ПЕРСПЕКТИВЫ ПОИСКА МУЛЬТИТАРГЕТНЫХ ИНГИБИТОРОВ ТОПОИЗОМЕРАЗ С ПРОТИВООПУХОЛЕВЫМ ДЕЙСТВИЕМ

Purpose of research: to identify the prospects of search for new antitumor non-camptothecin inhibitors of topoisomerase I/II among the various chemical compounds based on the analysis of side effects.Material and Methods. The analysis included 65 relevant literature sources for 2002–2018 years, found in Systems such as Scopus, Web of Science, Pubmed, and eLIBRARY.Results. The antitumor and side effect characteristics of the agents, associated with the selective suppression of the activity of type I and/or II topoisomerase (Top1, Top2) in tumor cells were emphasized. Examples of the relationship between side effects of inhibitors and their structure and catalytic mechanisms were given. The following factors were highlighted as significant: 1) blocking of cells in G2 and S phases with a delay of entry into mitosis; 2) inhibition of the reaction of re-ligation with DNA breaks without re-linking; 3) launching of cytotoxic events with the inhibition of DNA replication and generation of double-strand breaks. Incurable cancers, such as gastric cancer, colorectal cancer, non-small cell lung cancer, hepatocellular carcinoma, glioblastoma, etc. were determined as more sensitive to inhibitors. Side effects of treatment and their connection with the mechanism of activity were described.Conclusion. Based on the comparative analysis of prognostically valuable data regarding the efficacy and safety of topoisomerase I/II inhibitors, multitargeted heterocyclic condensed nitrogen-containing compounds, in particular, anthrafurans, can be considered as new promising clinical candidates with higher selectivity of action.Цель исследования – выявление перспектив поиска новых противоопухолевых некамптотециновых ингибиторов топоизомеразы I/II среди различных химических соединений на основе анализа специфического и побочного действия.Материал и методы. В анализ вошли 65 источников тематической литературы за 2002–2018 гг., найденные в системах Scopus, Web of Science, eLIBRARY и Pubmed.Результаты. Подчеркнуты характеристики противоопухолевого и побочного действия искомых агентов, связанные с избирательным подавлением активности топоизомеразы I и/или II типа (Top1, Top2) в опухолевых клетках. Приведены примеры зависимости специфического и побочного действия ингибиторов от их структуры и каталитических механизмов. Выделены как значимые: 1) блокирование клеток в фазах G2 и S с задержкой вступления в митоз; 2) ингибирование реакции повторного лигирования с разрывами ДНК без повторного связывания; 3) запуск цитотоксических событий с торможением репликации ДНК и генерацией двунитевых разрывов. Определены как более чувствительные к ингибиторам труднокурабельные опухоли (рак желудка, колоректальный рак, немелкоклеточный рак лёгкого, глиобластома, гепатоцеллюлярный рак и пр.). Описаны побочные эффекты лечения и их связь с механизмом активности.Заключение. На основе сравнительного анализа прогностически ценных данных об эффективности и безопасности ингибиторов топоизомеразы I/II в качестве новых перспективных клинических кандидатов с более высокой избирательностью действия можно считать мультитаргетные гетероциклические конденсированные азотсодержащие соединения, в частности антрафураны

Противоопухолевый ингибитор протеинтирозинкиназ иматиниб как потенциальный корректор пневмофиброза COVID-19

