Vilniaus universitetas

Proteomikos centras

Lietuvos biochemiku draugija
ksenobiotikai

Ksenobiotikų biochemijos skyrius

Veikla

Pagrindinės tyrimų kryptys – naujų prooksidantinių ksenobiotikų (chinonų, aromatinių nitrojunginių ir N-oksidų ir kt.) sintezė, jų sąveikos su flavofermentais ir jų svarbos junginių citotoksiškumui tyrimai, flavofermentų katalizės mechanizmai, prooksidantinis polifenolinių junginių citotoksiškumas. Skyrius bendradarbiauja su Lietuvos, Baltarusijos, Didžiosios Britanijos, Ispanijos, Italijos, Naujosios Zelandijos, Olandijos, JAV, Prancūzijos ir Švedijos moksliniais centrais.

Prooksidantinių junginių sintezė. Susintetinti ar resintetinti >300 įvairių klasių junginiai – nitroaromatiniai ir nitroheterocikliniai junginiai, alifatiniai nitratai, chinonai, aromatiniai N- oksidai, benzofuroksanai ir kt. ( Pav. 1), ištirtos jų elektrocheminės savybės, kvantomechaniniais metodais (AM1 ir PM3) charakterizuota jų redukcijos energetika.

Pav. 1. Susintetinti ar resintetinti aukštos energijos junginiai tetrilas (1), keto-RDX (2) ir PETN (3), ir kitos junginių grupės: nitrobenzimidazolonai (4), aziridinil-pavaduoti chinonai (5) ir nitrobenzenai (6), nitrofuranai (7), benzofuroksanai (8), chinoksalino (9) ir 1,2,4-benzotriazino di-N-oksidai (10), ir heterocikliniai oksimai (11).

Chinonų, nitroaromatinių junginių ir kitų prooksidantų vien- ir dvi-elektroninės redukcijos flavininiais fermentais mechanizmai. Flavininės elektrontransferazės redukuoja chinonus, aromatinius nitrojunginius ir N-oksidus į jų laisvuosius radikalus, kurie, reoksiduojami O2, sudaro aktyvuotąsias deguonies formas (ROS) ir sukelia ‘oksidacinė stresą. Tai žymiai nulemia šių junginių citotoksiškumą ir/ar priešnavikinį ar kt. terapinį poveikį. Ištirta šių junginių vienelektroninė redukcija žinduolių citochromo P-450 reduktaze, NO-sintaze (su J.-L. Boucher (Paryžiaus V un-tas), Anabaena sp. ir P. falciparum ferredoksin:NADP+ reduktaze (su C. Gomez-Moreno (Saragosos un-tas) ir A. Aliverti (Milano un-tas)), un-tas)), ir mišri vien- ir dvielektroninė redukcija apoptozės indukcijos faktoriumi (su I.F. Sevriukova, Kalifornijos un-tas, Irvinas), lipoamiddehidrogenaze, augalų bei bakterijų tioredoksinreduktazėmis (su J.-P. Jacquot ir N. Rouhier, Nansi un-tas), bakterijų flavohemoglobinu (su L. Baciou ir F. Lederer, Paryžiaus IX un-tas). Nustatyta, kad chinonų ir nitroaromatinių junginių vienelektroninė redukcija yra aprašoma Marcus’o modeliu, o jos greitis silpnai įtakojamas junginio struktūros ir VdWvol. Identifikuotos kai kurių fermentų flavino redokso būsenos, atsakingos už greitį limituojančią stadiją. Mišriai vien- ir dvielektroninei redukcijai būdingas e-,H+,e- mechanizmas, ją nulemia neutralaus flavino radikalo destabilizacija. Dvielektroninė redukcija žinduolių DT-diaforaze ar bakterijų nitroreduktazėmis mažina paprastųjų chinonų citotoksiškumą, bet didina aziridinil-pavaduotų chinonų ir nitroaromatinių junginių citotoksiškumą dėl DNR alkilinančių produktų susidarymo (Pav. 2). Ištirta chinonų ir nitroaromatinių junginių redukciją DT-diaforaze, E. cloacae nitroreduktaze B (su R.L. Koder, Kentukio un-tas) ir PETN reduktaze (su N.S. Scrutton, Mančesterio un-tas), ir E. coli nitroreduktaze A (su D.F. Ackerley, Velingtono un-tas). Nustatyta, kad šioms reakcijoms būdingas struktūrinis oksidatorių specifiškumas dėl fermentų aktyviųjų centrų konformacinių pokyčių (Pav. 4) ir neigiamos ∆S≠. Priklausomai nuo flavino anijoninio radikalo stabilumo, vyksta vienstadijinis (H-) arba tristadijinis (e-,H+,e-) hidrido pernešimas. Šiuo metu intensyviai tyrinėjamos aromatinių N-oksidų redukcijos reakcijos.

