Відділ синтетичних біорегуляторів

Завідувач відділу

Дубей Ігор Ярославович

доктор хімічних наук,
старший науковий співробітник
Тел: (380-44) 526–07-09; 526-55-98
факс: (380-44) 526-07-59;
E-mail: dubey@imbg.org.ua

Освіта та наукові ступені:

1979-1984 Студент, хімічний факультет, Київський національний університет імені Тарасва Шевченка. Диплом з органічної хімії природних сполук

1984-1987 Аспірант, Лабораторія генетичної інженерії, Інститут біоорганічної хімії ім. Шемякіна АН СРСР (Москва)

1990 Кандидат хімічних наук (біоорганічна хімія)

2009 Доктор хімічних наук (біоорганічна хімія)

Посади:

1987-1990 Молодший науковий співробітник, Лабораторія хімії нуклеїнових кислот (ЛХНК), Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України (ІБОНХ НАНУ)

1990-1992 Науковий співробітник, ЛХНК, ІБОНХ НАНУ

1992-1998 Старший науковий співробітник, ЛХНК, ІБОНХ НАНУ

1998-2009 Провідний науковий співробітник, Відділ структури та функції нуклеїнових кислот, Інститут молекулярної біології і генетики НАН України (ІМБГ НАНУ)

з 2009 Завідувач, Відділ синтетичних біорегуляторів, ІМБГ НАНУ

Нагороди:

1992, 1993 Персональні гранти Міжнародного наукового фонду Джоржа Сороса

1993 Почесний диплом Національної академії наук України

2001 Державна премія України в галузі науки і техніки

з 2005 Член редколегії журналу "Ukrainica Bioorganica Acta"

з 2010 Член редколегії журналу "Biopolymers and Cell"

Основний напрямок наукової діяльності:

Дизайн, синтез і дослідження біологічно активних гетероциклічних сполук

Специфічні ліганди квадруплексної ДНК

Хімія й біологічні властивості нуклеозидів, нуклеотидів та олігонуклеотидів, їхніх аналогів і кон’югатів

Полімери для біомедичних задач та твердофазного синтезу

Наукові дослідження та основні досягнення:

Дизайн низькомолекулярних лігандів G-квадруплексів і вивчення їхньої взаємодії з квадруплексною ДНК. Інгібітори теломерази.

Проводиться дизайн, синтез та оптимізація структури гетероциклічних лігандів G-квадруплексної ДНК (G4). Для аналізу впливу нових сполук на активність теломерази in vitro впроваджено ферментативну тест-систему TRAP (Telomeric Repeat Amplification Protocol). Знайдено ряд сполук (похідних порфіринів, ціанінів, феназинів), що ефективно інгібують теломеразу в мікромолярних концентраціях. Інгібування фермента цими речовинами ґрунтується на їхньому зв’язуванні з G-квадруплексними структурами теломерної ДНК (Рис. 1).

Рис. 1. Схема інгібування теломерази специфічними лігандами квадруплексної ДНК

Спектро-флуоресцентні дослідження взаємодії деяких інгібіторів, у першу чергу похідних порфіринів, із квадруплексною ДНК дозволило визначити способи їхнього зв’язування, що включають інтеркаляцію та зовнішнє зв’язування, а також агрегацію. Розроблено прості моделі G-квадруплексів – G-квартети та октети, – які дозволяють проводити комп’ютерне моделювання взаємодії ліганд–квадруплекс за допомогою напівемпіричних та неемпіричних квантово-хімічних методів. Для визначення геометрії та енергії комплексів G4 з низькомолекулярними лігандами впроваджено оптимізовану модель повного 22-членного ДНК-квадруплекса Tel22 (PDB 1KF1). Крім напівемпіричних методів, для молекулярного моделювання цієї складної системи успішно застосовано гібридний QM/MM-підхід ONIOM2 (Рис. 2).