Imatinib mesilate is a well-known antitumor target inhibitor of protein tyrosine kinase, which is effective in different cancer types expressing Bcr / Abl and, in particular, in hemoblastosis. A higher interest to imatinib during the COVID-19 epidemic is explained by the fact that cancer patients are one of the COVID-19 risk groups. Moreover, imatinib target mechanism of action, which is effective in cancer, can have a high potential against the most severe COVID-19 complication such as the disease associated pulmonary fibrosis. COVID-19 associated interstitial pulmonary fibrosis develops as an autoimmune process caused by systemic inflammation with atypical (idiopathic) pneumonia resulting from acute respiratory distress syndrome with the tyrosine kinase mechanism of signaling pathway activation and cellular response. Experi-mental and clinical results showing antifibrotic and dose-related antithrombotic imatinib effect demonstrate perspective use of this antitumor agent to correct COVID-19 associated pneumonia causing a high death rate of patients with COVID-19.The review presents literature data of 2001–2020 discussing pathologic genetic and clinical characteristics of the fibrosis which exacerbates COVID-19 pneumonia in adults. The sequence of the disease processes demonstrates that disease progression with the decreasing oxygen saturation in the peripheral blood intensifies local thrombosis in the lungs. As a result, hypoxia is developing, which is difficult to control and can cause lethal outcome in severe cases. Yet, the conventional antifibrotic and thrombolytic agents can only partially control the process of pneumofibrosis including that of cancer patients. The approximate antifibrotic dose of imatinib 400 mg / day is therapeutic for oncopatho-logy. The antitumor drug registered in many countries and well described side effects and contraindications needs no long-term registration studies for a new indication, therefore, it may be easily prepared for clinical testing.Иматиниб мезилат – известный противоопухолевый таргетный ингибитор протеиновых тирозинкиназ, эффективный при раз-личной онкологической патологии с экспрессией Bcr / Abl, особенно при гемобластозах. На фоне пандемии коронавируса COVID-19 интерес к иматинибу возрос в связи с тем, что онкологические пациенты относятся к одной из групп риска заболевания COVID-19. Более того, определяющий применение иматиниба при онкологических заболеваниях таргетный механизм дейст-вия может быть перспективен для коррекции наиболее опасного осложнения – COVID-19-ассоциированного пневмофиброза. COVID-19-ассоциированный интерстициальный пневмофиброз возникает аутоиммунно вследствие системного воспаления с развитием атипичной (идиопатической) пневмонии под действием острого респираторного дистресс-синдрома с тирозин-киназным механизмом активации сигнальных путей и клеточного ответа. Экспериментальные и клинические данные, выявив-шие антифибротическое и дозозависимое антитромботическое действие иматиниба, свидетельствуют о целесообразности применения этого противоопухолевого препарата для коррекции COVID-19-ассоциированной пневмонии – причины высокой смертности пациентов с COVID-19.В обзоре приведены данные литературы 2001–2020 гг., посвященные патогенетическим и клиническим особенностям развития пневмофиброза, проанализированы данные об особенностях течения пневмонии COVID-19 у взрослых. Приведенная последователь-ность событий показывает, что прогрессирование процесса со снижением сатурации кислорода в периферической крови усили-вает локальное тромбообразование в легких. В результате возникает плохо управляемая гипоксия, которая в тяжелых случаях является причиной летального исхода. Воздействие на процесс развития пневмофиброза с помощью известных антифибротиче-ских и тромболитических препаратов позволяет лишь частично контролировать процесс, в том числе у онкологических пациен-тов. Ориентировочная антифибротическая доза иматиниба 400 мг / сут считается терапевтической для онкологической пато-логии. Зарегистрированный во многих странах противоопухолевый препарат не требует длительных регистрационных исследований по новому показанию, а известные побочные эффекты и противопоказания к применению позволяют быстро под-готовить его клиническую апробацию

МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНТЕРНАЛИЗАЦИИ ВОДОРАСТВОРИМЫХ ПРОТИВООПУХОЛЕВЫХ ЦИТОСТАТИКОВ В ТОНКОЙ КИШКЕ ЭКСПРЕСС-МЕТОДОМ EX VIVO С ПОМОЩЬЮ ХЕМИЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ

Introduction. the ability of the small intestine (internalization) to absorb water-soluble anticancer cytostatics determines the possibility of their oral administration. the ex-vivo express method that simulates the internalization of substances using a modified technique of an isolated «inverted» segment of the rat small intestine with flash chemiluminescence is adequate to solve the problem. Objectives: to evaluate the absorption of the new water-soluble anticancer cytostatics with different properties from the rat small intestine for preclinical study by oral administration. Material and methods. conjugated with acridinium (Acridinium NHS Ester, Toronto Research Chemicals, Canada) cytostatics were studied: low molecular weight (1) anthrafuran-acridinium (MW 0.8 kDa) and high molecular weight (2) aimpila-acridinium (MW 105 kDa) and (3) L-lysine-α-oxidase (LO-acridinium, MW 122 kDa). absorption was determined in a modified model of an isolated «inverted» segment of the rat small intestine using flash-chemiluminescence with the calculation of the relative light units (RLu). Results. It was shown that the absorption level of acridinium-conjugated cytostatics depending on molar concentration ranged from 55 % (1) to 1.7–11 % (2, 3) and 2500 (1) to 9.2–188 nmol/l (2, 3), respectively. the level of internalized anthrafuran-acridinium (55 %) was consistent with the known value of the effective non-conjugated cytostatic oral dose, which was two times higher than equitherapeutical parenteral dose: 100 mg/kg vs 50 mg/kg. Conclusion. the data obtained allow us to consider ex vivo express method for preclinical study of the various water-soluble anticancer cytostatics for screening and identification of an opportunity for oral administration and estimation of starting dose. the method has a good correlation with in vivo tests and economically favorable due to a quick response and small number of the tested agent.Введение. Способность к всасыванию в тонкой кишке (интернализация) водорастворимых противоопухолевых цитостатиков определяет возможность их перорального применения. Экспресс-метод ex vivo, моделирующий интернализацию веществ в рамках модифицированной методики изолированного «вывернутого» отрезка тонкой кишки крысы с импульсной хемилюминесценцией, адекватен для решения поставленной задачи. Цель исследования – оценка всасывания в организм из тонкой кишки новых водорастворимых противоопухолевых цитостатиков с различными свойствами для доклинического изучения при пероральном введении. Материал и методы. В исследование включены конъюгированные с Акридином (Acridinium NHS Ester, Toronto Research Chemicals, Canada) цитостатики: низкомолекулярный (1) Антрафуран-Акридин (MW 0,8 кДа) и высокомолекулярные (2) Аимпила-Акридин (MW 105 кДа) и (3) L-лизин-α-оксидаза (ЛО-Акридин, MW 122 кДа). Всасывание определено в модифицированной модели изолированного «вывернутого» отрезка тонкой кишки крысы методом импульсной флэш-хемилюминесценции и пересчитано в процентах. Результаты. Показано, что в зависимости от молярной концентрациии от 2500 (1) до 9,2–188 нмоль/л (2, 3) уровень всасывания конъюгированных с Акридином цитостатиков находится в диапазоне от 55 % (1) до 1,7–11 % (2, 3) соответственно. Уровень всасывания конъюгированного Антрафурана (55 %) согласуется с величиной известной эффективной пероральной дозы неконъюгированного цитостатика, которая была в два раза больше, чем эквитерапевтическая парентеральная доза: 100 мг/кг против 50 мг/кг. Заключение. Полученные данные позволяют рассматривать экспресс-метод ex vivo для скрининга возможности доклинического изучения различных водорастворимых противоопухолевых цитостатиков при пероральном введении с прогнозированием стартовой дозы. Метод адекватен тестам in vivo и экономически целесообразен в силу быстрого ответа и малого количества тестируемого агента