Pav. 2. Aziridinil- pavaduotų chinonų dvielektroninė redukcija ir po to sekantis DNR alkilinimas.

Chinonai ir nitroaromatiniai junginai kaip antioksidacinių flavofermentų inhibitoriai ir ‘subversyvūs’ substratai. Chinonai ir nitroaromatiniai junginiai gali inhibuoti antioksidacinius žinduolių ir parazitų flavofermentus gliutationo reduktazę (GR) ir tripanotiono reduktazę (TR), bei žinduolių tioredoksinreduktazę (TrxR), tuo slopindami -SH grupių regeneraciją. Šie junginiai rišasi fermentų tarpsubvienetiniuose domenuose. Lygiagrečiai TR, GR ir TrxR juos redukuoja į laisvuosius radikalus, susidarant ROS. Šiais mechanizmais gali būti pagrįstas naujų antiparazitinių ir priešnavikinių agentų kūrimas. Ištirta šių junginių sąveiką su eritrocitų ir P. falciparum GR (su E.Davioud-Charvet, Strasburo un-tas), T. congolense TR (su J. Blanchard, AECOM, Niujorkas), ir žinduolių TrxR (su E. Arner, Karolio in-tas). Atrasta eilė efektyvių inhibitorių, nustatyta, kad be redukuoto flavino, junginius gali redukuoti ir TrxR katalitinė –SeH-SH- grupė. Kartu su P. Grellier (MNHN, Paryžius) nustatytas ryšys tarp chinonų ir nitroaromatinių junginių antiplazmodinio in vitro aktyvumo ir P. falciparum GR inhibicijos efektyvumo.

Polifenolių prooksidantinis citotoksiškumas. Polifenolių (flavonoidų, polihidroksibenzenų ir kt.) antioksidacinis poveikis pagrįstas jų reakcijomis su ROS. Todėl jie yra laikomi svarbiais maisto komponentais. Taip pat yra tiriami jų priešnavikinio, antiparazitinio ir kt. poveikio mechanizmai. Tačiau polifenoliams būdingas prooksidantinis citotoksiškumas, nes jų (auto)oksidacijos metu susidaro H2O2 ir chinoniniai/ chinometidiniai produktai, kurie reaguoja su ląstelės –SH grupėmis. Nustatyta kad įvairiose žinduolių ląstelių kultūrose polifenolių citotoksiškumas didėja, mažėjant jų vienelektroninės oksidacijos potencialui (E27 , ∆log cL50/∆E27 = 1 – 2 V-1 ), ir didėjant jų lipofiliškumui (log D). Polifenolių hidroksilinimas ir oksidacinis demetilinimas citochromais P-450 didina, o jų metilinimas katechol-O-metiltransferaze mažina jų toksiškumą. Kartu su P.R. Venskutoniu (KTU) charakterizuotas kai kurių vaistinių augalų ekstraktų prooksidantinis citotoksiškumas.

Pagrindiniai projektai (2012–2021):

Nacionaliniai projektai finansuojami Lietuvos mokslo tarybos:

  • "Aromatinių nitrojunginių ir N-oksidų redokso chemija, biochemija ir citotoksiškumas: nauji požiūriai", Nr. 09.3.3-LMT-K-712-01-0058, 2018-2022, habil.dr. N. Čėnas.
  • "Naujos kartos N-heterocikliniai chinonai: kryptinga sintezė ir priešvėžinio aktyvumo tyrimai" (MIP-032/2014). Dr. Ž. Anusevičius. 2014-2016.
  • "Molekuliniai chinonų ir polifenolių toksiškumo ir priešnavikinio veikimo mechanizmai: fermentinės redokso reakcijos, citotoksiškumas, signal perdavimas ir proteomika". Nr. VP1-3.1-ŠMM-07-K-01-103. 2011–2015. Habil. Dr. N. Čėnas.
  • "Heterocikliniai N-oksidai: sintezė, citotoksiškumas, sąveika su fermentais-taikiniais" (MIP-080/2011). Dr. J. Šarlauskas. 2011-2012.

