CC BY
42
УДК 615.31.012.015.11:542
ПРОГНОЗ И СИНТЕЗ НОВЫХ ПРОИЗВОДНЫХ 1,3-ДИАЗИНОНА-4 И ИХ АЦИКЛИЧЕСКИХ ПРЕДШЕСТВЕННИКОВ, ПОЛУЧЕННЫХ НА ОСНОВЕ ДОФАМИНА
И. С. Луговой1, И.П. Кодониди1, А.А. Глушко1, А.Ф. Бандура1, А.А. Бичеров2
1 Пятигорский медико-фармацевтический институт —
филиал ГБОУ ВПО «Волгоградский государственный медицинский университет»
Минздрава России
г. Пятигорск, Россия
2НИИ физической и органической химии
Южный федеральный университет
г. Ростов-на-Дону, Россия
Аннотация. Ядро 1,3-диазинона-4 по своей структуре сходно с эндогенными биологически активными соединениями. Это позволяет прогнозировать широкий спектр фармакологической активности, в частности противовоспалительную и дофаминергическую активность. Целью исследования является молекулярное моделирование и целенаправленный синтез новых производных 1Н-пиримидин-4-она и амидов о-аминобензойной кислоты. В ходе исследований с помощью логико-структурного подхода обоснованы новые целевые структуры 1Н-пирими-дин-4-она и амидов о-аминобензойной кислоты, которые являются ациклическими предшественниками хиназо-линона-4. Проведен предварительный анализ фармакологических свойств, прогнозируемых структур с помощью программ PASS, Биоэврика, Autodock 4.0 и отобраны наиболее перспективные соединения, выявленные в ходе компьютерного прогноза. В первую очередь осуществлен целенаправленный синтез наиболее перспективных из них:1-[2-(3,4-дигидроксифенил)этил]-2,6-диметил-5-фенил-1Н-пиримидин-4-она и 2-бензоиламино-Ы-[2-(3,4-дигидроксифенил)этил]бензамида. Структура синтезированных соединений подтверждена с помощью спектральных методов анализа.
Ключевые слова: молекулярное конструирование, производные 1,3-диазинонов-4, 4-оксопиримидин, амид о-бен-зоиламинобензойной кислоты, ЦОГ-1 и ЦОГ-2, противовоспалительная активность, дофамин, дофаминергическое действие, докинг, целенаправленный синтез.
Молекулярное конструирование на основе эндогенных веществ является одним из наиболее перспективных методов поиска новых биологически активных соединений (БАС). В связи с высокой биологической активностью и низкой токсичностью производных 1,3-диазинонов-4 целенаправленный синтез новых БАС этой группы соединений является актуальным [6]. К этой группе соединений можно отнести и амиды о-бензоиламино-
бензойной кислоты, которые являются предшественниками хиназолинонов-4. Производным 1Н-пи-римидин-4-она, хиназолинона-4 и амидам о-бен-зоиламинобензойной кислоты, уделяется особое внимание с целью создания на их основе новых высокоэффективных лекарственные вещества [4].
Цель исследования: молекулярное конструирование и целенаправленный синтез новых производных 1,3-диазинонов-4 и их ациклических
—--—-
~ 102 ~
предшественников обладающих противовоспалительной и дофаминергической активностью.
Результаты исследования. На основе логико-структурного подхода были сформированы ряды производных 1Н-пиримидин-4-она и амидов о-бензоиламинобензойной кислоты. Дальнейшее прогнозирование осуществлялось с использованием программ PASS, Биоэврика и Autodock 4.0, что позволило выявить фармакологически наиболее перспективные соединения, содержащие остаток дофамина. В первую очередь для целенаправленного синтеза из производных 1Н-пиримидин-4-она
Из данных, приведенных в табл. 1, следует, что оба вещества 1 и 2 могут проявлять противовоспалительную, дофаминергическую и анксиоли-тическую активности, а соединение 1 может обладать еще и антиоксидантными свойствами.
Исходя из результатов, полученных с использованием программы PASS, нами осуществлены исследования взаимодействия лиганд—белковая мишень методом молекулярного докинга. Величина противовоспалительной активности прогнозировалась с помощью программы Биоэврика, а дофаминергическая активность — Autodock 4.0.