Рис. 2. Взаємодія ДНК-квадруплекса Tel22 з похідною акридону (модель ONIOM2; атоми високого рівня представлено як сфери)
Інгібітори топоізомерази І на основі конденсованих гетероциклічних систем.

Синтезовано серію потенційних інгібіторів топоізомерази І та досліджено їх біологічну активність у ферментативній системі релаксації ДНК in vitro. Нові речовини включають похідні бензімідазолу та феназину й аміно-заміщені ціаніни. Знайдено ряд сполук, що повністю інгібують фермент в концентрації 1-2 мкМ. Вивчення їхньої взаємодії з ДНК та топоізомеразним комплексом біофізичними та електрофоретичними методами дозволило виявити інгібітори, що ефективно зв’язуються з ДНК, а також сполуки, що взаємодіють із ферментом чи ферментативним комплексом. Деякі ціаніни утворюють високофлуоресцентні комплекси з ДНК та РНК і тому годяться для чутливої візуалізації та кількісного визначення пікограмових кількостей нуклеїнових кислот в електрофоретичних гелях (Рис. 3).

Рис. 3. Агарозний гель-електрофорез продуктів релаксації суперспіралізованої ДНК плазміди pTZ19R топоізомеразою І E. coli в присутності 10 мкМ сполук 1-6. C – контрольна реакція (ДНК+TopoI за відсутності інгібіторів), relDNA та scDNA – відповідно релаксована та суперспіралізована ДНК. Сполуки 4, 5 ефективно інгібують ферментативну реакцію
Модифікація, кон’югація, мічення й іммобілізація біомолекул.

Отримано серію нових реагентів на основі 3-гетарилкумаринів для флуоресцентного мічення олігонуклеотидів та інших біомолекул. Новий аміно-специфічний діоксабориновий поліметиновий барвник було з успіхом застосовано для флуоресцентного мічення білків як у розчині, так і в електрофоретичних гелях. Кон’югація цього стабільного барвника з білками не вимагає активації й призводить до ~80-кратного зростання емісії, що робить його зручним реагентом для фарбування білків в гелях (Рис.4).

Рис. 4. Електрофоретичний аналіз в ПААГ білків, мічених амінореакційним діоксабориновим флуоресцентним барвником. 1, 2 – бичачий сироватковий альбумін (1 та 5 мкг); 3, 4 – лізоцим (1 та 5 мкг)

Розроблено ефективні методи отримання олігонуклеотидних кон’югатів із барвником імідазо[4,5-b]феназином. Спектроскопічні дослідження комплексів, утворених кон’югатами з комплементарними олігонуклеотидами, показали, що хромофор барвника інтеркалює в ДНК-дуплекс, стабілізуючи його (Рис. 5, a).

Полімерні носії для афінної хроматографії, доставки ліків та твердофазного синтезу.

Отримано ряд нових носіїв для твердофазного синтезу олігонуклеотидів на основі силікагелю з ефективними лінкерними групами. Розроблено полімерні носії для доставки різних терапевтичних олігонуклеотидів і білків, у т.ч. інтерферонів, які ґрунтуються в основному на функціоналізованих і зшитих полісахаридних матрицях (декстран, гіалуронова кислота, гепарин та ін.) і поліетиленгліколі. Запропоновано новий простий метод отримання аміно-модифікованих гідрогелів полісахаридів, що включає перйодатне окислення вуглеводних фрагментів із наступною неповною зшивкою утворених альдегідних груп аліфатичними діамінами. Отримано нанокон’югати гідрогелів декстрану, що містять ковалентно приєднаний інгібітор теломерази порфірин ТМР3 (вміст препарату 10-20 мкмоль/г). Розроблено ряд органічних і неорганічних афінних сорбентів з іммобілізованими білками, антитілами й низькомолекулярними лігандами для біотехнології й молекулярно-біологічних досліджень (Рис. 5, b).

