Диссертация

Дегидрогеназы 2-оксокислот являются семейством тиаминдифосфат-зависимых ферментов, которые в составе полиферментных комплексов связывают ключевые пути метаболизма углеводов и аминокислот. В качестве их специфических регуляторов могут применяться синтетические фосфоновые и фосфиновые аналоги 2-оксокислот. В данной работе показана селективность действия 2-оксофосфонатов и 2-оксофосфинатов на разных биологических системах. Среди исследованных аналогов 2-оксокислот, сукцинилфосфонат, адипоилфосфонат, ацетилфосфинат и метиловый эфир изобутирилфосфоната являются наиболее эффективными ингибиторами 2-оксоглутаратдегидрогеназы, ее изофермента - 2-оксоадипатдегидрогеназы, пируватдегидрогеназы и дегидрогеназы разветвленных 2-оксокислот in vitro, соответственно. В культурах клеток животных метаболическим индикатором ингибирования 2-оксоглутаратдегидрогеназы является падение уровня адипата. Маркерами ингибирования 2-оксоадипатдегидрогеназы являются падения уровней глутарата и глюкозы, более выраженные в клетках с низкой экспрессией гена DHTKD1, кодирующего 2-оксоадипатдегидрогеназу. При ингибировании пируватдегидрогеназы наблюдается рост уровня пирувата и снижение уровней интермедиатов цикла Кребса и ассоциированных с ними аминокислот. Последующее применение фосфоновых аналогов 2-оксокислот в экспериментах на животных показало, что ингибирование 2-оксоглутаратдегидрогеназы приводит к изменению уровней NAD+, глутамата, цитруллина и редокс-потенциала глутатиона, ингибирование 2-оксоадипатдегидрогеназы вызывает изменение уровня триптофана. Наблюдаемое же изменение содержания аминокислот и активности глутаминсинтазы при ингибировании пируватдегидрогеназы зависят от анатомического отдела головного мозга. Проведенный анализ показывает перспективность использования синтетических ингибиторов узловых реакций метаболизма для инженерии метаболизма. В частности, такие соединения могут применяться в медицине для диагностики и терапии в персонализированной онкологии и использоваться для моделирования симптомов нейродегенеративных заболеваний. С использованием методов системной биологии, решение таких задач актуально и для биоинженерии метаболических потоков в клетках, которые, однако, могут отличаться для разных клеток и тканей.