Современные успехи в поиске новых НПВС связанны с осмыслением механизма воспалительного процесса и выявлению в нем роли ферментов ЦОГ-1 и ЦОГ-2. Центральное место в этих исследованиях занимает создание новых селективных ингибиторов ЦОГ-2. Исходя из этого, прогнозирование биологической активности проводилось на основе оценки длительности связывания веществ с активным центром фермента ЦОГ-2 методом молекулярной динамики. Моделирование осуществлялось методом молекулярной динамики
выбрано соединение 1 ([2-(3,4-дигидроксифенил) этил] -2,6-диметил-5-фенил-1Н-пиримидин-4-он, а из ряда о-бензоиламинобензойной кислоты — соединение 2 (2-бензоиламино-К-[2-(3,4-дигид-роксифенил)этил]бензамид).
Предварительное компьютерное прогнозирование биологической активности новых соединений 1 и 2 проводилось с помощью программы PASS [5]. Результаты прогноза, позволяющие предположить вероятность проявления биологической активности прогнозируемых соединений 1 и 2, представлены в табл. 1.
в программе Биоэврика [3]. В качестве модели фермента была использована структура из базы данных РББ (РББ ГО: 4М11) [8]. Заряды атомов лигандов рассчитывались квантово-химическим методом БРТ 6-31Ш р], предварительно проводилась оптимизация геометрии молекул методом 3-2Ю*. Процесс докинга проводился при температуре 300К (термостат Берендсена). Область моделирования сферической формы радиусом 1,7 нм включала в себя активный центр ЦОГ-2 и часть пространства, занятого молекулами воды. Длительность моделирования молекулярной динамики составляла 1000 нс. Лиганд располагался за пределами белка в водном окружении у входа в полость активного центра фермента. В процессе моделирования молекула лиганда проникала в активный центр и возвращалась в водную среду, что говорит об установлении динамического равновесия между его связанным и несвязанным состояниями. На рисунке 1 показаны расположение и геометрия молекул исследуемых веществ в активном центре ЦОГ-2.
Таблица 1
Прогноз биологической активности с использованием программы PASS
Вид активности Соединение 1 Соединение 2
Противовоспалительная 75 82
Агонист D2 дофаминовых рецепторов 75 52,4
Антиоксидантная 65 —
Анксиолитическая 56 60
Нейротропная 47 59
Pa в % характеризует проявление вероятной активности.
—--—-
~ 103 ~
—--—
Соединение 1 Соединение 2
А Б
Рис. 1. Расположение структур 1 (А) и 2 (Б) в активном центре фермента ЦОГ-2
Таблица 2
Теоретические и экспериментальные параметры связывания исследуемых веществ и препаратов сравнения с активным центром фермента ЦОГ-2
Вещество Средняя длительность связывания IC50, нМ IC50, нМ
(шифр) с активным центром ЦОГ-2, нс прогноз эксперимент (bindingdb.org)
Соединение 1 94,768 1567,8 —
Соединение 2 172,304 249,3 —
Индометацин 101,312 1353,2 826,2
Кеторолак 138,016 568,3 2694,4
Мелоксикам 165,824 294,5 334,7
Рофекоксиб 184,512 189,4 211,1
Вальдекоксиб 203,904 119,7 37,8
На основе данных о ван-дер-ваальсовом взаимодействии оценивалось среднее время связывания лигандов с аминокислотами активного центра Ьеи-531, РЬе-518 и Тгр-387 и теоретическая величина 1С50 [3].
Накоплен значительный экспериментальный материал, характеризующий 1С50 ряда лекарственных препаратов, который для сравнения с расчетными значениями приводится в табл. 2 [1]. Эти данные позволяют наглядно оценить величину связывания прогнозируемых соединений с селективными и неселективными ингибиторами ЦОГ-2, а также их соотношение и степень достоверности расчетов.
Из данных, приведенных в табл. 2, следует, что неселективные ингибиторы, такие как индоме-тацин и кетеролак, обладают меньшим взаимодей-
ствием ферментом ЦОГ-2, чем селективные ингибиторы — мелоксикам, рофекоксиб и вальдекок-сиб. По результатам расчетов можно сделать вывод о том, что соединение 2 обладает более выраженным сродством к активному центру фермента ЦОГ-2. Также результаты моделирования позволяют предположить более высокую избирательность ингибирования соединением 2 фермента ЦОГ-2 относительно ЦОГ-1, так как длительность связывания соединения 2 имеет значимое сходство с препаратами сравнения — избирательными ингибиторами ЦОГ-2.
