Analiza interakcija organofosfornih spojeva s esterazama i mogućim metama terapije kod otrovanja (OPEsterOX)

HrZZ: Istraživački projekt IP-2022-10-6885

Suradnici na projektu: Goran Šinko, Tena Čadež, Dora Kolić, Višnja Stepanić, Vesna Gabelica Marković, Zoran Radić
Asistent (doktorand): Petar Nakić

Trajanje 48 mjeseci, od 2023.-2027.

Sažetak

Izloženost organofosfatima (OP) od kojih su neki pesticidi ili živčani bojni otrovi (ŽBO) dovodi do inhibicije enzima acetilkolinesteraze (AChE) ključnog za funkcioniranje živčanog sustava. Blokiranje aktivnosti izaziva kolinergičku krizu, odnosno pretjeranu stimulaciju muskarinskih i nikotinskih membranskih receptora u središnjem i perifernom živčanom sustavu, što može dovesti do dugotrajnih posljedica trovanja pa i do smrti. Standardna terapija trovanja OP koja uključuje primjenu antimuskarinika, atropina i oksimskog reaktivatora AChE, nije učinkovita za različite OP, posebice nije za fosforoamidate radi strogo strukturalno ovisnog mehanizma reaktivacije enzima. Alternativna terapija odnosi se na srodni enzim butirilkolinesterazu (BChE) koji veže OP spojeve u cirkulaciji i kao takav djeluje kao stehiometrijsko biočistilo OP. Stoga ovaj projekt koristi poznate (npr. tabun, metamidofos i fenamifos) i neistražene spojeve (A-seriju organofosfata) za bolje razumijevanje mehanizama interakcija kolinesteraza s fosforoamidatima s ciljem pronalaska učinkovitih načina terapije. Biokemijski mehanizam interakcija enzima sveobuhvatno će se proučavati na molekulskoj razini metodama in silico, in vitro i ex vivo kako bi se odredili afiniteti vezanja, brzine inhibicije i učinkovitost reaktivacije enzima. Mehanizmi toksičnosti odabranih OP studirat će se na staničnom nivou. Najučinkovitiji reaktivatori testirat će se kao antidoti na miševima izloženim OP. Također, na mišjem mozgu ispitat će se neuroinflamatorni učinak OP kao i neuroprotektivna djelotvornost oksimske terapije praćenjem specifičnih markera astroglioze, mikroglioze i vijabilnosti neurona. Ove sveobuhvatne analize doprinijet će neupitno poznavanju interakcija fosforoamidata i učinkovitije terapije u otrovanju s njima i sličnim OP.

Publikacije

• Maček Hrvat, Nikolina; Puljko, Borna; Sit, Rakesh K.; Ilić, Katarina; Kolić, Dora; Mlinac-Jerkovic, Kristina; Kalanj-Bognar, Svjetlana; Radić, Zoran; Sharpless, Barry K.; Taylor, Palmer et al. The ionizing zwitterionic oxime antidote attenuates gliosis in mice exposed to sarin. Chem-Biol Interact, 421 (2025), 111767, 8. doi: 10.1016/j.cbi.2025.111767
• Čadež, Tena; Maček Hrvat, Nikolina; Šinko, Goran; Kalisiak, Jarosław;  Radić, Zoran; Fokin, Valery V.;  Sharpless, Karl Barry;  Taylor, Palmer;  Kovarik, Zrinka. Click-chemistry-derived oxime library reveals efficient reactivators of nerve agent-inhibited butyrylcholinesterase suitable for pseudo-catalytic bioscavenging. Arch Toxicol (2025) https://doi.org/10.1007/s00204-025-03985-6
• Kovarik, Zrinka; Kolić, Dora; Čadež, Tena; Šinko, Goran; Tuksar, Petra; Zorbaz, Tamara; Curty, Christophe; Maček Hrvat, Nikolina. Outlining the A-series of organophosphorus compounds: Cholinesterase inhibition, reactivation, cytotoxicity, and acute toxicity in mice. Chem-Biol Interact, 421 (2025), 111762, 11. doi: 10.1016/j.cbi.2025.111762
• Kolić, Dora; Kovarik, Zrinka. N-methyl-d-aspartate receptors: Structure, function, and role in organophosphorus compound poisoning. BioFactors, 50(5), 2024, 868–884.
• Mlakić, Milena; Čadež, Tena; Šinko, Goran; Škorić, Irena; Kovarik, Zrinka. New Heterostilbene and Triazole Oximes as Potential CNS-Active and Cholinesterase-Targeted Therapeutics. Biomolecules, 14(6), 2024, 679(37)