Tarptautiniai projektai (2012-2021):

  • Dvišalė Lietuvos-Prancūzijos programa ‘Žiliberas’. "Antiplazmodinio agento plazmodiono ir jo metabolitų flavointeraktomos charakterizavimas" (P-LZ-19-10), Habil. Dr. N. Čėnas 2019-2020.
  • Dvišalė Lietuvos-Ukrainos programa. L- and D-lactato: cytochromo с oksidoreduktazių, išskirtų iš rekombinantinių mielių Hansenula polymorpha tyrimai ir jų naudojimas amperometrinių biosensorių kūrimui (Nr. TAP LU 03/2014). Dr. K. Krikštopaitis. 2014-2015.
  • Dvišalė Lietuvos-Prancūzijos programa ‘Žiliberas’. "Chinonai ir nitroaromatiniai junginiai kaip flavohemoglobinų subversyvūs substratai: mechanizmai ir biomedicininė reikšmė" (Nr. TAP LZ 07/2013). Habil. Dr. N. Čėnas 2013-2014.
  • Dvišalė Lietuvos-Baltarusijos programa. "Tarpbaltyminės sąveikos ir redokso ekvivalentų pernešimo moduliatorių steroidų hidroksilinimo sistemose charakterizavimas" (Nr. TAP LB 02/2013). Dr. Ž. Anusevičius. 2013-2014.
  • COST veikla CM1307. Kryptinga endoparazitinių ligų chemoterapija. Dr. J. Šarlauskas. Habil. Dr. N. Čėnas. 2014-2017.
  • COST veikla CM0801. Nauji vaistai ignoruotoms ligoms. Dr. J. Šarlauskas. Habil. Dr. N. Čėnas. 2009-2012.

Pagrindinės publikacijos (2012-2019):