Для подтверждения возможного влияния прогнозируемых структур на дофаминергических ме-диаторную систему исследовалось их взаимодействие с Б2-дофаминовыми рецептором. Определение энергии связывания в комплексе «лиганд-ре-
—--—-
~ 104 ~
цептор» осуществлялось при помощи программы Autodock 4.0 путем выявления энергетически выгодных расположений лигандов в сайтах связывания рецептора. В процессе докинга учитывалась конформационная подвижность 13 аминокислот сайта связывания дофаминового рецептора и ли-ганда [2]. Докинг осуществлялся на основе дофаминового рецептора, который был получен из базы данных протеинов Swiss-Port Швейцарского института биоинформатики. Наиболее вероятные энергии связывания дофамина, соединений 1 и 2 с Б2-дофаминовым рецептором равны 18,91 ккал/ моль, 21,5 ккал/моль, 20,94 ккал/моль, соответственно. Анализ полученных данных (см. табл. 2) свидетельствует о том, что все прогнозируемые структуры характеризуются высоким сродством с D2-
дофаминовому рецептору и могут являться агони-стами. В качестве примера на рис. 2, 3 приведены «лигавд-рецепгорный» комплекс дофамина и соединения 1 с Б2-дофаминовым рецептором.
Синтез 1-[2-(3,4-дигидроксифенил)этил]-2,6-диметил-5-фенил-1Н-пиримидин-4-она осуществляли путем взаимодействия эквимолярных количеств К-ацетил-2-фенилацетоацетамида и 2-(3,4-дигидроксифенил)-этиламина гидробромида в среде ледяной уксусной кислоты с прибавлением каталитических количеств диметилформамида (ДМФА) в течение 1,5 часов [7]. В реакционную среду добавляли натрия ацетат для депротонирования исходного амина. Схема синтеза представлена на рис. 3.
Рис. 2. «Лиганд-рецепторный» комплекс соединения дофамина с D2-дофаминовым рецептором
Рис. 3. «Лиганд-рецепторный» комплекс соединения 1 с D2-дофаминовым рецептором
OH
AcOH, DMF
CH3COONa
PDMDopha
Рис. 3. Схема синтеза соединения 1
OH
OH
~ 105 ~
3
—--—
AcOH, DMSO CH3COONa
IQDopha Рис. 4. Схема синтеза соединения 2
Получение 2-бензоиламино-К-[2-(3,4-дигид-роксифенил)этил]бензамида проводили путем взаимодействия 2-фенил-3,1-бензоксазинона-4 с 2-(3,4-дигидроксифенил)-этиламина гидробромида в среде ледяной уксусной кислоты и ДМСО. В реакционную среду прибавляют ацетата натрия с целью образования основания исходного амина. Схема синтеза представлена на рис. 4.
Таким образом, на основе предварительного прогноза биологической активности, осуществлен целенаправленный синтез соединений 1 и 2, предположительно обладающих противовоспалительным действием и дофамнергической активностью. С целью подтверждение достоверности результатов молекулярного конструирования на данном этапе исследования, осуществляется изучение фармакологических свойств синтезированных соединений.
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ в рамках проектной части государственного задания в сфере научной деятельности (проект № 4.196.2014/К) с использованием оборудования ЦКП «Молекулярная спектроскопия» Южного федерального университета.
ЛИТЕРАТУРА
1. База данных афинности [Электронный ресурс]. URL: www.bindingdb.org.
2. Молекулярный докинг лигандов глутаматных рецепторов / М.С. Беленикин [и др.] // Вестник Московского университета. Серия 2: Химия. 2002. Т. 43. № 4. С. 221—230.
3. Изучение взаимодействия соединений 1 и 2 с активным центром циклооксигеназы-2 методом молекулярной динамики / Т. А. Гендугов [и др.] // Электронный научный журнал «Современные проблемы науки и образования». 2015. № 2-2. URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=22796 (дата обращения: 14.06.2016).
4. Кодониди И.П. Молекулярное конструирование и целенаправленный синтез n-производных 1,3-диази-нона-4: дис. ... докт. фармац. наук. Пятигорск, 2011.
5. Компьютерное прогнозирование спектра биологической активности химических соединений по их структурной формуле: система PASS / Д. А. Филимонов [и др.] // Экспериментальная и клиническая фармакология. 1995. Т. 58. № 2. С. 56.
6. Молекулярное конструирование, целенаправленный синтез и антигипоксическая активность N-арил-производных 1,3-диазинона-4 / И.П. Кодониди [и др.] // Разработка, исследование и маркетинг новой фармацевтической продукции: сборник научных трудов. Пятигорск, 2007. Вып. 62. С. 305—307.
