisome proliferator-activated receptor-y expression, and diminished pro-osteogenic Wnt signaling in the skeleton // J Biol Chem. - 2009. - T. 284, № 40. - C. 27438-48.

121. Bryan H. K., Olayanju A., Goldring C. E., Park B. K. The Nrf2 cell defence pathway: Keap1-dependent and -independent mechanisms of regulation // Biochemical Pharmacology. - 2013. - T. 85, № 6.

122. Zhang Y., Xiang Y. Molecular and cellular basis for the unique functioning of Nrfl, an indispensable transcription factor for maintaining cell homoeostasis and organ integrity // Biochem J. - 2016. - T. 473, № 8. - C. 961-1000.

123. Proskurnina E. V., Mikheev I. V., Savinova E. A., Ershova E. S., Veiko N. N., Kameneva L. V., Dolgikh O. A., Rodionov I. V., Proskurnin M. A., Kostyuk S. V. Effects of aqueous dispersions of c60, c70 and gd@c82 fullerenes on genes involved in oxidative stress and anti-inflammatory pathways // Int J Mol Sci. - 2021. - T. 22, № 11.

124. Proskurnina E. V., Mikheev I. V., Savinova E. A., Ershova E. S., Veiko N. N., Kameneva L. V., Dolgikh O. A., Rodionov I. V., Proskurnin M. A., Kostyuk S. V. Effects of Aqueous Dispersions of C60, C70, and Gd@C82 Fullerenes on DNA Oxidative Damage/Repair and Apoptosis in Human Embryonic Lung Fibroblasts // ACS Biomater Sci Eng. - 2023. - T. 9, № 3. - C. 1391-1401.

125. Kostyuk S. V., Proskurnina E. V., Savinova E. A., Ershova E. S., Kraevaya

0. A., Kameneva L. V., Umryukhin P. E., Dolgikh O. A., Kutsev S. I., Troshin P. A., Veiko N. N. Effects of functionalized fullerenes on ROS homeostasis determine their cytoprotective or cytotoxic properties // Nanomaterials (Basel). - 2020. - T. 10, № 7. -C. 1405.

126. Ershova E. S., Sergeeva V. A., Tabakov V. J., Kameneva L. A., Porokhovnik L. N., Voronov I. I., Khakina E. A., Troshin P. A., Kutsev S. I., Veiko N. N., Kostyuk S. V. Functionalized Fullerene Increases NF- B Activity and Blocks Genotoxic Effect of Oxidative Stress in Serum-Starving Human Embryo Lung Diploid Fibroblasts // Oxid Med Cell Longev. - 2016.10.1155/2016/9895245.

127. Kraevaya O. A., Peregudov A. S., Fedorova N. E., Klimova R. R., Godovikov

1. A., Mishchenko D. V., Shestakov A. F., Schols D., Kushch A. A., Troshin P. A. Thiophene-based water-soluble fullerene derivatives as highly potent antiherpetic pharmaceuticals // Org Biomol Chem. - 2020. - T. 18, № 42. - C. 8702-8708.

Благодарности

Искренне благодарю моего научного руководителя д.б.н., доцента Костюк Светлану Викторовну за руководство моей работой, обучение, всестороннюю помощь, готовность ответить на все вопросы и особенно за терпение и понимание.

Приношу мою безмерную благодарность моему научному руководителю д.м.н., доценту Проскурниной Елене Васильевне за поддержку во время работы над диссертацией, советы, консультации, особенно за помощь во время написания текста работы.

Хочу выразить свою благодарность коллективу кафедры аналитической химии (химический факультет) Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова, в частности к.х.н. Михееву Ивану Владимировичу за синтез и предоставление растворов фуллеренов.

Также благодарю сотрудников Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН, в особенности заведующего Комплексом лабораторий функциональных органических и гибридных материалов к.х.н. Трошина Павла Анатольевича и заведующую лабораторией перспективных электродных материалов для химических источников тока к.х.н. Краевую Ольгу Александровну за предоставление и синтез водорастворимых производных фуллеренов.

Благодарю всех сотрудников лаборатории молекулярной биологии МГНЦ за поддержку и помощь во время работы, особенно к.б.н. Ершову Елизавету Сергеевну, к.б.н. Малиновскую Елену Михайловну, Каменеву Ларису Владимировну за помощь в экспериментальной работе.

Благодарю моих близких за поддержку, и за то, что вы были рядом во время работы над диссертацией.