  1. Lesanavičius M., A. Aliverti, J. Šarlauskas, N. Čėnas. 2020. Reactions of Plasmodium falciparum Ferredoxin:NADP+ Oxidoreductase with Redox Cycling Xenobiotics: A Mechanistic Study. International Journal of Molecular Sciences 21:3234.
  2. Nemeikaitė-Čėnienė, J. Šarlauskas, L. Misevičienė, A. Marozienė, V. Jonušienė, M. Lesanavičius, N. Čėnas. 2020. Aerobic Cytotoxicity of Aromatic N-Oxides: The Role of NAD(P)H:Quinone Oxidoreductase (NQO1). International Journal of Molecular Sciences 21:8754.
  3. Polmickaitė-Smirnova E., J. Šarlauskas, K. Krikštopaitis, Ž. Lukšienė, Z. Staniulytė, Ž. Anusevičius. 2020. Preliminary Investigation of the Antibacterial Activity of Antitumor Drug 3-Amino-1,2,4-Benzotriazine-1,4-Dioxide (Tirapazamine) and its Derivatives. Applied Sciences 10: 4062.
  4. Marozienė A., M. Lesanavičius, E. Davioud-Charvet, A. Aliverti, P. Grellier, J. Šarlauskas, N. Čėnas. 2019. Antiplasmodial Activity of Nitroaromatic Compounds: Correlation with Their Reduction Potential and Inhibitory Action on Plasmodium falciparum Glutathione Reductase. Molecules 24: 4509.
  5. Nemeikaitė-Čėnienė A., J. Šarlauskas, V. Jonušienė, A. Marozienė, L. Misevičienė, A.V. Yantsevich, N. Čėnas. 2019. Kinetics of Flavoenzyme-Catalyzed Reduction of Tirapazamine Derivatives: Implications for Their Prooxidant Cytotoxicity. International Journal of Molecular Sciences 20: pii: E4602.
  6. Petkevičius V., J. Vaitekūnas, D. Tauraitė, J. Šarlauskas, N. Čėnas, R. Meškys. 2019. A Biocatalytic Synthesis of Heteroaromatic N‐Oxides by Whole Cells of Escherichia coli Expressing the Multicomponent, Soluble Di‐Iron Monooxygenase (SDIMO) PmlABCDEF. Advanced Synthesis&Catalysis 361: 2456-2465.
  7. Petkevičius V., J. Vaitekūnas, D. Vaitkus, N. Čėnas, R. Meškys. 2019. Tailoring a Soluble Diiron Monooxygenase for Synthesis of Aromatic N-oxides. Catalysts 9: 356
  8. Šarlauskas J., E. Polmickaitė-Smirnova, N. Čėnas, K. Krikštopaitis, Ž. Anusevičius. 2019. The QSAR study for antibacterial activity of structurally diverse nitroaromatics. Chemija 30: 41-48.
  9. Moussaoui M., L. Misevičienė, Ž. Anusevičius, A. Marozienė, F. Lederer, L. Baciou, N. Čėnas. 2018. Quinones and nitroaromatic compounds as subversive substrates of Staphylococcus aureus flavohemoglobin. Free Radical Biology and Medicine 123: 107-115
  10. Šarlauskas J. , A. Nemeikaitė-Čėnienė, A. Marozienė, L. Misevičienė, M. Lesanavičius, N. Čėnas. 2018. Enzymatic single-electron reduction and aerobic cytotoxicity of tirapazamine and its 1-oxide and nor-oxide metabolites. Chemija 29: 273-280.
  11. Valiauga B. L. Misevičienė, M.H. Rich, D.F. Ackerley, J. Šarlauskas, N. Čėnas. 2018. Mechanism of Two-/Four-Electron Reduction of Nitroaromatics by Oxygen-Insensitive Nitroreductases: The Role of a Non-Enzymatic Reduction Step. Molecules 23: AN 1672.
  12. Jarašienė-Burinskaja R., M. Alksnė M., V. Bartuškienė, V. Voišnienė, J. Burinskij, N. Čėnas, V. Bukelskienė. 2017. Study of the cytotoxic effects of 2,5-diaziridinyl-3,6-dimethyl-1,4-benzoquinone (MeDZQ) in mouse hepatoma cells. EXCLI Journal 16: 151-159.
  13. Pečiukaitytė-Alksnė M., J. Šarlauskas, L. Misevičienė, A. Marozienė, N. Čėnas, K. Krikštopaitis, Z. Staniulytė, Ž. Anusevičius. 2017. Flavoenzyme-mediated reduction reactions and antitumor activity of nitrogen-containing tetracyclic ortho-quinone compounds and their nitrated derivatives. EXCLI Journal 16: 663-678.
  14. Smutok O., M. Karkovska, R. Serkiz, B. Vus, N. Čėnas, M. Gonchar. 2017. A novel mediatorless biosensor based on flavocytochrome b2 immobilized onto gold nanoclusters for non-invasive L-lactate analysis of human liquids. Sensors and Actuators B: Chemical 250: 469-475.
  15. Šarlauskas J., J. Tamulienė, N. Čėnas. 2017. Aziridinyl-substituted benzo-1,4-quinones: A preliminary investigation on the theoretical and experimental studies of their structure and spectroscopic properties. Spectrochimica Acta Part A-Molecular and Biomolecular Spectroscopy 178: 136-141.
  16. Tamulienė J., J. Šarlauskas, S. Bekešienė. 2017. Modeling and investigation of new explosive materials based on N-(3,5-dimethyl-2,4,6-trinitrophenyl)-1H-1,2,4-triazol-3-amine. Journal of Molecular Modeling 23: a.n. 228.
  17. Urba A., D. Valiulis, J. Šarlauskas, K. Kvietkus, J. Šakalys, A. Selskis. 2017. A pilot study of different materials applied for active sampling of gaseous oxidized mercury in the atmospheric air. Atmospheric Pollution Research 8: 791-799.