—--—-
~ 106 ~
7. Реакции конденсации Р-кетоамидов / Ю.И. Ря-бухин [и др.] // Областное совещание по физической и органической химии с участием вузов Северного Кавказа (1; 1989; Ростов-на/Дону): тезисы докладов. Ростов-на/Дону, 1989. С. 42—43.
8. Xu S. et al. Oxicams Bind in a Novel Mode to the Cyclooxygenase Active Site via a Two-water-mediated H-bonding Network. (2014) J. Biol. Chem. 289: 6799— 6808.
FORECAST AND SYNTHESIS OF NEW DERIVANTS OF 1,3-DIAZINON-4 AND THEIR ACYCLIC PREDECESSORS RECEIVED ON THE BASIS OF DOPAMINE
I.S. Lugovoi1, I.P. Kodonidi1, A.A. Glushko1, A.F. Bandura1, A.A. Bicherov2
1 Pyatigorsk Medical and Pharmaceutical Institute a branch of Volgograd State Medical University Russia Pyatigorsk, Russian Federation 2Scientific Research Institute
of Physical and Organic Chemistry of Southern Federal University Rostov-on-Don, Russian Federation
Annotation. The structure of the kernel of 1,3- diazinon-4 on is similar to endogenous biological connections. It allows to predict a wide range of pharmacological activity, in particular, antiinflammatory and dofaminergichesky activity. Research objective is molecular model operation and targeted synthesis of new derivants a 1H-pyrimidine-4-one it and amides of o-aminobenzoic acid. New target structures of derivants a 1H-pyrimidine-4-one and amides of aminobenzoic acid (acyclic predecessors hinazolinon-4) were proved by means of logiko-structural approach during researches. The preliminary analysis of pharmacological properties of the predicted structures by means of the PASS programs was carried out, BIOEVRIKA, Autodock 4.0 also are selected the most perspective connections revealed during the computer forecast. We carried out targeted synthesis of the most perspective connections: 1-[2-(3,4-dihydroxyphenyl)aethylium]-2,6-dimethyl-5-phenyl-1H-pyrimidine-4 -one and 2-benzoilamin-N-[2-(3,4 dihydroxyphenyl)ethyl]benzamide.
Key words: molecular designing, derivatives of 1,3-diazinon-4,4-oxopyrimidine, amide o-petrolylaminobenzole acid, COX-1 and COX-2, antiinflammatory activity, dopamine, dopaminergic action, docking, targeted synthesis.
REFERENCES
1. Database of affinity. Available at: www. bindingdb.org. Heading from the screen.
2. Belenikin M.S. et al. Molecular docking of ligands of glutamate receptors. Vestnik Moskovskogo universiteta, series 2: Chemistry, 2002, vol. 43, no. 4, pp. 221—230. (in Russian)
3. Gendugov T.A. et al. Studying of interaction of connections 1 and 2 with the active site of cyclooxyge-nase-2 by method of molecular dynamics. Ehlektronnyj nauchnyj zhurnal "Sovremennye problemy nauki i obrazo-vaniya", 2015, no. 2-2. Available at: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=22796 (Accessed 14th June 2016) (in Russian)
4. Kodonidi I.P. Molecular designing and purposeful synthesis of n-derivatives of 1,3-diazinone-4: thesis of the doctor of pharmaceutical sciences. Pyatigorsk, 2011. (in Russian)
5. Filimonov D.A. et al. Computer forecasting of a range of biological activity of chemical compounds on their structural formula: PASS system. Ehksperimental'naya i klinicheskaya farmakologiya»,1995, vol. 58, no 2, pp. 56. (in Russian)
6. Kodonidi I.P. et al. Molecular designing, purposeful synthesis and anti-hypoxemic activity of N-arylderiva-tives of l,3-diazinon-4. Razrabotka, issledovanie i marketing novoj farmacevticheskoj produkcii: sbornik nauchnyh trudov. Pyatigorsk, 2007, issue 62, pp. 305—307. (in Russian)
7. Ryabukhin Yu. I. et al. Reactions of condensation of P-ketoamid. Oblastnoe soveshchanie po fizicheskoj i or-ganicheskoj himii s uchastiem vuzov Severnogo Kavkaza (l; 1989; Rostov-na/Donu.): tezisy dokladov. Rostov-on-Don, 1989, pp. 42—43. (in Russian)
8. Xu S. et al. Oxicams Bind in a Novel Mode to the Cyclooxygenase Active Site via a Two-water-mediated H-bonding Network. (2014) J. Biol. Chem. 289: 6799—6808.
