Відділ біомедичної хімії

Завідувач відділу

Ярмолюк Сергій Миколайович

доктор хімічних наук, професор
Тел: (380-44) 522-24-58;
факс: (380-44) 526-07-59.
E-mail: yarmolyuksm@gmail.com
web-sіtes: www.yarmoluk.org.ua

Освіта та наукові ступені:

1974-1979 Студент, Київський національний університет імені Тараса Шевченка, спеціаліст у галузі хімії органічних сполук, Київ, Україна

1985-1989 Аспірант, Новосибірський інститут біоорганічної хімії, Новосибірськ, Росія

1993 Кандидат хімічних наук

2005 Доктор хімічних наук

2006 Професор (біоорганічна хімія)

Посади:

1979-1983 інженер, Інститут молекулярної біології і генетики НАН України

1983-1984 старший інженер, Інститут молекулярної біології і генетики НАН України

1984-1985 старший інженер, Інститут біоорганічної хімії НАН України

1985-1987 старший інженер, Інститут молекулярної біології і генетики НАН України

1987-1993 молодший науковий співробітник, Інститут молекулярної біології і генетики НАН України

1993-1995 науковий співробітник, Інститут молекулярної біології і генетики НАН України

1995-2002 старший науковий співробітник, Інститут молекулярної біології і генетики НАН України

2002-2003 провідний науковий співробітник, Інститут молекулярної біології і генетики НАН України

з 2003 завідувач відділу, Інститут молекулярної біології і генетики НАН України

Нагороди:

2003 Подяка від Київського голови

2005 Почесна грамота Міністерства освіти і науки України за багаторічну сумлінну працю, особистий внесок у розвиток науки України

2012 Лауреат державної премії Автономної Республіки Крим 2012 року (як співавтор підручника для вищих навчальних закладів «Органічна хімія»)

з 2004 Заступник головного редактора журналу «Ukrainica Bioorganica Acta» (Україна), Член редакційної колегії журналу «Biopolymers and Cell» (Україна)

з 2008 Член редакційної колегії журналу «Biotechnic and Histochemistry» (Швеція)

Науковий напрямок:

Раціональний дизайн високоактивних та селективних інгібіторів ензимів за допомогою методів комп’ютерного моделювання, біохімічного скринінгу та органічного синтезу

Розробка флуоресцентних барвників для застосування в діагностичних системах

Наукові дослідження та основні досягнення:

Розробка низькомолекулярних інгібіторів протеїнкінази СК2.

З метою пошуку інгібіторів ензиму проведено рецепторно-орієнтований віртуальний скринінг бібліотеки, яка налічувала близько 100 тис. низькомолекулярних органічних сполук. На основі показників енергії утворення комплексів лігандів із рецептором, що розраховували за допомогою пакетів програм DOCK та AutoDock, і в результаті оцінки формування водневих зв’язків з амінокислотними залишками активного центру протеїнкінази для тестування in vitro відібрано декілька сотень сполук. У результаті біохімічного тестування ідентифіковано низку активних класів протеїнкінази CK2 – похідні флавонолу, тієно[2,3-де]піримідин-4-іл-тіо-карбоксильної кислоти, 3-карбокси-4(1Н)-хінолону та 4,5,6,7-тетрагалогено-1Н-ізоіндол-1,3(2Н)-діону. Найбільш активний серед розроблених інгібіторів належить до класу флавонолів (IC50=9 nM). Йому присвоєно персональну назву FLC21 (Рис. 1).

Рис. 1. Хімічна структура інгібітора FLC21 і його комплекс з АТР-акцепторним сайтом протеїнкінази СК2
Дизайн інгібіторів протеїнкінази ASK1.

Розроблено й охарактеризовано два класи низькомолекулярних інгібіторів протеїнкінази ASK1 людини – 3Н-нафто[1,2,3-де]хінолін-2,7-діони і 2-тіоксо-тіазолідин-4-они. На основі даних методів гнучкого докінгу та молекулярної динаміки запропоновано моделі їх взаємодії з АТР-акцепторним сайтом ASK1 і встановлено залежність активності від хімічної структури замісників. Найбільш перспективним інгібіторам присвоєно персональні назви NQDI-1 (IC50=3 μM) та PFTA-1 (IC50=650 nM). Показано, що вони є досить специфічними стосовно ASK1 в порівнянні з іншими сімома протеїнкіназами людини і мають певний цитопротекторний ефект на клітинній лінії НЕК293 за умов апоптозу, викликаного фактором CHI3L2 (Рис. 2).

