Вестник Ошского государственного университета. Медицина
Вестник Ошского государственного университета. Медицина
e-ISSN 1694-8831
DOI: 10.52754/16948831
Отправить статью

Статья

Скачать статью

Теоретические подходы к проектированию биологически активных соединений на основе углеводов для медицинских применений

Роза Сарымсакова, Асылкан Джуманазарова, Бермет Сарымсакова, Шафика Сулейманова

Получено 03.03.2025, Доработано 15.05.2025, Принято 16.06.2025

Аннотация

Целью исследования было формирование теоретических обоснований для направленного проектирования гликозилированных биологически активных молекул с прогнозируемыми фармакологическими свойствами. Методология исследования основывалась на теоретико-аналитическом подходе с использованием in silico-моделирования, включающего прогноз биодоступности, полярной поверхности и желудочно-кишечной абсорбции, а также оценку молекулярных взаимодействий гликозилированных соединений с фармакологически значимыми мишенями. Результаты указывают, что включение гликозильных остатков, таких как N-ацетилглюкозамин и сиаловая кислота, приводит к увеличению полярной поверхности молекулы с 48,9 до 112,4 квадратных ангстремов, что способствует более эффективному водородному связыванию с рецепторными белками. Одновременно наблюдалось снижение коэффициента распределения по октанолу и воде с 3,4 до 1,8, что указывает на уменьшение липофильности и более благоприятную фармакокинетику. Смоделированные гликозилированные соединения демонстрировали высокую степень всасывания в желудочно-кишечном тракте, в отличие от негликозилированных аналогов. Энергия связывания гликозилированных молекул с рецептором гиалуроновой кислоты и лектином Galectin-3 находилась в диапазоне от -8,5 до -9,1 килокалорий на моль, что указывает на высокую аффинность и стабильность комплекса. В сравнении, соответствующие параметры для немодифицированных соединений составили от -5,9 до -7,3 килокалорий на моль. В ходе анализа установлено также снижение потенциальной цитотоксичности и повышение селективности действия за счёт направленного взаимодействия с рецепторными белками. Полученные данные подтверждают значимость гликозилирования как стратегии повышения биодоступности, специфичности и терапевтической эффективности разрабатываемых молекул. Результаты имеют практическое значение для рационального проектирования лекарственных молекул, в которых гликозильные фрагменты используются как активные фармакофорные элементы, повышающие селективность, стабильность и биодоступность терапевтических соединений


Ключевые слова:

фармакокинетика; молекулярное моделирование; селективность; рецепторная активность; биомишени; фармакофор; биодоступность

