Nauka innov. 2015, 11(1):92-100
https://doi.org/10.15407/scin11.01.092

П.А. Карпов1, В.М. Брицун2, О.В. Раєвський1, О.М. Демчук1, М.О. Пидюра1, С.П. Ожерєдов1, Д.О. Самофалова1, С.І. Співак1, А.І. Ємець1, В.І.Кальченко2, Я.Б. Блюм1
1 ДУ «Інститут харчової біотехнології і геноміки НАН України», Київ
2 Інститут органічної хімії НАН України, Київ

 

Високопропускний скринінг речовин з антимітотичною активністю на базі віртуальної організації CSLabGrid

Розділ: До 10-річчя журналу
Мова статті: українська
Анотація: Описано створення репозиторію 3-D моделей білків цитоскелету (тубулінів і FtsZ-білків) у рамках віртуальної організації CSLabGrid з використанням обчислень в Ґрід. Розглянуто питання створення репозиторію просторових структур канонічних антимікротрубочкових агентів (інгібіторів полімеризації тубуліну), а також бібліотеки речовин, придатних для віртуального молекулярного скринінгу в Ґрід. За результатами високопропускного віртуального скринінгу цієї бібліотеки відібрано 1164 речовини з підвищеною спорідненістю до тубуліну: 205 — до α-тубуліну і 959 — до β-тубуліну. Встановлено, що з 2886 сполук, синтезованих в Інституті органічної хімії НАН України, 6 речовин є перспективними інгібіторами полімеризації α- і β-тубуліну з таких збудників хвороб людини, як Pneumocystis carinii, Giardia intestinalis, Ajellomyces capsulatus, Neosartorya fumigata, Candida albicans. Відповідно ці речовини рекомендовані для подальшої експериментальної оцінки їх біологічної активності з метою застосування як нових фармакологічних засобів.
Ключові слова: Ґрід, віртуальна організація, структурна біоінформатика, цитоскелет, тубулін, бензімідазольні сполуки, деполімеризація тубуліну, антимітотична активність, молекулярний докінг, високопропускний скринінг, фармакологічні засоби.

Література:
1. Vignaud T., Blanchoin L., Théry M. Directed cytoskeleton self-organization // Trends Cell Biol. – 2012. – V. 22, N 12. – P. 671–682.
2. Eren E.C., Gautam N., Dixit R. Computer simulation and mathematical models of the noncentrosomal plant cortical microtubule cytoskeleton // Cytoskeleton. – 2012. – V. 69, N 3. – P. 144–154.
3. Massarotti A., Theeramunkong S., Mesenzani O. et al. Identification of novel antitubulin agents by using a virtual screening approach based on a 7-point pharmacophore model of the tubulin colchi-site // Chem. Biol. Drug Des. – 2011. – V. 78, N 6. – P. 913–922.
4. Sui M., Zhang H., Di X. et al. G2 checkpoint abrogator abates the antagonistic interaction between anti microtubule drugs and radiation therapy // Radiother. Oncol. — 2012. — V. 104, N 2. — P. 243—248.
5. Henriquez F.L., Ingram P.R., Muench S.P. et al. Molecular basis for resistance of acanthamoeba tubulins to all major classes of antitubulin compounds // Antimicrob Agents Chemother. — 2008. — V. 52, N 3. — P. 1133— 1135.
6. Zhao Y., Wu F., Wang Y. et al. Inhibitory action of chamaejasmin A against human HEP-2 epithelial cells: effecton tubulin protein // Mol Biol Rep. — 2012. — V. 39,N 12. — Р. 11105—11112.
7. Pilhofer M., Jensen G.J. The bacterial cytoskeleton: more than twisted filaments // Curr Opin Cell Biol. – 2013. – V. 25. – P. 125–133.
8. Haglund C.M., Welch M.D. Pathogens and polymers: microbe-host interactions illuminate the cytoskeleton // J. Cell Biol. – 2011. – V. 195, N 1. – P. 7–17.
9. Tuszynski J.A., Craddock T.J., Mane J.Y. et al. Modeling the yew tree tubulin and a comparison of its interaction with paclitaxel to human tubulin // Pharm Res. – 2012 – V. 29, N 11. – P. 3007–3021.
10. Calvo E., Barasoain I., Matesanz R. et al. Cyclostreptin derivatives specifically target cellular tubulin and further map the paclitaxel site // Biochemistry. – 2012. – V. 51, N 1. – P. 329–341.
11. Sörensen P.M., Iacob R.E., Fritzsche M. et al. The natural product cucurbitacin E inhibits depolymerization of actin filaments // ACS Chem Biol. – 2012. – V. 7, N 9. – Р. 1502–1508.
12. Desouza M., Gunning P.W., Stehn J.R. The actin cytoskeleton as a sensor and mediator of apoptosis // Bioarchitecture. – 2012. – V. 2, N 3. – P. 75–87.
13. Anderson-White B., Beck J.R., Chen C.T. et al. Cytoskeleton assembly in Toxoplasma gondii cell division // Int Rev Cell Mol Biol. – 2012. – V. 298. – P. 1–31.
14. Pei W., Du F., Zhang Y., He T., Ren H. Control of the actin cytoskeleton in root hair development // Plant Sci. – 2012. – V. 187. – P. 10–18.
15. Demchuk O., Karpov P., Blume Ya. Docking small ligands to molecule of the plant FtsZ protein: Application of the CUDA technology for faster computations // Cytol. Ge etics. – 2012. – V. 46, N 3. – P. 172–179.
16. Pydiura N., Karpov P., Blume Ya. Hybrid CPU-GPU calculations – a promising future for computational biology // Third Int. Conference «High Performance Computing » HPC-UA 2013, October 7–11, 2013, Ukraine, Kyiv. – V. 2013a. – P. 330–335.
17. Pydiura N., Karpov P., Blume Ya. Hardware environment for CSLabGrid: Reaching maximum efficacy of computations in structural biology and bioinformatics // Second Int. Conference «Cluster Computing» CC 2013 (Ukraine, Lviv, June 3—5, 2013), Ukraine, Lviv; 06/2013b. – P. 191–194.
18. Pydiura N., Karpov P., Blume Ya. On the efficiency of CPU and hybrid CPU-GPU systems in computational biology tasks // Comput. Sci. Applicat. — 2014. — V. 1, N 1. — P. 48—59.
19. Pydiura N., Karpov P., Blume Ya. Design of specific cytoskeleton related biological database and data management environment for bioinformatical cytoskeleton investigation and collaboration within virtual Gridorganisation // Proc. of the Int. Moscow Conferenceon Comput. Mol. Biol. (MCCMB’11). July 21—24, — 2011, Moscow, RF. — P. 297—298.
20. Roy A., Kucukural A., Zhang Y. I-TASSER: a unified platform for automated protein structure and function prediction // Nature Protocols. — 2010. — V. 5. — P. 725— 738.
21. Webb B., Sali A. Comparative protein structure modeling using MODELLER // Curr Protoc Bioinformatics. – 2014. — V. 47. — P. 5.6.1—5.6.32.
22. Tsai K.C., Wang S.H., Hsiao N.W. et al. The effect of different electrostatic potentials on docking accuracy: a case study using DOCK5.4. // Bioorg Med Chem Lett. — 2008. — V. 18, N 12. — P. 3509—3512.
23. Ouyang X., Chen X., Piatnitski E.L. et al. Synthesis and structure-activity relationships of 1,2,4-triazoles as a novel class of potent tubulin polymerization inhibitors // Bioorg. Med. Chem. Lett. — 2005. — V. 15. — P. 5154— 5159.