Репозитарій КНУ
Увійти(current)
  1. Головна
  2. Кваліфікаційні роботи | Qualifying works
  3. Дисертації | Dissertations
  4. Прогнозування молекулярних взаємодій хімічних сполук з рецептор-керованим катіонним каналом TRPC4 та оцінка їх фармакологічних ефектів

Прогнозування молекулярних взаємодій хімічних сполук з рецептор-керованим катіонним каналом TRPC4 та оцінка їх фармакологічних ефектів

Тип публікації :
Дисертація
Дата випуску :
9 липня 2026 р.
Автор(и) :
Стратійчук, Роман Олександрович
Науковий(і) керівник(и)/редактор(и) :
Жолос, Олександр Вікторович  
Кафедра біофізики та нейробіології  
Мова основного тексту :
Ukrainian
eKNUTSHIR URL :
https://ir.library.knu.ua/handle/15071834/35759
Цитування :
[APA 7] Стратійчук, Р. О. (2026). Прогнозування молекулярних взаємодій хімічних сполук з рецептор-керованим катіонним каналом TRPC4 та оцінка їх фармакологічних ефектів [Дис. доктора філософії, Київський національний університет імені Тараса Шевченка]. eKNUTSHIR. https://ir.library.knu.ua/handle/15071834/35759
[ДСТУ] Стратійчук Р. О. Прогнозування молекулярних взаємодій хімічних сполук з рецептор-керованим катіонним каналом TRPC4 та оцінка їх фармакологічних ефектів : дис. … доктора філософії : 091 Біологія та біохімія. Київ, 2026. 201 с. URL: https://ir.library.knu.ua/handle/15071834/35759
Стратійчук Р. О. «Прогнозування молекулярних взаємодій хімічних сполук з рецептор-керованим катіонним каналом TRPC4 та оцінка їх фармакологічних ефектів». – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 091 «Біологія та біохімія» (09 – Біологія) – Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2026.
Канали транзієнтного рецепторного потенціалу підродини канонічних (TRPC), насамперед TRPC4 і структурно найбільш близький до нього TRPC5, є рецептор-керованими катіонними каналами, що відіграють ключову роль у кальцієвій сигналізації та функціонуванні низки фізіологічних систем. У шлунково-кишковому тракті (ШКТ), TRPC4 опосередковує мускариновий катіонний струм (mICAT) – ключовий механізм холінергічної регуляції скоротливої активності гладеньких мʼязів, забезпечуючи близько 85% амплітуди цього струму в міоцитах клубової кишки миші. Поза ШКТ, TRPC4 залучений до сигнальних процесів у нейрональних, ендотеліальних та подоцитарних клітинах і розглядається як перспективна фармакологічна мішень при функціональних розладах моторики кишечника, фокально-сегментарному гломерулосклерозі, тривожно-депресивних та інших патологічних станах. Попри встановлену фармакологічну значущість TRPC4, наявність селективних лігандів цього каналу обмежена, а молекулярні механізми їхньої дії на мишачий TRPC4 вивчено недостатньо: для Pico145 (HC-608) дані кріо-електронної мікроскопії (кріо-ЕМ) доступні лише для людського TRPC5 (PDB ID: 6YSN) та TRPC1/TRPC4 (PDB ID: 8WPM), а для GFB-887, клінічно досліджуваного селективного інгібітора TRPC5, структурні дані у комплексі з представниками підгрупи TRPC1/4/5 відсутні взагалі. Тому встановлення особливостей молекулярних взаємодій Pico145 і GFB-887 з TRPC4 є актуальною задачею, розвʼязання якої створює структурно-функціональну основу для раціонального дизайну селективних модуляторів каналів цієї підродини.
Метою дисертаційного дослідження було встановлення особливостей молекулярних взаємодій TRPC4 з малими молекулами-інгібіторами Pico145 та GFB-887 шляхом поєднання методів молекулярного моделювання, машинного навчання, електрофізіології та тензометрії для функціональної оцінки цих взаємодій.
Для виконання роботи використовували наступні методи: ідентифікація сайтів звʼязування з застосуванням розробленого обчислювального гібридного підходу, що поєднує геометричне прогнозування порожнин програмою Fpocket з літературно-зумовленою пріоритизацією амінокислотних залишків з використанням великої мовної моделі GPT-4o-mini; молекулярний докінг (AutoDock 4); молекулярна динаміка повнорозмірних мембранних комплексів (GROMACS); прогнозування ADMET-параметрів власноруч розробленими моделями машинного навчання; реєстрація трансмембранних іонних струмів методом петч-клемп у конфігурації «ціла клітина» в ізольованих міоцитах клубової кишки миші; ізометрична тензометрія на сегментах тонкої кишки миші.
