Zakład Chemii Biomolekularnej
Zakład Chemii Biomolekularnej
Zakład Chemii Biomolekularnej

Projekty

1. 2019-2021: PRELUDIUM 13 (2017/25/N/NZ3/01039) „Badanie akywności przeciwnowotworowej i molekularnych mechanizmów działania nowych hybrydowych związków zawierających szkielet uracylu z egzo-cykliczną grupą metylenową”, kierownik: mgr Angelika Długosz-Pokorska

Ponad 50% wszystkich leków stosowanych w medycynie stanowią związki naturalne oraz ich pochodne. Składową wielu leków przeciwnowotworowych są związki heterocykliczne, zwłaszcza te zawierające atomy azotu lub tlenu. Do takich leków należy między innymi 5-fluorouracyl, którego działanie polega na hamowaniu aktywności syntazy tymidylanowej, co blokuje syntezę tymidyny niezbędnej do replikacji DNA. Z drugiej strony, duża liczba biologicznie ważnych związków heterocyklicznych pochodzenia naturalnego posiada w swej strukturze grupę egzo-metylenową sprzężoną z karbonylem. Najbardziej rozpowszechnioną grupą związków z takim ugrupowaniem są α-metyleno-γ-laktony, które reagują w reakcji typu Michaela z grupami merkaptylowymi (-SH) reszt cysteiny w wielu białkach funkcjonalnych, a także z wolnym wewnątrzkomórkowym glutationem, co w konsekwencji prowadzi do powstania kowalencyjnych adduktów. Alkilacja komórkowych tioli zakłóca wielu ważnych procesów w komórce, co prowadzi do zahamowanie proliferacji, indukcji apoptozy, hamowania przerzutowania. Inne układy heterocykliczne zawierające ugrupowanie egzo-metylenowe sprzężone z grupą karbonylową, powinny również wykazywać podobną aktywność. Co więcej można przypuszczać, że połączenie takiego motywu z innym układem heterocyklicznym posiadającym pożądane właściwości cytotoksyczne może zwiększyć aktywność biologiczną i potencjał terapeutyczny związku hybrydowego. Wybrane do projektu analogi są związkami hybrydowymi, łączącymi pierścień uracylu z egzo-cykliczną grupą metylenową, wstawioną w pozycję 5.
Celem projektu jest ocena aktywności przeciwnowotworowej serii 14 nowych hybrydowych związków zawierających szkielet uracylu z egzo-cykliczną grupą metylenową zsyntetyzowanych w Instytucie Chemii Organicznej Politechniki Łódzkiej.
W pierwszym etapie projektu zbadano wszystkie analogi pod kątem ich aktywności cytotoksycznej (test MTT) w stosunku do komórek dwóch linii nowotworowych, raka piersi MCF-7 i białaczki promielocytowej HL-60 oraz w stosunku do dwóch linii komórek prawidłowych, MCF-10A i HUVEC. Na podstawie tych badań wybrano trzy związki o największej cytotoksyczności i selektywności w stosunku do komórek nowotworowych.
Kolejnym etapem będzie badanie wybranych związków pod kątem ich aktywności przeciwnowotworowej. Badany będzie ich wpływ na: cykl komórkowy, proliferację komórek, indukcję apoptozy, generowanie uszkodzeń DNA, zmiany potencjału błonowego mitochondrium, aktywność czynnika transkrypcyjnego p53 oraz czynnika NF-κB. Ważnym aspektem badań będzie analiza wpływu wybranych związków na zmianę poziomu ekspresji transporterów błonowych ABC (ABCB1 i ABCG2) zaangażowanych w oporność wielolekową oraz ocena efektu działania wybranych pochodnych w połączeniu ze znanymi lekami przeciwnowotworowymi, o różnych molekularnych mechanizmach działania. Badania prowadzone będą na komórkach linii MCF-7 i HL-60.


2. 2016-2019: Grant Opus NCN (2015/17/B/ST5/00153) „Racjonalne projektowanie i badanie właściwości farmakologicznych chimerycznych analogów peptydów opioidowych aktywujących więcej niż jeden receptor”, kierownik: prof. Anna Janecka