Рис. 2. Хімічна структура інгібітора PFTA-1 і його комплекс з АТР-акцепторним сайтом протеїнкінази ASK1
Пошук низькомолекулярних інгібіторів протеїнкінази FGFR1.

У результаті проведення віртуального скринінгу колекції хімічних сполук із наступним тестуванням in vitro вдалося знайти низку нових класів інгібіторів FGFR1: флавони, фенілбензоксиоксазоли та дифенілпіримідинаміни. Іншим напрямом пошуку інгібіторів FGFR1 був ліганд-орієнтований віртуальний скринінг лігандів, завдяки якому вдалося знайти високоактивні інгібітори з класів оксіндолів та хіназолів.

Створення нових, ефективних методів у галузі рецепторно-орієнтованого високопродуктивного віртуального скринінгу.

Розроблено новий метод обчислення точкових атомних зарядів органічних сполук, що ґрунтується на методі релаксації електронегативностей за Кіргофом, та проведено його адекватну параметризацію. На основі розробленого методу обчислення атомних зарядів органічних молекул і силового поля MMFF94 створено нове силове поле YFF, яке забезпечує вищу точність оцінки електростатичного складника енергії міжмолекулярних взаємодій порівняно з відомими силовими полями, що використовуються у високопродуктивному віртуальному скринінгу.

Розробка флуоресцентних зондів.

Ціанінові барвники запропоновано для детекції агрегації протеїнів і дослідження конформаційних перебудов глобулярних білків. Сквараїнові фарбники використано для мічення альбумінів. На замовлення компанії Sigma-Aldrich Inc. у відділі біомедичної хімії створено флуоресцентні зонди, що застосовуються з метою детекції протеїнів у гелях (Lucy 569, Lucy 506 та Lucy 565). У співробітництві із Sigma-Aldrich синтезовано високочутливий зонд Nancy-520 для візуалізації ДНК у гелі. Фарбники Cyan40 і Cyan2 запропоновано для визначення неканонічних мотивів ДНК (Рис. 3).

Рис. 3. Хімічні структури флуоресцентних зондів Cyan 40 та Cyan2

Українські проекти:

Проекти Національної академії наук України:

  • 2010-2014 проект № 30/12 "Розробка технології мішень-специфічного пошуку інгібіторів аміноацил-тРНК синтетаз із селективною дією проти збудників інфекційних хвороб людини" ( науковий керівник – Тукало М.А.)

Міжнародні гранти:

УНТЦ:

  • 2010-2012 проект № 5218 "Раціональний пошук інгібіторів аміноацил-тРНК-синтетаз із селективною дією проти збудника туберкульозу" (науковий керівник – Тукало М.А.)
  • 2011-2012 проект № 5281 "Розробка флуоресцентних барвників для детекції олігомерних попередників амілоїдних фібрил – маркерів нейродегенеративних захворювань" (науковий керівник – Ярмолюк С.М.)
  • 2011-2013 проект № 5508 "Розробка макроциклічних металокомплексів – інгібіторів утворення амілоїдних фібрил, що спричинюють нейродегенеративні захворювання" (науковий керівник – Ярмолюк С.М.)

Співробітництво:

українські організації:

  • Інститут органічної хімії НАН України, відділ хімії кольору, Київ
  • Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України, Київ
  • Інститут сцинтиляційних матеріалів НАН України, Харків
  • Інститут загальної та неорганічної хімії НАН України, Київ

зарубіжні організації:

  • Університет Tras-os-Montes and Alto Douro (Португалія)
  • Університет біофізичного інжинірингу Твенте (Нідерланди)
  • Університет Південної Данії (Данія)
  • Кельнський університет (Німеччина)
  • Інститут фармакології та клінічної фармації (Німеччина)

Вибрані публікації:

  1. M.V. Protopopov, G.P. Volynets, S.A. Starosyla, V.S. Vdovin, S.S. Lukashov, Y.V. Bilokin, V.G. Bdzhola, S.M. Yarmoluk. Identification of 1,3-thiazole-5-carboxylic acid derivatives as inhibitors of protein kinase CK2. Curr. Enzyme Inhib. – 2018. – Vol. 14, № 2. – Р. 152-159
  2. M. Losytskyy, N. Akbay, S. Chernii, E. Avci, V. Chernii, S. Yarmoluk, M. Culha, V. Kovalska. Characterization of the interaction between phthalocyanine and amyloid fibrils by surface-enhanced raman scattering (SERS). Anal. Lett. – 2018. – Vol. 51, № 1-2. – P. 221-228
  3. V.B. Kovalska, S.V. Vakarov, M.V. Kuperman, M.Y. Losytskyy, E. Gumienna-Kontecka, Y.Z. Voloshin, O.A. Varzatskii. Induced chirality of cage metal complexes switched by their supramolecular and covalent binding. Dalton Trans. – 2018. – Vol. 47, № 4. – Р. 1036-1052
  4. I. Drapak, L. Perekhoda, O. Vynogradova, M. Protopopov, M. Suleiman, I. Sych, N. Kobzar, O. Kiz. The use of the docking studies with the purpose of searching potential cardioprotectors. PHARMACIA. – 2018. – Vol. 65, № 2. – P. 40-46
  5. Kovalska, V., Chernii, S., Losytskyy, M., (...), Chernii, V., Yarmoluk, S. Activity of Zn and Mg phthalocyanines and porphyrazines in amyloid aggregation of insulin. J Mol Recognit. 2018 Jan;31(1). doi: 10.1002/jmr.2660. Epub 2017 Aug 30.
  6. K. Niefind, N. Bischoff, A.G. Golub, V.G. Bdzhola, A.O. Balanda, A.O. Prykhod’ko, S.M. Yarmoluk. Structural hypervariability of the two human protein kinase CK2 catalytic subunit paralogs revealed by complex structures with a flavonol- and a thieno[2,3-d]pyrimidine-based inhibitor. Pharmaceuticals (Basel). – 2017. – Vol. 10, № 1. – pii: E9
  7. A.S. Tatikolov, T.M. Akimkin, I.G. Panova, S.M. Yarmoluk. Spectral-fluorescent study of the interaction of the polymethine dye probe Cyan 2 with chondroitin-4-sulfate. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. – 2017. – Vol. 177. – P. 93-96
  8. V. Kovalska, S. Chernii, V. Cherepanov, M. Losytskyy, V. Chernii, O. Varzatskii, A. Naumovets, S. Yarmoluk. The impact of binding of macrocyclic metal complexes on amyloid fibrillization of insulin and lysozyme. Journal of Molecular Recognition. – 2017. 30(8):e2622
  9. M.V. Kuperman, M.Yu. Losytskyy, A.Yu. Bykov, S.M. Yarmoluk, K.Yu. Zhizhin, N.T. Kuznetsov, O.A. Varzatskii, E. Gumienna-Kontecka, V.B. Kovalska. Effective binding of perhalogenated closo-borates to serum albumins revealed by spectroscopic and ITC studies Journal of Molecular Structure. – 2017. – Vol. 1141. – P. 75-80
  10. J.H. Yoon, J.S. Mo, M.Y. Kim, E.J. Ann, J.S. Ahn, E.H. Jo, H.J. Lee, Y.C. Lee, W. Seol, S.M. Yarmoluk at all. LRRK2 functions as a scaffolding kinase of ASK1-mediated neuronal cell death. Biochim. Biophys. Acta. – 2017. – Vol. 1864. – № 12. – Р. 2356-2368
  11. D.O. Tverdiy, M.O. Chekanov, P.V. Savitskiy, A.R. Syniugin, S.M. Yarmoliuk, A.A. Fokin. Efficient preparation of imidazo[1,5-a]pyridine-1-carboxylic acids. Synthesis. – 2016. – 48(23). – P. 4269-4277
  12. A.R. Syniugin, O.V. Ostrynska, M.O. Chekanov, G.P. Volynets, S.A. Starosyla, V.G. Bdzhola, S.M. Yarmoluk. Design, synthesis and evaluation of 3-quinoline carboxylic acids as new inhibitors of protein kinase CK2. J. Enzyme Inhib. Med. Chem. – 2016. – Vol. 31. – P. 160-169
  13. J. Blechinger, O.A. Varzackii, V. Kovalska, G.E. Zelinskii, Y.Z. Voloshin, E. Kinski, A. Mokhir. Cytotoxicity of electrophilic iron(II)-clathrochelates in human promyelocytic leukemia cell line. Bioorganic and Medicinal Chemistry Letters. 2016, 26: 626-629.