В межах дослідження розроблено гібридний метод ідентифікації та пріоритизації сайтів звʼязування, який поєднує геометричний аналіз порожнин білка з автоматизованим отриманням експериментально підтверджених амінокислотних залишків із наукової літератури за допомогою великих мовних моделей. Метод реалізовано як рецензований програмний інструмент з відкритим вихідним кодом, опубліковано у міжнародному фаховому виданні Bioinformatics (Oxford University Press) і розміщено у GitHub та Zenodo. Принциповою перевагою підходу є те, що він замінює тривалу і субʼєктивну процедуру ручного аналізу літератури автоматизованим відтворюваним протоколом і не залежить від наявності лігандів у досліджуваних PDB структурах. Застосування цього методу до кріо-ЕМ структури мишачого TRPC4 (PDB ID: 5Z96) дозволило виокремити чотири біологічно релевантні сайти, кожен з яких представлений чотирма еквівалентними копіями: катіон-звʼязувальний сайт у ділянці S1–S4 VSL домену; сайт звʼязування фосфатидної кислоти на інтерфейсі порової спіралі одніє субодиниці та спіралі S6 іншої субодиниці; Ca2+-звʼязувальний сайт у VSL-домені; та сайт звʼязування інгібіторів у VSL-домені. Важливо, що три з чотирьох ідентифікованих сайтів локалізовані в межах VSL-домену, що формує ключову структурно-регуляторну область каналу.
Уперше побудовано молекулярні моделі комплексів мишачого TRPC4 з інгібіторами Pico145 і GFB-887. Молекулярний докінг Pico145 було попередньо здійснено щодо референтної структури гетеротетрамеру TRPC1/TRPC4 людини (PDB ID: 8WPM) з метою відтворення експериментальної пози ліганду (енергія звʼязування −10,3 ккал/моль). Шляхом подальшого докінгу Pico145 у апо-структуру мишачого TRPC4 (PDB ID: 5Z96) було визначено і охарактеризовано комплекс з енергією −9,9 ккал/моль зі стабільним розміщенням ліганду у консервативній міжсубодиничній гідрофобній кишені трансмембранній ділянці білка: полярний фрагмент Pico145 формує водневий звʼязок з Trp573, ароматичний фрагмент фіксується через π–π (T-shaped) взаємодію з Tyr523 та π–sulfur контакт з Cys524, гідрофобне оточення формується залишками Leu520, Leu527, Leu568, Phe565 і Phe572. Порівняння амінокислотного оточення між мишачим TRPC4 і людським TRPC1/TRPC4 виявило високий ступінь консервативності контактних залишків за наявності лише однієї напівконсервативної заміни Thr599 (миша) на Val624 (людина). Оцінка стабільності комплексу методом молекулярної динаміки тривалістю близько 215 нс підтвердила збереження ключових контактів ліганда з кишенею в усіх чотирьох симетричних копіях зі стаціонарним рівнем RMSD у діапазоні 1,5–2,5 Å та утриманням 1,5–2,0 водневих звʼязків на ліганд з оптимальною геометрією.
Потенційний сайт GFB-887 локалізовано у трансмембранному регіоні S1–S4 VSL-домену TRPC4. Отримані дані сумісні з кріо-ЕМ структурами TRPC4 Danio rerio у комплексах з аналогами серії GFB – GFB-8438, GFB-8749 та GFB-9289 (PDB ID: 7B0S, 7B05, 7B16). В результаті молекулярного докінгу було отримано комплекс з енергетично сприятливою конформацією ліганду з енергією −8,11 ккал/моль і мережею контактів з ключовими залишками Phe413, Tyr373, Tyr646, His369, Glu417, Asp438, Asn442, Arg491, Ser494, Met441, Leu492 та Leu495. Гетероциклічне ядро GFB-887 утворює π–π stacking, π–π T-shaped, π–alkyl та π–σ взаємодії з гідрофобно-ароматичними залишками, тоді як полярні і електростатичні контакти забезпечують орієнтацію молекули у кишені. Молекулярна динаміка комплексу TRPC4:GFB-887 тривалістю близько 200 нс підтвердила стабільність полярних якорів звʼязування (His369, Asn442, Arg491, Ser494) і збереження гідрофобно-ароматичного оточення впродовж усієї траєкторії. Важливо підкреслити, що обидва інгібітори потенційно взаємодіють у трансмембранному регіоні каналу, але займають різні кишені – Pico145 у міжсубодиничній порожнині, GFB-887 у внутрішньосубодиничному сайті VSL-домену, відповідає двом різним молекулярним механізмам інгібування TRPC4.
Розроблено метод прогнозування параметрів абсорбції, розподілу, метаболізму, екскреції та потенційних токсичних ефектів (ADMET) на основі гібридних молекулярних представлень – конкатенації 512-вимірних ембедингів, отриманих шляхом навчання Mol2Vec моделі на даних з бази хімічних сполук ZINC20 (883 897 271 сполук) з класичними дескрипторами та фінгерпринтами. На стандартизованих бенчмарк-датасетах платформи Therapeutics Data Commons (TDC) архітектура моделі посідає перше місце у 10 з 16 бенчмарків. Результати оприлюднено на сервері препринтів bioRxiv. Із застосуванням цього методу вперше охарактеризовано прогнозований ADMET-профіль для GFB-887 та Pico145, для яких у відкритих джерелах неповні або відсутні відповідні експериментальні дані.