  18. Valiauga B., E.M. Williams, D.F. Ackerley, N. Čėnas. 2017. Reduction of quinones and nitroaromatic compounds by Escherichia coli nitroreductase A (NfsA): Characterization of kinetics and substrate specificity. Archives of Biochemistry and Biophysics 614: 14-22.
  19. Benitez D., A. Medeiros, L. Fiestas, E. A. Panozzo-Zenere, F. Maiwald, K. C. Prousis, M. Roussaki, T. Calogeropoulou, A. Detsi, T. Jaeger, J. Šarlauskas, L. P. Mašič, C. Kunick, G. R. Labadie, L. Flohé, M.A. Comini., 2016. Identification of Novel Chemical Scaffolds Inhibiting Trypanothione Synthetase from Pathogenic Trypanosomatids. PLOS Neglected Tropical Deseases 10: e0004617
  20. Ger M., A. Kaupinis, A. Nemeikaitė-Cėnienė, J. Šarlauskas, J. Cicėnas, N. Čėnas, M. Valius. 2016. Quantitative proteomic analysis of anticancer drug RH1 resistance in liver carcinoma. Biochimica et Biophysica Acta: Proteins and Proteomics 1864: 219-232
  21. Stulpinas A., A. Imbrasaitė, N. Krestnikova, J. Šarlauskas, N. Čėnas, A.V. Kalvelytė. 2015. Study of bioreductive anticancer agent RH-1-induced signals leading the wild-type p53-bearing lung cancer A549 cells to apoptosis. Chemical Research in Toxicology 29: 26-39.
  22. Šarlauskas J., M. Pečiukaitytė-Alksnė, L. Misevičienė, A. Marozienė, E. Polmickaitė, Z. Staniulytė, N. Čėnas, Ž. Anusevičius. 2016. Naphtho[1′,2′:4,5]imidazo[1,2-a]pyridine-5,6 -diones: Synthesis, enzymatic reduction and cytotoxic activity. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters 26: 512-517
  23. Zor E., Y. Oztekin, A. Ramanavičienė, Ž. Anusevičius, J. Voronovic, H. Bingol, D. Barauskas-Memenas, L. Labanauskas, A. Ramanavičius. 2016. Evaluation of 1,10-phenanthroline- 5,6-dione as redox mediator for glucose oxidase Journal of Analytical Chemistry 71: 77-81
  24. Kosychova L., A. Karalius, Z. Staniulytė, R.A. Sirutkaitis, A. Palaima, A. Laurynėnas, Ž. Anusevičius. 2015. New 1-(3-Nitrophenyl)-5,6-dihydro-4H-[1,2,4]triazolo[4,3-a][1,5]benzodiazepines: synthesis and computational study. Molecules 20: 5392-5408.
  25. Nemeikaitė-Čėnienė A., R. Jarašienė, H. Nivinskas, J. Šarlauskas, N. Čėnas. 2015. Cytotoxicity of anticancer aziridinyl-benzoquinones in murine hepatome MH22a cells: the properties of RH1-resistant subline. Chemija 26: 46-50.
  26. Valiauga B., N. Rouhier, J.P. Jacquot, N. Čėnas. 2015. Quinone- and nitroreductase reactions of Thermotoga maritima thioredoxin reductase. Acta Biochimica Polonica 63: 303-309.
  27. Miliukienė V., H. Nivinskas, N. Čėnas. 2014. Cytotoxicity of anticancer aziridinyl-substituted benzoquinones in primary mice splenocytes. Acta Biochimica Polonica 61: 833-836.
  28. Šarlauskas J., L. Misevičienė, A. Marozienė, L. Karvelis, J. Stankevičiūtė, K. Krikštopaitis, N. Čėnas, A. Yantsevich, A. Laurynėnas, Ž. Anusevičius. 2014. The study of NADPH-dependent flavoenzyme-catalyzed reduction of benzo[1,2-c]1,2,5-oxadiazole N-oxides (benzofuroxans). International Journal of Molecular Sciences 15: 23307-23331.
  29. Zor E., Y. Oztekin, L. Mikoliunaite, J. Voronovic, A. Ramanaviciene, Ž. Anusevicius, H. Bingol, A. Ramanavicius. 2014. 1,10-Phenanthroline-5,6-dione and 9,10-phenanthrenequinone as redox mediators for amperometric glucose biosensors. Journal of Solid State Electrochemistry 18: 1529-1536.
  30. Zor E., Y. Oztekin, A. Ramanaviciene, Ž. Anusevicius, H. Bingol, J. Barkauskas, M. Ersoz, A. Ramanavicius. 2014. Amperometric glucose biosensor based on glucose oxidase, 1,10-Phenanthroline-5,6-dione and carbon nanotubes. Journal of the Electrochemical Society 161: H3064-H3069.
  31. Šarlauskas J., A. Nemeikaitė-Čėnienė, L. Misevičienė, K. Krikštopaitis, Ž. Anusevičius, N. Čėnas. Redox properties and prooxidant cytotoxicity of a neuroleptic agent 6,7-dinitrodihydroquinoxaline-2,3-dione (DNQX). Acta Biochim. Pol. 60: 227-231, 2013
  32. Anusevičius Ž., H. Nivinskas, J. Šarlauskas, M.-A. Sari, J.-L. Boucher, N. Čėnas. Single-electron reduction of quinone and nitroaromatic xenobiotics by recombinant rat neuronal nitric oxide synthase. Acta Biochim. Pol. 60: 217-222, 2013
  33. Anusevičius Ž., L. Misevičienė, J. Šarlauskas, N. Rouhier, J.-P. Jacquot, N. Čėnas (2012) Quinone-and nitroreductase reactions of Thermotoga maritima peroxiredoxin-nitroreductase hybrid enzime. Arch. Biochem. Biophys. 528, 50-56.