https://doi.org/10.52754/16948645_2025_4(1)_48

Взято из Том 4, № 1, 2025

Страницы 48-59

Использованные источники ЦИТИРОВАНИЕ

Использованные источники

  1. Brito A, Pereira PM, Soares da Costa D, Reis RL, Ulijn RV, Lewis JS et al. Inhibiting cancer metabolism by aromatic carbohydrate amphiphiles that act as antagonists of the glucose transporter GLUT1. Chem Sci. 2020;11(14):3737–44. DOI: 10.1039/D0SC00954G
  2. Akparalieva OA, Asilbek kyzy Z, Gaparova ChA, Ernazarova BK. Synthesis of carbohydrate derivatives of sulfanilamide and computer prediction of the spectrum of biological activity. Bull B. Osmonov Jalal-Abad State Univ. 2022;1:179–84.
  3. Akhmetova VT. Pharmacokinetic studies of carbohydrate-containing compounds in drug design. Semey: Kazakh National Medical University; 2024 [Internet]. [cited 2025 June 3]. Available from: https://kaznmu.edu.kz/wp-content/uploads/2024/10/Диссертация_Ахметова-В.Т.pdf
  4. Costa AF, Campos D, Reis CA, Gomes C. Targeting glycosylation: A new road for cancer drug discovery. Trends Cancer. 2020;6(9):757–66. DOI: 10.1016/j.trecan.2020.06.006
  5. Xavier NM, Andreana PR, Carvalho I, von Itzstein M. Carbohydrate-based molecules in medicinal chemistry. Front Chem. 2021;9:655200. DOI: 10.3389/fchem.2021.655200
  6. Andreu A, Ćorović M, Garcia-Sanz C, Santos AS, Milivojević A, Ortega-Nieto C, et al. Enzymatic glycosylation strategies in the production of bioactive compounds. Catalysts. 2023;13(10):1359. DOI: 10.3390/catal13101359
  7. Markink J. Computer-based drug design and machine learning for the computational search of novel carbohydrate binding protein inhibitors. Utrecht: Utrecht University; 2024.
  8. Pan L, Cai C, Liu C, Liu D, Li G, Linhardt RJ, et al. Recent progress and advanced technology in carbohydrate-based drug development. Curr Opin Biotechnol. 2021;69:191–8. DOI: 10.1016/j.copbio.2020.12.023
  9. Wang N, Kong Y, Li J, Hu Y, Li X, Jiang S, et al. Synthesis and application of phosphorylated saccharides in researching carbohydrate-based drugs. Bioorg Med Chem. 2022;68:116806. DOI: 10.1016/j.bmc.2022.116806
  10. Wang X. Glycosylation modification of bioactive compounds and drugs by plant glycosyltransferases; 2022 [Internet]. [cited 2025 June 3]. Available from: https://patents.justia.com/patent/11261477
  11. Wong C-H, Wu C-Y. Methods for modifying human antibodies by glycan engineering; 2018 [Internet]. [cited 2025 June 3]. Available from: https://patents.google.com/patent/US10087236B2/en
  12. Shivatare SS, Wong CH. Synthetic carbohydrate chemistry and translational medicine. J Org Chem. 2020;85(24):15780–800. DOI: 10.1021/acs.joc.0c01834
  13. Wang J, Zhang Y, Lu Q, Xing D, Zhang R. Exploring carbohydrates for therapeutics: A review on future directions. Front Pharmacol. 2021;12:756724. DOI: 10.3389/fphar.2021.756724
  14. Su L, Feng Y, Wei K, Xu X, Liu R, Chen G. Carbohydrate-based macromolecular biomaterials. Chem Rev. 2021;121(18):10950–1029. DOI: 10.1021/acs.chemrev.0c01338
  15. Chen B, Liu W, Li Y, Ma B, Shang S, Tan Z. Impact of N-linked glycosylation on therapeutic proteins. Molecules. 2022;27(24):8859. DOI: 10.3390/molecules27248859
  16. Boune S, Hu P, Epstein AL, Khawli LA. Principles of N-linked glycosylation variations of IgG-based therapeutics: Pharmacokinetic and functional considerations. Antibodies. 2020;9(2):22. DOI: 10.3390/antib9020022
  17. Muhammed MT, Akı-yalcın E. Pharmacophore modeling in drug discovery: Methodology and current status. J Turk Chem Soc A: Chem. 2021;8(3):749–62. DOI: 10.18596/jotcsa.927426
  18. Xavier NM, Andreana PR. Glycomimetics and glycoconjugates in drug discovery. Pharmaceuticals. 2024;17(3):323. DOI: 10.3390/ph17030323
  19. Adamo R, Lay L. Carbohydrate-based therapeutics. London: Wiley; 2023. DOI: 10.1002/9783527831326