Poszukiwanie nowych związków o działaniu przeciwbólowym jest ważną dziedziną chemii medycznej. Najstarszym środkiem przeciwbólowym znanym ludzkości było opium, wysuszony sok z makówek maku lekarskiego. Opium jest mieszaniną ponad 25 związków, ale za jego przeciwbólowe działanie odpowiada głównie jeden składnik, alkaloid o nazwie morfina. Niestety stosowanie morfiny, zwłaszcza przewlekłe, powoduje silne efekty uboczne. Do najbardziej niebezpiecznych należą uzależnienie, płytki oddech, obniżenie ciśnienia krwi, uporczywe zaparcia. Mimo tych niepożądanych działań morfina jest wciąż używana w klinikach do zwalczania silnego bólu, np. bólu nowotworowego, ponieważ do tej pory nie udało się zastąpić jej bezpieczniejszymi, a równie skutecznymi środkami.
Morfina działa na organizm ludzki poprzez receptory opioidowe (mu, delta , kappa) zlokalizowane w mózgu. W organizmie te receptory są aktywowane przez endogenne substancje, peptydy opioidowe, które są uwalniane w odpowiedzi na bodźce bólowe. Użycie peptydów opioidowych jako leków przeciwbólowych nie jest możliwe, ponieważ po podaniu doustnym lub dożylnym są one szybko degradowane przez enzymy i nie są w stanie dotrzeć do mózgu, czyli miejsca ich działania. Poszukiwanie syntetycznych analogów peptydów opioidowych o lepszych niż naturalne związki właściwościach farmakologicznych stało się więc celem badawczym dla chemików i farmakologów.
W ramach obecnego projektu zaproponowaliśmy multi-dyscyplinarne podejście zmierzające do otrzymania nowych analogów peptydowych o potencjalnych właściwościach przeciwbólowych, polegające na połączeniu peptydów opioidowych z innym neuropeptydem występującym w mózgu, substancją P, która ma również wpływ na odczuwanie bólu. Takie chimeryczne analogi mogą jednocześnie aktywować kilka receptorów i dzięki temu posiadać silniejsze właściwości przeciwbólowe.


3. 2016-2019: Grant Sonata NCN (2015/17/D/NZ3/02226) „Badanie aktywności przeciwnowotworowej nowych syntetycznych alfa-metyleno delta laktonów w wybranych liniach komórkowych”, kierownik: dr Katarzyna Gach-Janczak

Celem projektu jest zbadanie przeciwnowotworowych właściwości dwóch serii nowych, syntetycznych α-metyleno-δ-laktonów (zsyntetyzowanych w Instytucie Chemii Organicznej Politechniki Łódzkiej), na wybranych nowotworowych liniach komórkowych: raka sutka MCF-7 i białaczki promielocytowej HL-60.
W pierwszym etapie projektu oceniona została cytotoksyczność nowych analogów. Badane związki charakteryzowały się wysoką aktywnością cytotoksyczną w obu testowanych liniach komórkowych, z wartościami IC50 (po 48-godzinnej inkubacji) poniżej 10 µM dla linii MCF-7 oraz poniżej 6 µM dla linii HL-60. Dla wybranych α-metyleno-δ-laktonów zbadano również cytotoksyczność na komórkach prawidłowych: MCF-10A i HUVEC. Związki te wykazywały pewną selektywność w stosunku do komórek nowotworowych w porównaniu z prawidłowymi.
W kolejnym etapie projektu, przy użyciu technik biologii molekularnej oraz cytometrii przepływowej badano molekularne mechanizmy odpowiedzialne za aktywność przeciwnowotworową nowych związków.
Wybrany do badań, związek DL-249, wykazywał wielokierunkowe działanie. Związek ten powodował wzrost wewnątrzkomórkowego poziomu RFT (reaktywnych form tlenu), generował uszkodzenia DNA, prowadził do zmiany potencjału błony mitochondrialnej, a w konsekwencji hamował cykl komórkowy oraz indukował apoptozę. DL-249 charakteryzował się wyższą aktywnością biologiczną od partenolidu, naturalnego α-metyleno-γ-laktonu pochodzenia roślinnego.
Obecnie realizowany etap projektu obejmuje badanie potencjalnego działania synergistycznego syntetycznych α-metyleno-δ-laktonów, zastosowanych z w połączeniu ze znanymi lekami przeciwnowotworowymi o różnych mechanizmach działania. Celem tego etapu projektu jest ustalenie, czy nowe związki mogą nasilać przeciwnowotworowe działanie znanych chemioterapeutyków.


4. 2015-2017: Grant Naukowej Fundacji Polpharmy (11/XIII/2014) „Badanie właściwości farmakologicznych analogów peptydów opioidowych jako nowych potencjalnych leków o działaniu przeciwbólowym i przeciwbiegunkowym”, kierownik: dr Katarzyna Gach-Janczak