  14. G.P. Volynets, O.B. Gorbatiuk, O.P. Kukharenko, M.O. Usenko, S.M. Yarmoluk. Production of recombinant human apoptosis signal-regulating kinase 1 (ASK1) in Escherichia coli. Protein Expression and Purification. 2016, 126: 89-92.
  15. A.R. Syniugin, M.O. Chekanov, P.V. Savitskiy, A.E. Pashenko, T.S. Zhuk, S.M. Yarmoluk, A.A. Fokin. New method for the synthesis of pyrrolo[2,3-b]dihydroquinolines. Tetrahedron Letters. 2016, 57: 213-215.
  16. V. Kovalska, S. Chernii, M. Losytskyy, Y. Dovbii, I. Tretyakova, R. Czerwieniec, V. Chernii, S. Yarmoluk, S. Volkov. β-ketoenole dyes: synthesis and study as fluorescent sensors for protein amyloid aggregates. Dyes and Pigments. 2016, 132: 274-281.
  17. A.A. Gryshchenko, S.S. Tarnavskiy, K.V. Levchenko, V.G. Bdzhola, G.P. Volynets, A.G. Golub, T.P. Ruban, K.V. Vygranenko, L.L. Lukash, S.M. Yarmoluk. Design, synthesis and biological evaluation of 5-amino-4-(1H-benzoimidazol-2-yl)-phenyl-1,2-dihydro-pyrrol-3-ones as inhibitors of protein kinase FGFR1. Bioorganic and Medicinal Chemistry. 2016, 24: 2053-2059.
  18. O.V. Ostrynska, A.O. Balanda, V.G. Bdzhola, A.G. Golub, I.M. Kotey, O.P. Kukharenko, A.A. Gryshchenko, N.V. Briukhovetska, S.M. Yarmoluk. Design and synthesis of novel protein kinase CK2 inhibitors on the base of 4-aminothieno[2,3-d]pyrimidines. European Journal of Medicinal Chemistry. 2016, 115: 148-160.
  19. Starosyla S, Volynets G, Lukashov S, Gorbatiuk O, Golub A, Bdzhola V, Yarmoluk S. Identification of Apoptosis signal-regulating kinase 1 (ASK1) inhibitors among the derivatives of Benzothiazol-2-yl-3-hydroxy-5-phenyl-1,5-dihydro-pyrrol-2-one. Bioorganic and Medicinal Chemistry. 2015;23:2489-2497.
  20. Chernyshenko O, Chernyshenko T, Korolova D, Volynets G...at all. Non-enzymatic activation of prothrombin induced by interaction with fibrin β26-42 region. Acta Biochimica Polonica. 2015;62(3):517-522.
  21. Guerra B, Bischoff N, Bdzhola V... at all. A note of caution on the role of halogen bonds for protein kinase/inhibitor recognition suggested by high- and low-salt CK2α complex structures. ACS Chem. Biol. 2015;10:1654-1660.
  22. Gryshchenko A, Bdzhola V, Balanda A... at all. Design, synthesis and biological evaluation of N-phenylthieno[2,3-d]pyrimidin-4-amines as inhibitors of FGFR1. Bioorg. Med. Chem. 2015;23(9)2287-2293.
  23. Kuperman M, Chernii S, Losytskyy M,...Yarmoluk S. Trimethine cyanine dyes as fluorescent probes for amyloid fibrils: The effect of N,N’-substituents. Analytical Biochemistry. 2015;484:9-17.
  24. Repich H, Orysyk S, Bon V... Pekhnyo V. Mono- and binuclear Pd(II) complexes with 2-(5,6-di¬methyl-4-oxo-3,4-dihydro¬thieno[2,3-d]pyrimidin-2-yl)-N-phenylhydrazine¬carbothio¬amide: Synthesis, crystal structure and spectroscopic characterization. Journal of Molecular Structure. 2015;1102:161-169.
  25. Starosyla SA, Volynets GP, Bdzhola VG, et al. ASK1 pharmacophore model derived from diverse classes of inhibitors. Bioorganic and Medicinal Chemistry Letters. 2014;24:4418-4423.
  26. Chekanov MO, Ostrynska OV, Synyugin AR, et al. Design, synthesis and evaluation of 2-phenyli-sothiazolidin-3-one-1,1- dioxides as a new class of human protein kinase CK2 inhibitors. Journal of Enzyme Inhibition and Medicinal Chemistry. 2014;29(3):338-343.