  20. Kaur H. Characterization of glycosylation in monoclonal antibodies and its importance in therapeutic antibody development. Crit Rev Biotechnol. 2021;41(2);300–15. DOI: 10.1080/07388551.2020.1869684
  21. Verheijen J, Tahata S, Kozicz T, Witters P, Morava E. Therapeutic approaches in Congenital Disorders of Glycosylation (CDG) involving N-linked glycosylation: An update. Genet Med. 2020;22(2):268–79. DOI: 10.1038/s41436-019-0647-2
  22. Iwaloye O, Ottu PO, Olawale F, Babalola OO, Elekofehinti OO, Kikiowo B, et al. Computer-aided drug design in anti-cancer drug discovery: What have we learnt and what is the way forward? Inform Med Unlocked. 2023;41:101332. DOI: 10.1016/j.imu.2023.101332
  23. Tamburrini A, Colombo C, Bernardi A. Design and synthesis of glycomimetics: Recent advances. Med Res Rev. 2019;40(2);495–531. DOI: 10.1002/med.21625
  24. Bellavita R, Braccia S, Galdiero S, Falanga A. Glycosylation and lipidation strategies: Approaches for improving antimicrobial peptide efficacy. Pharmaceuticals. 2023;16(3):439. DOI: 10.3390/ph16030439
  25. Mohammed AA, Suaifan GA, Shehadeh MB, Okechukwu PN. Design, synthesis and antimicrobial evaluation of novel glycosylated-fluoroquinolones derivatives. Eur J Med Chem. 2020;202:112513. DOI: 10.1016/j.ejmech.2020.112513
  26. Bege M, Singh V, Sharma N, Debreczeni N., Bereczki I, Poonam, et al. In vitro and in vivo antiplasmodial evaluation of sugar-modified nucleoside analogues. Sci Rep. 2023;13(1):12228. DOI: 10.1038/s41598-023-39541-4
  27. Khodabakhsh F, Salimian M, Hedayati MH, Ahangari Cohan R, Norouzian D. Challenges and advancements in the pharmacokinetic enhancement of therapeutic proteins. Prep Biochem Biotechnol. 2021;51(6):519–29. DOI: 10.1080/10826068.2020.1839907
  28. Sikora K, Bauer M, Bartoszewska S, Neubauer D, Kamysz W. Glycosylated lipopeptides-synthesis and evaluation of antimicrobial activity and cytotoxicity. Biomolecules. 2023;13(1):172. DOI: 10.3390/biom13010172
  29. Mosayyebi B, Imani M, Mohammadi L, Akbarzadeh A, Zarghami N, Edalati M, et al. An update on the toxicity of cyanogenic glycosides bioactive compounds: Possible clinical application in targeted cancer therapy. Mater Chem Phys. 2020;246:122841. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2020.122841
  30. Sadraei SI. Progress towards the synthesis of carbohydrate-based biomedical and material-science relevant molecules. Windsor: University of Windsor; 2020.
  31. Lopes JP, Silva L, Lüdtke DS. An overview on the synthesis of carbohydrate-based molecules with biological activity related to neurodegenerative diseases. RSC Med Chem. 2021;12(12):2001–15. DOI: 10.1039/D1MD00217A
  32. Khaperskaya, L., Sarymzakova, B., Ibragimova A., Sarymzakova R. Influence of the carbohydrate component of the synthetized heterocyclic compounds on their biological activity. J Sci. Lyon. 2022;35:11–7. DOI: 10.5281/zenodo.7154829
  33. Bajad NG, Swetha R, Gutti G, Singh M, Kumar A, Singh SK. A systematic review of carbohydrate-based bioactive molecules for Alzheimer’s disease. Future Med Chem. 2201;13(19):1695–711. DOI: 10.4155/fmc-2021-0109
  34. Sarymzakova R. Ibragimova A., Sarymzakova B., Khaperskaya L., Sulyamanova Sh. Nature and properties of carbohydrate derivatives of piperidin-4-one. Int J Biol Chem Sci. 2024;18(2):678–90. DOI: 10.4314/ijbcs.v18i2.28

ЦИТИРОВАНИЕ

APA
Sarymzakova, R., Dzhumanazarova, A., Sarymzakova, B., & Sulyamanova, Sh. (2025). Theoretical approaches to the design of biologically active compounds based on carbohydrates for medical applications. Journal of Osh State University. Medicine, 4(1), 48-59. https://doi.org/10.52754/16948645_2025_4(1)_48
Vancouver
Sarymzakova R, Dzhumanazarova A, Sarymzakova B, Sulyamanova Sh. Theoretical approaches to the design of biologically active compounds based on carbohydrates for medical applications. J Osh State Univ Med. 2025;4(1):48–59. doi:10.52754/16948645_2025_4(1)_48