Celem projektu była synteza oraz ocena profilu farmakologicznego nowych analogów morficeptyny.
W ramach projektu otrzymaliśmy pięć serii peptydów opioidowych, modyfikowanych przez wprowadzanie nienaturalnych aminokwasów (D-aminokwasów, β-aminokwasów), zastosowanie wiązań pseudopeptydowych (zredukowane wiązanie peptydowe) oraz cyklizację liniowych sekwencji.
Szczególnie interesujące okazały się związki modyfikowane przy użyciu β-aminokwasów. Otrzymany przez nas analog - Dmt-D-Ala-(R)-β2-1-Nal-Pro-NH2 charakteryzował się odpornością na degradację enzymatyczną, wykazywał silne działanie przeciwbiegunkowe (porównywalne do loperamidu) oraz silne obwodowe działanie przeciwbólowe. Peptyd ten był aktywny po podaniu doustnym.
Związek ten jest dobrym kandydatem na doustny lek przeciwbólowy i przeciwbiegunkowy o strukturze peptydowej, który mógłby znaleźć zastosowanie w leczeniu schorzeń przewodu pokarmowego, charakteryzujących się dolegliwościami bólowymi i hipermotoryką jelit jak np. zespół jelita nadwrażliwego, postać z przewagą biegunki.

5. 2014-2017: Grant Preludium NCN (2015/17/NZ7/ST5/00153) „Synteza i badanie właściwości farmakologicznych cyklicznych analogów peptydów opioidowych zawierających fluorowane aminokwasy”, kierownik: dr Justyna Piekielna-Ciesielska

Celem projektu było otrzymanie nowych cyklicznych analogów peptydów opioidowych opartych na strukturze endomorfiny-2, modyfikowanych przez wprowadzanie do sekwencji aminokwasów nienaturalnych, zawierających atomy fluoru.
W ramach projektu otrzymane zostały związki, które wykazywały dużą odporność na degradację enzymatyczną i aktywowały jednocześnie przynajmniej dwa typy receptorów opioidowych. Silne działanie przeciwbólowe i przeciwzapalne otrzymanych peptydów związane jest przede wszystkim z pobudzeniem receptorów mi i kappa opioidowych. Pentapeptyd o strukturze Dmt-c[D-Lys-Phe-p-CF3-Phe-Asp]NH2 nie przechodził do mózgu i działał na receptory opioidowe zlokalizowane obwodowo. Wykazywał on silne działanie przeciwbólowe w mysim modelu bólu trzewnego z towarzyszącym stanem zapalnym.
Związki o takim profilu działania mogą stanowić korzystną i bezpieczniejszą alternatywę dla klasycznych opioidów, ponieważ nie wywołują niepożądanych efektów ze strony ośrodkowego układu nerwowego. Otrzymane wyniki mogą przyczynić się do opracowania bardziej efektywnego modelu leczenia bolesnych schorzeń o przewlekłym przebiegu, którym towarzyszy rozwój stanu zapalnego.

6. 2013-2017: Grant Opus NCN (2012/07/B/ST5/02006) "Synteza biologicznie ważnych 2-alkilideno-1-oksoheterocykli z wykorzystaniem reagentów Hornera-Wadswortha-Emmonsa" realizowany w ramach konsorcjum z PŁ, kierownik grantu prof. Tomasz Janecki

7. 2011-2013: „Mobilność Plus” MNiSW, Uniwersytet w Rouen (Francja) (625/MOB/2011/0) „Klonowanie, charakterystyka i lokalizacja tkankowa receptora metabotropowego dla endozepin”, kierownik: dr Katarzyna Gach-Janczak

ODN (oktadecaneuropeptyd), należy do endozepin, rodziny regulatorowych neuropeptydów, wyizolowanych z mózgu szczura, będących endogennymi ligandami receptorów benzodiazepinowych. Wykazano, że oprócz receptorów benzodiazepinowych związek ten może aktywować również receptory metabotropowe, sprzężone z białkiem G (GPCR, ang. G Protein-Coupled Receptor).
ODN zaangażowany jest w regulację ważnych procesów biologicznych, między innymi hamuje pobieranie pokarmu u gryzoni oraz wykazuje działanie glioprotekcyjne. Związek ten może mieć istotne znaczenie w patogenezie (ale również terapii) chorób neurodegeneracyjnych i otyłości.
Celem projektu była próba identyfikacji i molekularnej charakterystyki receptora metabotropowego, z którym oddziałuje ODN. W badaniach wykorzystano metodę „cross-linking” polegającą na tworzeniu się wiązania kowalencyjnego pomiędzy biotynylowanym, podatnym na fotoaktywację analogiem ODN - biotynyl-[Bpa15]ODN, a poszukiwanym receptorem, obecnym na powierzchni komórek hodowlanych szczurzych astrocytów. Kompleksy ligand-receptor poddawano trawieniu enzymatycznemu, a następnie przeprowadzono analizę powstałych produktów trawienia za pomocą tandemowej spektrometrii mas. Badania pozwoliły wyłonić kilka potencjalnych sekwencji poszukiwanego receptora.

Zakład Chemii Biomolekularnej