Pētniecības virzieni

Mazu molekulu KMR

Mūsu grupas primārais uzdevums ir KMR servisa nodrošināšana institūtā. KMR analīze parasti ietver savienojumu molekulārās struktūras noteikšanu un spektru interpretāciju, kā arī pozicionālo un konformacionālo izomēru noskaidrošanu. Nereti nepieciešama sintētisko vai dabas savienojumu dziļāka izpēte, piemēram, konformacionālā līdzsvara analīze, nosakot konformāciju pārejas enerģētiskās barjeras. Mazu molekulu analīzei visbiežāk izmantojam 200 MHz un 400 MHz KMR spektrometrus un visas standarta 1D un 2D KMR tehnikas, bet speciālos gadījumos izmantojam arī 600 MHz spektrometru.
Izvēlētas atsauces:

1. Lends A., Olszewska E., Belyakov S., Erchak N., Liepinsh E. NMR and Quantum-Chemical Studies of Electrostatically Stabilized 1-(N,N-Substituted-aminiomethyl)spirobi[3-oxo(2,5-dioxa-1-silacyclopentan)]ates (ES-Silanates). Heteroatom Chem. (2014). DOI
2. Petrova M., Muhamadejev R., Cekavicus B., Vigante B., Plotniece A., Sobolev A., Duburs G., Liepinsh E. Experimental and theoretical studies of bromination of diethyl 2,4,6-Trimethyl-1,4-dihydropyridine-3,5-dicarboxylate. Heteroatom Chem. (2014) 25: 114-126. DOI
3. Goba I., Liepinsh E. 15N NMR of 1,4-dihydropyridine derivatives. Magn. Reson. Chem. (2013) 51: 391-396. DOI

KMR skrīnings

KMR skrīnings ir jauns pētījumu virziens intitūtā un tiek izmantots zāļvielu atklāšanas fragmentu metodes īstenošanai, t.i., lai atlasītu zāļvielu fragmentiem līdzīgus savienojumus, kas saistās pie mērķproteīna. Šim nolūkam esam nesen iegādājušies nelielu fragmentu bibliotēku, kas satur aptuveni 1000 savienojumu (te var apskatīt bibliotēkas savienojumu fiziko-ķīmisko profilu). Pētījumu mērķis ir vispirms identificēt zāļvielu fragmentus, kas optimāli saistās ar mērķproteīnu, un tālāk tos attīstīt līdz līdersavienojumiem, “apaudzējot” vai savienojot vairākus fragmentus, kas uzrādīja saistību pie dažādām proteīna kabatām. Pētījumos lietojam liganda signālus novērojošos piesātinājuma pārneses starpības (saturation transfer difference, STD), WaterLOGSY un T1rho eksperimentus. KMR skrīningam izmantojam 600 MHz KMR spektrometru, kas aprīkots ar kriozondi, tādējādi ievērojami paaugstinot signāla pret trokšņa attiecību, kas šajā gadījumā nav mazsvarīgi.

Izvēlētas atsauces:

1. Jaudzems K., Kuka J., Gutsaits A., Zinovjevs K., Kalvinsh I., Liepinsh E., Liepinsh E., Dambrova M. Inhibition of carnitine acetyltransferase by mildronate, a regulator of energy metabolism. J. Enz. Inhib. Med. Chem. (2009) 24: 1269-1275. DOI

Biomolekulu KMR

Mūsu interese biomolekulu KMR spektroskopijā galvenokārt saistīta ar iespējām pētīt biomedicīniski svarīgu proteīnu kompleksus ar mazām organiskām molekulām (topošajām zāļu vielām). Pētījumu mērķis ir izmantojot ekperimentālos KMR datus un molekulāro modelēšanu noteikt mazās molekulas saistības veidu un mijiedarbību partnerus uz proteīna, kas ļautu šo informāciju izmantot tālākā molekulas struktūras optimizācijā. Šajā gadījumā tiek pieņemts, ka proteīna ķīmisko nobīžu interpretācija un trīsdimensionālā struktūra noteikta iepriekš. Otrs pētījumu virziens ir proteīnu trīsdimensionālo struktūru noteikšana ar KMR. Proteīnu KMR eksperimentiem izmantojam 600 MHz spektrometru, kā arī 2D un 3D KMR tehnikas.

Izvēlētas atsauces:

1. Jaudzems K., Jia X., Yagi H., Zhulenkovs D., Graham B., Otting G., Liepinsh E. Structural basis for 5′-end-specific recognition of single-stranded DNA by the R3H domain from human Sμbp-2. J. Mol. Biol. (2012) 424: 42-53. DOI
2. Kronqvist N., Otikovs M., Chmyrov V., Chen G., Andersson M., Nordling K., Landreh M., Sarr M., Jörnvall H., Wennmalm S., Widengren J., Meng Q., Rising A., Otzen D., Knight S.D., Jaudzems K., Johansson J. Sequential pH-driven dimerization and stabilization of the N-terminal domain enables rapid spider silk formation. Nat. Commun. (2014) 5: 3254. DOI
3. Loscha K.V., Jaudzems K., Ioannou C., Su X.-C., Hill F.R., Otting G., Dixon N.E., Liepinsh E. A novel zinc-binding fold in the helicase interaction domain of the Bacillus subtilis DnaI helicase loader. Nucleic Acids Res. (2009) 37: 2395-2404. DOI (Full text)

Molekulārā modelēšana

Datortehnoloģiju un molekulārās modelēšanas metožu attīstība paver aizvien plašākas iespējas arvien precīzāk paredzēt molekulu fizikālās, ķīmiskās un bioloģiskās īpašības. Mūsu interese par molekulāro modelēšanu pirmkārt saistīta ar tās iespējām paredzēt mazu molekulu telpisko uzbūvi un izskaidrot vielu ķīmiskās un fizikālās īpašības. Šim mērķim mēs izmantojam kvantu ķīmijas metodes (DFT, ab initio, pusempīriskiskās), kuras ļauj teorētiski noteikt mazu molekulu potenciālo enerģiju, svārstību līmeņus, ģeometriju, reaģētspēju, KMR ķīmiskās nobīdes un citus parametrus. Otrkārt, molekulārā modelēšana ļauj arī ievērojami paātrināt jaunu zāļvielu atklāšanu. Mēs izmantojam virtuālo skrīningu (plašu molekulāro dokingu), lai pārbaudītu milzīgas savienojumu datubāzes (tādas kā ZINC, Cambridge) un atlasītu potenciāli aktīvos savienojumus. Padziļinātai proteīnu un mazo molekulu mijiedarbības analīzei veicam molekulārās dinamikas simulāciju (CHARMM, Amber vai OPLS spēku laukos). Aprēķiniem izmantojam ar CUDA videokaršu tehnoloģijām aprīkotas vietējās darbstacijas, kā arī datoru klasterus Latvijā un ārzemēs.