  27. Chekanov MO, Ostrynska OV, Tarnavskyi SS, et al. Design, synthesis and biological evaluation of 2-aminopyrimidinones and their 6-aza-analogs as a new class of CK2 inhibitors. J Enzyme Inhib Med Chem. 2014;29(5):639-46.
  28. Kovalska VB, Losytskyy MY, Reis LV, et al. Fluorescent detection of a partially unfolded conformation of beta-lactoglobulin using squaraine dyes. Macromolecular Symposia. 2014;335(1):43-50.
  29. Inshyn DI,Kovalska VB, Losytskyy MY, et al. Development of a quantitative structure activity relations (QSAR) model to guide the design of fluorescent dyes for detecting amyloid fibrils. Biotechnic and Histochemistry. 2014;89(1):1-7.
  30. Kovalska VB, Losytskyy MY, Varzatskii OA, et al. Study of anti-fibrillogenic activity of iron(II) clathrochelates. Bioorganic and Medicinal Chemistry. 2014;22(6):1883-1888.
  31. Severinovskaya OV, Kovalska VB, Losytskyy MY, et al. Application of MALDI-TOF mass spectrometry for study on fibrillar and oligomeric aggregates of alpha-synuclein. Biopolym. Cell. 2014;30(3):190-196.
  32. Kovalska VB, Losytskyy MY, Chernii SV, et al. Towards the anti-fibrillogenic activity of phthalocyanines with out-of-plane ligands: correlation with self-association proneness. Biopolymers and Cell. 2013;29(6):473-479.
  33. Yarmoluk S. M., Nyporko A. Yu., Bdzhola V. G. Rational design of protein kinase inhibitors Biopolym. Cell. 2013; 29(4):339-347 doi:10.7124/bc.000828
  34. Volynets G, Bdzhola V, Golub A, et al. Rational design of apoptosis signalregulating kinase 1 inhibitors: discovering novel structural scaffold. Eur J Med Chem. 2013; 61:104–115. doi:10.1016/j.ejmech.2012.09.022
  35. Kovalska V, Losytskyy M, Chernii V, et al. Studies of antifibrillogenic activity of phthalocyanines of zirconium containing out of plane ligands. Bioorg Med Chem. 2012; 20(1):330–4. doi: 10.1016/j.bmc.2011.10.083
  36. Kovalska VB, Losytskyy MY, Tolmachev OI, et al. Tri- and pentamethine cyanine dyes for fluorescent detection of ?¬synuclein oligomeric aggregates. J Fluoresc. 2012; 22(6):1441–8. doi:10.1007/s10895-012-1081-x
  37. Yakovenko OY, Li YY, Oliferenko AA, Vashchenko GM, Bdzhola VG, Jones SJ. Ab initio parameterization of YFF1, a universal force field for drug-design applications. J Mol Model. 2012;18(2):663–73. doi:10.1007/s00894-011-1095-3
  38. Golub AG, Gurukumar KR, Basu A, et al. Discovery of new scaffolds for rational design of HCV NS5B polymerase inhibitors. Eur J Med Chem. 2012;58:258–64. doi:10.1016/j.ejmech.2012.09.010
  39. Volynets GP, Chekanov MO, Synyugin AR, et al. Identification of 3H-naphtho[1,2,3-de]quinoline-2,7-diones as inhibitors of apoptosis signal-regulating kinase 1 (ASK1). J Med Chem. 2011;54(8):2680–6. doi:10.1021/jm200117h
  40. Golub AG, Bdzhola VG, Briukhovetska NV, et al. Synthesis and biological evaluation of substituted (thieno[2,3-d]pyrimidin-4-ylthio)carboxylic acids as inhibitors of human protein kinase CK2. Eur J Med Chem. 2011;46(3):870–6. doi:10.1016/j.ejmech.2010.12.025
  41. Kramerov AA, Golub AG, Bdzhola VG, et al. Treatment of cultured human astrocytes and vascular endothelial cells with protein kinase CK2 inhibitors induces early changes in cell shape and cytoskeleton. Mol Cell Biochem. 2011;349(1–2):125–37. doi: 10.1007/s11010-010-0667-3
  42. Volkova KD, Kovalska VB, Losytskyy MYu, et al. Aza-substituted squaraines for the fluorescent detection of albumine. Dyes Pigments. 2011; 90(1):41–7. doi: 10.1016/j.dyepig.2010.11.005