Колотьева Наталия Александровна – доктор медицинских наук, доцент, старший научный сотрудник, лаборатория нейробиологии и тканевой инженерии, отдел молекулярных и клеточных механизмов нейропластичности
125367, г. Москва, Волоколамское шоссе, 80
80, Volokolamskoye Highway, Moscow, 125367
Гильмиярова Фрида Насыровна –доктор медицинских наук, профессор, кафедра фундаментальной и клинической биохимии с лабораторной диагностикой, заслуженный деятель науки РФ
443099, г. Самара, ул. Чапаевская, 89
89, Chapayevskaya Str., Samara, 443099
Гусякова Оксана Анатольевна – доктор медицинских наук, доцент, заведующий кафедрой фундаментальной и клинической биохимии с лабораторной диагностикой
443099, г. Самара, ул. Чапаевская, 89
89, Chapayevskaya Str., Samara, 443099
Семашкова Екатерина Александровна – ассистент, кафедра фундаментальной и клинической биохимии с лабораторной диагностикой
443099, г. Самара, ул. Чапаевская, 89
89, Chapayevskaya Str., Samara, 443099
Цель исследования заключается в выявлении прогнозируемого спектра биологической активности пирувата и лактата с применением современных методов моделирования, определение потенциальных белковых партнеров для межмолекулярного взаимодействия.
Материалы и методы. Определение спектра биологической активности пирувата и лактата по структурной формуле проводили в программном обеспечении Prediction of Activity Spectra for Substances (PASS). Прогнозирование потенциальных белковых партнеров взаимодействия для малых молекул выполняли в системе Search Tool for Interactions Chemicals (STITCH, инструмент поиска взаимодействующих химических веществ).
Результаты. Анализируя полученные результаты in silico, обращает на себя внимание проявление разнообразной биологической активности молекулярных механизмов, оказываемых фармакологических эффектов пирувата и лактата. Среди них регуляция липидного, белкового, углеводного обменов, влияние на активность ферментов, экспрессию генов. Приводятся данные антигипоксического, антиишемического, антитоксического, иммуномодулирующего, противовоспалительного, противовирусного, вазопротекторного и цитопротекторного действий. Спрогнозировано нейропротекторное, антинейротоксическое действие пирувата и лактата.
Заключение. Методами компьютерного моделирования раскрыт спектр биологической активности лактата и пирувата, а также охарактеризованы белки-партнеры по взаимодействию. Изучаемые нами малые молекулы выполняют координационную роль в функционировании и модуляции медиаторного, гормонального, рецепторного ответов, иммунологических, воспалительных, антибактериальных, противовирусных реакций, экспрессии генов. Обсуждается использование естественных интермедиатов в качестве терапевтических средств для лечения ишемического инсульта, острых неврологических расстройств, нейродегенерации, что имеет в своей основе стимулирующее действие метаболитов на процессы пластичности мозга. Проявление этих свойств, вероятно, реализуется через конформационную перестройку рецепторов, активных центров связывания, экспрессии множества генов, изменение функциональных проявлений каталитических и других белков. Полученные знания, очевидно, расширят наше понимание роли малых молекул в межмолекулярных взаимодействиях метаболит–белок.
The aim of the study was to identify the predicted spectrum of biological activity of pyruvate and lactate using modern computer modeling methods and to determine potential protein partners in intermolecular interaction.
Materials and methods. The biological activity spectrum of pyruvate and lactate by the structural formula was determined using the PASS (Prediction of Activity Spectra for Substances) software. Potential protein interaction partners for small molecules were predicted using the Search Tool for Interactions Chemicals (STITCH).
Results. Analyzing the obtained results in silico reveals that pyruvate and lactate exhibit diverse biological activities, molecular mechanisms, and pharmacological effects. These include regulation of lipid, protein, and carbohydrate metabolism and effects on enzyme activity and gene expression. The data on the antihypoxic, antiischemic, antitoxic, immunomodulatory, antiinflammatory, antiviral, vasoprotective, and cytoprotective effects are presented. The neuroprotective and antineurotoxic effects of pyruvate and lactate are predicted.
Conclusion. The spectrum of biological activities of lactate and pyruvate were revealed by computer modeling methods, and protein interaction partners were characterized. The small molecules we studied have a coordinating role in the functioning and modulation of mediator, hormonal, receptor, immune, inflammatory, antibacterial, and antiviral responses and gene expression. The use of natural intermediates as therapeutic agents for the treatment of ischemic stroke, acute neurological disorders, and neurodegeneration is discussed, which is underlain by the stimulating effect of metabolites on neuroplasticity. These properties may be manifested through conformational rearrangement of receptors, active binding centers, expression of multiple genes, and changes in the functional manifestations of catalytic and other proteins. The obtained data will obviously expand our understanding of the role of small molecules in intermolecular metabolite – protein interactions.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.