Diseminacija rezultata

• 19th Medical Chemical Defense Conference, Munchen, Njemačka (2. – 3. 4. 2025.).
  Posterska prezentacija: The efficacy of centrally active RS oximes in reactivating phosphorylated acetylcholinesterase (N. Maček Hrvat)
  Posterska prezentacija: Assessment of nerve agent-induced toxicity in a cellular model (T. Čadež)
• Mini-symposium “Multidisciplinarity in drug development”, Zagreb, Hrvatska (12. 2. 2025.)
  Pozvano predavanje: Targeting organophosphorus poisoning by pseudocatalytic detoxification system (T. Čadež)
• 49^th FEBS Congress: Bridging Continents to Advance Life Sciences, Istanbul, Turska, (5. – 9. 7. 2025.)
  Posterska prezentacija: Identifying cholinesterase inhibitors among commercially available pesticides by bioinformatic analysis and in vitro inhibition (Maček Hrvat, Nikolina; Stepanić, Višnja; Šinko, Goran; Čadež, Tena)
  Posterska prezentacija: Evaluation of compounds as multitarget therapeutics in neurological disorders (Čadež, Tena; Mlakić, Milena; Škorić, Irena; Maček Hrvat, Nikolina; Kovarik, Zrinka)
• 59th Congress of the European Societies of Toxicology, Atena, Grčka (14. – 17. 9. 2025.)
  Posterska prezentacija Disruption of the plasma membrane organization and neuroinflammation can be triggered by toxic organophosphorus compounds (Maček Hrvat, Nikolina; Puljko, Borna; Ilić, Katarina; Mlinac-Jerković, Kristina; Kalanj-Bognar, Svjetlana)
  Posterska prezentacija Organophosphorus pesticides and neurotoxicity: Evaluation of human and animal cell model (Čadež, Tena; Maček Hrvat, Nikolina)
• 10. hrvatski kongres neuroznanosti, Zagreb, Hrvatska (11. – 13. 9. 2025.)
  Kratka oralna prezentacija postera: Imidazolium oximes for the management of organophosphate compound neurotoxicity (D. Kolić, I. Primožič, Z. Kovarik, N. Maček Hrvat)
• 48^th FEBS Congress: Mining biochemistry for human health and well-being, Milano, Italija (29.06.2024 – 03.07.2024).
  Posterska prezentacija: New and old challenges in reversing organophosphorus toxicity (N. Maček Hrvat, D. Kolić, T. Čadež, Z. Kovarik).
• EUROTOX2024: Toxicology – A Quest for safe Chemicals and Medicines, Copenhagen, Danska (08.09.2024 – 11.09.2024).
  Posterska prezentacija: Assessment of organophosphate-induced toxicity and evaluation of antidotal efficacy on cellular level (T. Čadež, Z. Kovarik).
• ChEPON, 15th International Meeting on Cholinesterases, 9 th International Conference on Paraoxonases, Brdo pri Kranju, Slovenija (15.09.2024 – 18.09.2024).
  Posterske prezentacije: Outlining the A-series of organophosphorus compounds – cholinesterase inhibition, reactivation, cytotoxicity (Nikolina Maček Hrvat, Dora Kolić, Tena ČadeŽ, Goran Šinko, Zrinka Kovarik);
  Evaluation of resveratrol compounds as therapeutics in organophosphorus poisoning (Tena Čadež, Milena Mlakić, Nikolina Maček Hrvat, Irena Škorić, Zrinka Kovarik).
• FEBS3+ Meeting: Exploring Molecular Frontiers, Pula, Hrvatska (25.09.2024 – 28.09.2024).
  Posterska prezentacija: Bioscavenging capacity of butyrylcholinesterase reduces Inhibition impact of organophosphate compounds in human blood (Dora Kolić, Goran Šinko, Ines Primožič, Zrinka Kovarik).
• HKD simpozij: 8th Mini Symposium of Section of Medicinal and Pharmaceutical Chemistry, Zagreb, Hrvatska, (19. 11. 2024.).
  Predavanje: CNS-active ligands against neurotoxocity in organophosphate compound poisoning (Dora Kolić, Nikolina Maček Hrvat, Zoran Radić, Zrinka Kovarik).

Usavršavanja

•  Biocentar, Zagreb – radionice:
  ”Proizvodnja, pročišćavanje i karakterizacija proteina” (25.-27.11.2025.) – D. Kolić i P. Nakić
  Chemical codes – biostatistika u R-u, napredna razina (6. – 7. 11. 2025.) – T. Čadež
  Chemical codes – biostatistika u R-u, osnovna razina (23. – 29. 10. 2025.) – T. Čadež
• Department of Neuroimaging, Institute of Psychiatry, Psychology & Neuroscience, King’s College London, UK (11. 7. – 12. 9. 2025.) – T. Čadež
• Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences of the UC San Diego in La Jolla,CA, USA (1. 2. – 16. 3. 2024.) – D. Kolić
• The 2nd Course on Molecular Toxicology, Izmir, Turska (22. – 24. 5. 2024.) – D. Kolić

Rad sa studentima 

• Diplomski rad ˝Biosigurnost i učinkovitost oksima za reaktivaciju kolinesteraza nakon otrovanja organofosfatima˝ – Ema Krstulović (PMF, Biologija, Sveučilište u Zagrebu)