Finding New Enzymes from Bacterial Physiology: A Successful Approach Illustrated by the Detection of Novel Oxidases in Marinomonas mediterranea

The identification and study of marine microorganisms with unique physiological traits can be a very powerful tool discovering novel enzymes of possible biotechnological interest. This approach can complement the enormous amount of data concerning gene diversity in marine environments offered by metagenomic analysis, and can help to place the activities associated with those sequences in the context of microbial cellular metabolism and physiology. Accordingly, the detection and isolation of microorganisms that may be a good source of enzymes is of great importance. Marinomonas mediterranea, for example, has proven to be one such useful microorganism. This Gram-negative marine bacterium was first selected because of the unusually high amounts of melanins synthesized in media containing the amino acid l-tyrosine. The study of its molecular biology has allowed the cloning of several genes encoding oxidases of biotechnological interest, particularly in white and red biotechnology. Characterization of the operon encoding the tyrosinase responsible for melanin synthesis revealed that a second gene in that operon encodes a protein, PpoB2, which is involved in copper transfer to tyrosinase. This finding made PpoB2 the first protein in the COG5486 group to which a physiological role has been assigned. Another enzyme of interest described in M. mediterranea is a multicopper oxidase encoding a membrane-associated enzyme that shows oxidative activity on a wide range of substrates typical of both laccases and tyrosinases. Finally, an enzyme very specific for l-lysine, which oxidises this amino acid in epsilon position and that has received a new EC number (1.4.3.20), has also been described for M. mediterranea. Overall, the studies carried out on this bacterium illustrate the power of exploring the physiology of selected microorganisms to discover novel enzymes of biotechnological relevance

Prospects for searching multitarget topoisomerase inhibitors with antitumor properties

Purpose of research: to identify the prospects of search for new antitumor non-camptothecin inhibitors of topoisomerase I/II among the various chemical compounds based on the analysis of side effects. Material and Methods. the analysis included 65 relevant literature sources for 2002-2018 years, found in systems such as scopus, Web of science, Pubmed, and eLibrary. Results. the antitumor and side effect characteristics of the agents, associated with the selective suppression of the activity of type I and/or II topoisomerase (top1, top2) in tumor cells were emphasized. Examples of the relationship between side effects of inhibitors and their structure and catalytic mechanisms were given. the following factors were highlighted as significant: 1) blocking of cells in G2 and s phases with a delay of entry into mitosis; 2) inhibition of the reaction of re-ligation with DNA breaks without re-linking; 3) launching of cytotoxic events with the inhibition of DNA replication and generation of double-strand breaks. Incurable cancers, such as gastric cancer, colorectal cancer, non-small cell lung cancer, hepatocellular carcinoma, glioblastoma, etc. were determined as more sensitive to inhibitors. side effects of treatment and their connection with the mechanism of activity were described. Conclusion. Based on the comparative analysis of prognostically valuable data regarding the efficacy and safety of topoisomerase I/II inhibitors, multitargeted heterocyclic condensed nitrogen-containing compounds, in particular, anthrafurans, can be considered as new promising clinical candidates with higher selectivity of action. © 2019 Tomsk National Research Medical Center of the Russian Academy of Sciences. All rights reserved