Рис. 5. Структура біокон’югатів: a – імідазофеназин-олігонуклеотид; б – зшитий декстран, модифікований інгібітором теломерази TMP3

Українські проекти:

Проекти Національної академії наук України:

  • 2010-2014 проект № 5.16.3.36 "Нанокон’югати новітніх протипухлинних препаратів на основі специфічних лігандів квадруплексної ДНК – інгібіторів теломерази" (науковий керівник – І.Я. Дубей)
  • 2010-2014 проект № 43/10 "Протипухлинні препарати нового покоління на основі гетероциклічних інгібіторів теломерази – специфічних лігандів квадруплексної ДНК" (науковий керівник – І.Я. Дубей)
  • 2012-2015 проект № 30-12 "Дизайн, синтез і біологічне тестування нових гетероциклічних інгібіторів топоізомерази І як потенційних протипухлинних препаратів" (науковий керівник – І.Я. Дубей)

Проекти Державного фонду фундаментальних досліджень (ДФФД):

  • 2011-2012 проект № F40.4/078 "Клатрохелати перехідних металів як інгібітори деяких ферментів системи біосинтезу нуклеїнових кислот і потенційні протипухлинні та противірусні препарати" (науковий керівник – І.Я. Дубей)

Співробітництво:

українські організації:

  • Інститут органічної хімії НАН України, Київ
  • Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України, Київ
  • Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України, Харків
  • Інститут експериментальної патології, онкології та радіобіології ім. Р.Є. Кавецького НАН України, Київ
  • Інститут мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України, Київ
  • Інститут епідеміології та інфекційних хвороб ім. Л.В. Громашевського НАМН України, Київ
  • Інститут біохімії ім. О.В. Палладіна НАН України, Київ
  • Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України, Київ
  • Фізичний факультети КНУ імені Тараса Шевченка

закордонні організації:

  • Laboratoire de Chimie de Coordination du CNRS, Toulouse, France
  • Інститут елементоорганічних сполук ім. А.Н. Несмеянова РАН, Москва, Росія
  • Cranfield Health Center, Cranfield University, United Kingdom
  • Mississippi Center for Supercomputing Research, Jackson, USA
  • National Institute of Allergy and Infectious Diseases, National Institutes of Health, Bethesda, USA

Вибрані публікації:

  1. Ryazanova O., Zozulya V., Voloshin I., Glamazda A., Dubey I., Dubey L., Karachevtsev V. Spectroscopic study on binding of cationic Pheophorbide-a to antiparallel quadruplex Tel22. BioRxiv. – 2018. – 462291. DOI: 10.1101/462291
  2. Losytskyy M.Yu., Akbay N., Chernii S.V., Kryvorotenko D.V., Yarmoluk S.M., Kovalska V.B. Metal-enhanced fluorescence of the trimethine cyanine dyes complexed with amyloid fibrils. J. Luminescence. – 2018. – V. 204. – P. 209-215
  3. Didan Yu.V., Ilchenko M.M., Negrutska V.V., Dubey L.V., Ryazanova O.A., Dubey I.Ya. Interaction of cationic porphyrin-imidazophenazine conjugates with DNA quadruplex: FID assay and quantum-chemical modeling. Biopolym. Cell. – 2018. – V. 34, N 5. – P. 389-401
  4. Boyarshin K.S., Priss A.E., Rayevskiy A.V., Ilchenko M.M., Dubey I.Ya., Kriklivyi I.A., Yaremchuk A.D., Tukalo M.A. A new mechanism of post-transfer editing by aminoacyl-tRNA synthetases: Catalysis of hydrolytic reaction by bacterial-type prolyl-tRNA synthetase. J. Biomol. Struct. Dynam. – 2017. – V. 35, N 3. – P. 669-682
  5. Kovalska V., Kuperman M., Varzatskii O., Kryvorotenko D., Kinski E., Schikora M., Janko C., Alexiou C., Yarmoluk S., Mokhir A. [1,10]Phenanthroline based cyanine dyes as fluorescent probes for ribonucleic acids in live cells. Methods Appl. Fluores. – 2017. – V. 5. – 045002. doi: 10.1088/2050-6120/aa8510
  6. Kuperman M., Kovalska V., Kryvorotenko D., Kinski E., Varzatskii O., Yarmoluk S., Mokhir A. Study of novel [1,10]phenanthroline based cyanine dyes as fluorescent probes for nucleic acids. Ukr. Biochem. J. – 2017. – V. 89, N 3: 70
  7. Kostina V.G., Alexeeva I.V., Lysenko N.A., Negrutska V.V., Dubey I.Ya. Synthesis and biological evaluation of new derivatives of tricyclic heteroaromatic carboxamides as potential topoisomerase I inhibitors. Ukr. Bioorg. Acta. 2016, 14(1): 3-8
  8. Ryazanova O., Zozulya V., Voloshin I., Glamazda A., Dubey I., Dubey L., Karachevtsev V. Interaction of a tricationic meso-substituted porphyrin with guanine-containing polyribonucleotides of various structures. Meth. Appl. Fluoresc. 2016, 4(3): 034005.
  9. Boyarshin K.S., Priss A.E., Rayevskiy A.V., Ilchenko M.M., Dubey I.Ya., Kriklivyi I.A., Yaremchuk A.D., Tukalo M.A. A new mechanism of post-transfer editing by aminoacyl-tRNA synthetases: Catalysis of hydrolytic reaction by bacterial-type prolyl-tRNA synthetase. J. Biomol. Struct. Dynam. 2016, 34. doi:10.1080/07391102.2016.1155171.
  10. Ryazanova O, Zozulya V, Voloshin I, Dubey L, Dubey I, Karachevtsev V. Spectroscopic studies on binding of porphyrin-phenazine conjugate to four-stranded poly(G). J. Fluorescence. 2015;25(4):1013-1021.
  11. Alexeeva I, Nosach L, Palchykovska L, Usenko L, Povnitsa O. Synthesis and comparative study of anti-adenoviral activity of 6-azacytidine and its analogues. Nucleosides, Nucleotides and Nucleic Acids. 2015;34(8):565-578.
  12. Gorbatiuk OB, Bakhmachuk AO, Dubey LV, Usenko MO, Irodov DM, Okunev OV, Kostenko OM, Rachkov AE, Kordium VA. Recombinant Staphylococcal protein A with cysteine residue for affinity chromatography stationary phase and immunosensor applications. Biopolym. Cell. 2015;31(2):115-122.
  13. Kuperman MV, Chernii SV, Losytskyy MYu, Kryvorotenko DV, Derevyanko NO, Slominskii YuL, Kovalska VB, Yarmoluk SM. Trimethine cyanine dyes as fluorescent probes for amyloid fibrils: The effect of N,N'-substituents. Anal. Biochem. 2015;484:9-17.
  14. Ryazanova O, Zozulya V, Voloshin I, Dubey L, Dubey I, Karachevtsev V. Interaction of metallated porphyrin-imidazophenazine conjugate with tetramolecular quadruplex formed by poly(G): a spectroscopic investigation. J. Fluorescence. 2015;25. DOI: 10.1007/s10895-015-1682-2.
