Мы разработали простые и надежные сенсоры для измерения внутриклеточного pH на основе ДНК i-мотивов (iMs), обнаруженных в генах, связанных с нейродегенерацией или канцерогенезом. Данные iM, по-видимому, являются геномными регуляторными элементами и могут модулировать транскрипцию в ответ на изменения pH. Учитывая присущую им чувствительность к незначительным изменениям pH в пределах физиологического диапазона, данные неканонические структуры ДНК можно использовать в качестве основного элемента сенсора без дополнительных модулей, за исключением флуоресцентных меток или тушителей. Мы отобрали несколько iM, которые демонстрировали быструю кинетику фолдинга/расплетения. Используя метод остановленного потока и метод FRET-плавления/отжига, мы подтвердили, что скорость зависимых от температуры переходов iM-оцДНК коррелируют со скоростью pH переходов. Таким образом, мы предлагаем анализ гистерезиса на основе FRET в качестве экспресс-метода выбора сенсоров с заданными кинетическими характеристиками. Для лидерного быстродействующего сенсора мы оптимизировали схему мечения и провели внутриклеточную калибровку. В отличие от обычно используемых низкомолекулярных индикаторов pH, данный сенсор эффективно транспортировался на ядра клеток. Благодаря подходящим кинетическим характеристикам сенсор можно использовать для мониторинга динамики протонов в ядре. Наши результаты свидетельствуют о том, что дизайн с применением геномных последовательностей является продуктивным подходом к разработке биосовместимых молекулярных инструментов.

G-квадруплексы (G4) представляют собой один класс неканонических вторичных структур нуклеиновых кислот, которые в настоящее время рассматриваются как многообещающие и привлекательные мишени для противораковой, противовирусной и антибактериальной терапии. Мы исследовали новый феноксазиновый остов на основе i-Clamp для создания стабилизирующих G4 лигандов. Длина протонированных аминоалкильных линкеров («рукавов») лиганда на основе феноксазина была оптимизирована in silico. Были синтезированы два двухлинкерных лиганда, различающихся взаимной ориентацией линкеров, и один однолинкерный лиганд. Двухлинкерные лиганды значительно увеличивали термическую стабильность G-квадруплексных структур (увеличивали температуру плавления до 20 ° C) и проявляли селективность по отношению к G4 по сравнению с дуплексной ДНК. Лиганды выглядят многообещающими для биологических исследований, и феноксазиновый остов может стать отправной точкой для разработки новых G4-взаимодействующих соединений.

Аптасенсоры стали популярными инструментами в биоаналитической химии и молекулярной биологии. Для повышения специфичности перспективные сигнальные элементы в аптасенсорах можно разделить на G-квадруплексную (G4) часть  и свободный флуоресцентный краситель, который разгорается при связывании с G4 частью. Однако существующие системы ограничены относительно низким усилением флуоресценции при связывании красителя. Мы присоединили дуплексные модули к G4 структурам, что предположительно вызывает образование связывающей краситель полости между двумя модулями. Скрининг множества синтетических аналогов хромофора GFP и вариация дуплексного модуля позволили отобрать красители, которые разгораются после образования комплекса с двухмодульными структурами и их РНК-аналогами до 20 раз по сравнению с G4 без дуплексного модуля. Мы продемонстрировали усиление флуоресценции красителя после связывания с модифицированными структурами TBA, LTR-III и Tel23a G4 и предполагаем, что такая архитектура коротких сигнальных элементов дуплекс-G4 будет способствовать разработке улучшенных аптасенсоров.

Получены аналоги бензотиазолового оранжевого (БО) с одним, двумя или тремя метилбензотиазолилметилиденовыми заместителями в 1-метилпиридиниевом кольце. Проанализированы параметры флуоресценции известных и новых красителей в комплексах с различными структурами ДНК, включая G-квадруплексы (G4) и i-мотивы (IM). Все красители эффективно различали G4 и оц-ДНК. Би- и тризамещенные производные имели в основном сходные распределения относительных интенсивностей флуоресценции. Монозамещенные производные показали повышенную чувствительность к параллельным G4. Все красители были особенно чувствительны к структуре G4 с дополнительным дуплексным модулем (тромбин-связывающий аптамер TBA31). В частности, БО показал значительное (160-кратное) увеличение квантового выхода флуоресценции в комплексе с TBA31 по сравнению со свободным красителем. Моно/дизамещенные производные показали свою применимость в качестве зондов для отслеживания образования G4.

Разработаны лиганды и модификации нуклеиновых оснований для стабилизации неканонических вторичных структур нуклеиновых кислот.

Был получен ряд аналогов эффективного противовирусного периленового нуклеозида, dUY11, с метилтиометильной (МТМ), азидометильной (AZM) и HO-С1-4-алкил-1,2,3-триазол-1,4-диильными группами в 3`-O-положении, а также два продукта реакции безмедного алкин-азидного циклоприсоединения AZM производного, и исследована их активность относительно вируса клещевого энцефалита (ВКЭ). Четыре соединения показали EC50 ≤10 нМ, таким образом, являясь наиболее эффективными ингибиторами ВКЭ на сегодняшний день. Кроме того, эти нуклеозиды обладают большей липофильностью (clogP) и повышенной растворимостью в водном ДМСО по сравнению с исходным dUY11.

Феноксазиновый остов широко используется для стабилизации дуплексов нуклеиновых кислот, как часть флуоресцентных зондов для исследования структуры, узнавания и метаболизма нуклеиновых кислот и т.д. Мы осуществили синтез феноксазиновых нуклеозидных производных и исследовали их противовирусную активность относительно панели структурно разнообразных вирусов: оболочечных ДНК герпесвирусов: вируса варицелла-зостер (ВЗВ) и цитомегаловируса человека; оболочечного РНК вируса клещевого энцефалита (ВКЭ), а также необолочечных РНК энтеровирусов. Изучаемые соединения эффективно подавляли репродукцию ДНК и РНК вирусов в культуре клеток. 3-(2’-Дезокси-β-D-рибофуранозил)-1,3-диаза-2-оксофеноксазин оказался мощным ингибитором репликации ВЗВ с большей активностью по отношению к штамму дикого типа, по сравнению со штаммом с дефицитом тимидинкиназы (EC50 0,06 и 10 мкМ, соответственно). Данное соединение не проявляло цитотоксичности на всех изучаемых клеточных линиях. Несколько перспективных соединений показали активность относительно ВКЭ (EC50 0.35-0.91 мкМ), но активность сопровождалась выраженной цитотоксичностью. Данные соединения можно рассматривать в качестве отправной точки для дальнейшей оптимизации структуры антигерпесвирусных или антифлавивирусных соединений.