Попередній аналіз свідчить про те, що обидві сполуки демонструють ефективну кишкову абсорбцію та високе звʼязування з білками плазми, проте розрізняються за метаболічним і токсикологічним профілями: GFB-887 не виявляє ознак інгібування основних ізоферментів CYP, тоді як Pico145 прогнозовано інгібує CYP3A4, CYP2C9, CYP2D6 та P-глікопротеїн і має високу прогнозовану ймовірність гепатотоксичності (DILI). Параметри DILI та блокування hERG для обох сполук визначено як пріоритетні для подальших експериментальних досліджень.
Експериментальну валідацію обчислювальних гіпотез виконано на двох рівнях організації: реєстрацією трансмембранних іонних струмів методом петч-клемп у конфігурації «ціла клітина» в ізольованих міоцитах клубової кишки миші (клітинний рівень) та ізометричною тензометрією на сегментах тонкої кишки миші (тканинний рівень). Методом петч-клемп у конфігурації «ціла клітина» в ізольованих міоцитах клубової кишки миші охарактеризовано кінетичні та потенціалзалежні особливості блокади Pico145 рецептор-керованого катіонного струму mICAT: інгібування розвивалось повільно з середньою постійною часу 140 ± 6 с (n = 9) з вираженою потенціалзалежністю дії цього ліганду – при −120 мВ інгібування було менш ефективним порівняно з 80 мВ. Сукупність цих ознак, а саме висока афінність (діюча концентрація 100 пМ), повільна кінетика та чутливість до трансмембранного потенціалу є прямим функціональним свідченням того, що сайт звʼязування Pico145 локалізований у площині мембрани і потребує дифузії ліганду через ліпідне середовище, що повністю узгоджується з обчислювально передбаченим міжсубодиничним гідрофобним сайтом. Методом ізометричної тензометрії на ізольованих сегментах ileum миші вперше показано, що 20-хвилинна попередня інкубація з GFB-887 у концентрації 10 мкмоль/л пригнічує карбахол (50 мкмоль/л)-індуковану скоротливу відповідь на ≈40% (до ≈60% контрольного рівня). Це є першим функціональним свідченням фармакологічної активності GFB-887 у TRPC4-залежних нативних тканинах, що свідчить на користь того, що TRPC4 є перспективною терапевтичною мішенню при порушеннях моторики ШКТ.
Практичне значення отриманих результатів полягає у тому, що побудовані молекулярні моделі комплексів TRPC4 з Pico145 і GFB-887 формують структурне підґрунтя для раціонального дизайну селективних модуляторів каналів підгрупи TRPC1/4/5. Розроблені обчислювальні інструменти, а саме гібридний метод пріоритизації сайтів звʼязування і ADMET-моделі, мають універсальний характер і не потребують перенавчання чи адаптації і можуть бути застосовані до інших мембранних та розчинних білкових мішеней та оцінки ADMET-властивостей досліджуваних сполук, що забезпечує їх самостійну наукову та практичну цінність та можливість інтеграції у дослідження інших наукових груп на ранніх етапах процесу розробки лікарських засобів.
Основні теоретичні положення, методичні підходи та практичні результати проведеного дисертаційного дослідження знайшли своє повне відображення у 6 наукових працях, з них: 1 стаття у міжнародному фаховому періодичному виданні, що індексується у наукометричних базах Scopus та Web of Science (із квартилем Q1), та 2 статті у фахових періодичних виданнях України. Апробацію результатів дисертаційної роботи було проведено в межах міжнародних науково-практичних конференцій з опублікуванням 3 тез доповідей.
Ключові слова :
TRPC4 гладенькі мʼязи гладенькомʼязові клітини кальцієва сигналізація / Ca2+-сигнал молекулярний докінг молекулярна динаміка сайт звʼязування компʼютерне моделювання / компʼютерна симуляція біомеханічні параметри мʼязового скорочення водневий звʼязок конформаційний аналіз TRPC4 smooth muscles smooth muscle cells calcium signaling / Ca2+-signal molecular docking molecular dynamics binding site computer modeling / computer simulation biomechanical parameters of muscle contraction hydrogen bonding conformational analysis
Галузі знань та спеціальності :
E1 Біологія та біохімія
Файл(и) :
Вантажиться...
Ескіз
Завантажити
Формат :

Adobe PDF

Розмір :

22.21 MB

Контрольна сума :

(MD5):6507311db27a9f1612e76d4d214917ac

Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International
Якщо не вказано інше, ця робота розповсюджується на умовах ліцензії Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International
Контакти
  • ir.library@knu.ua
  • (044) 239-33-30
  • м. Київ, вул. Володимирська, 58, к. 42

Побудовано за допомогою Програмне забезпечення DSpace-CRIS - Розширення підтримується та оптимізується 4Наука

  • Доступність
  • Політика приватності
  • Угода користувача
  • Надіслати відгук