  15. Zozulya V, Ryazanova O, Voloshin I, et al. Self-assemblies of tricationic porphyrin on inorganic polyphosphate. Biophys. Chem. 2014;185:39-46.
  16. Levchenko SM, Rebriev AW, Tkachuk VV,...Dubey IYa. The detection of interaction between oligonucleotides and interferon, a key protein of antiviral cell defence system. Mol. Cryst. Liq. Cryst. 2014;590(1):213-220.
  17. Demianenko E, Ilchenko M, Grebenyuk A, et al. A theoretical study on ascorbic acid dissociation in water clusters. J. Mol. Model. 2014;20(3):2128-2135.
  18. Pokholenko Ia, Chetyrkina M, Dubey L, Dubey I, et al. Development and characterization of porous functionalized collagen scaffold for the delivery of FGF-2. Biopolym. Cell. 2014;30(3):216-222.
  19. Belov AS, Vologzhanina AV, Novikov VV, et al. Synthesis of the first morpholine-containing iron(II) clathrochelates: A new class of efficient functionalized transcription inhibitors. Inorg. Chim. Acta. 2014;421:300-306.
  20. Tsendra O, Scott AM, Gorb L, et al. Adsorption of nitrogen-containing compounds on the (100) α-quartz surface: ab initio cluster approach. J. Phys. Chem. C. 2014;118(6):3023-3034.
  21. Varzatskii OA, Novikov VV, Shulga SV, et al. Copper-promoted reductive homocoupling of quasi-aromatic iron(II) clathrochelates: boosting the inhibitory activity in a transcription assay. ChemComm. 2014;50(24):3166-3168.
  22. Negrutska VV, Dubey LV, Ilchenko MM, Dubey IYa. Design and study of telomerase inhibitors based on G-quadruplex ligands Biopolym. Cell. 2013; 29(3):169-176 doi:10.7124/bc.000817
  23. Lebed EG, Belov AS, Dolganov AV, Vologzhanina AV, et al. First clathrochelate iron and cobalt(II) trisdioximates with reactive apical substituents. Inorg. Chem. Commun. 2013; 30:53–57 doi:10.1016/j.inoche.2013.01.020
  24. Ryazanova O, Dubey L, Dubey I, Zozulya V. Spectroscopic study on the effect of imidazophenazine tethered to 5'­end of pentadecathymidilate on stability of poly(dA)•(dT)15 duplex. J Fluoresc. 2012; 22(6):1431–9 doi:10.1007/s10895-012-1080-y
  25. Gerasov A, Shandura M, Kovtun Y, Losytskyy M, Negrutska V, Dubey I. Fluorescent labeling of proteins with amine­specific 1,3,2­(2H)­dioxaborine polymethine dye. Anal Biochem. 2012; 420(2):115–20 doi:10.1016/j.ab.2011.09.018
  26. Zozulya VN, Ryazanova OA, Voloshin IM, Dubey LV, Dubey IYa. Spectroscopic studies on binding of porphyrinphenazine conjugate to intramolecular Gquadruplex formed by 22mer oligonucleotide. Int Rev Biophys Chem. 2011; 2(4):1129.
  27. Tkachuk ZYu, Dubey LV, Tkachuk VV, et al. Studying the interaction of 2'5'oligoadenylates and their analogues with proteins by fluorescence spectroscopy. Ukr. Biokhim. Zh. 2011; 83(1):45–53
  28. Palchykovska LG, Alexeeva IV, Negrutska VV, et al. In vitro transcription inhibition by 2arylidene derivatives of thiazolo[3,2a] benzimidazol3(2H)one. Biopolym. Cell. 2010; 26(6):508–11 doi:10.7124/bc.00017B
  29. Piletsky SA, Piletska OV, Turner APF, Dubey I, Dubey L. Polymeric binding materials US Patent Application N20090082480, 26.03.2009.
  30. De Logu A, Palchykovska LH, Kostina VH, et al. Novel N­aryl­ and N­heteryl phenazine­ 1­carboxamides as potential agents for the treatment of infections sustained by drug­resistant and multidrug­resistant Mycobacterium tuberculosis. Int J Antimicrob Agents. 2009; 33(3):223–9 doi:10.1016/j.ijantimicag.2008.09.016
  31. Ryazanova O, Voloshin I, Dubey I, Dubey L, Zozulya V. Fluorescent studies on cooperative binding of cationic pheophorbide­a derivative to polyphosphate. Ann N Y Acad Sci. 2008;1130:293–9 doi: 10.1196/annals.1430.033
  32. Stankiewicz­Drogon A, Palchykovska LG, Kostina VG, Alexeeva IV, Shved AD, Boguszewska­Chachulska AM. New acridone­ 4­carboxylic acid derivatives as potential inhibitors of hepatitis C virus infection. Bioorg Med Chem. 2008; 16(19):8846–52 doi:10.1016/j.bmc.2008.08.074