CC BY
19
УДК 577.121:616-006.4 М.А. ЯРОВАТАЯ
кандидат биологический наук, доцент, кафедра общей, биологической, фармацевтической химии и фармакогнозии, Орловский государственный университет А.А. ТАКАНАЕВ
доктор биологических наук, профессор, кафедра общей, биологической, фармацевтической химии и фармакогнозии, Орловский государственный университет Е.И. ЮШКОВА
доктор биологический наук, профессор, кафедра общей, биологической, фармацевтической химии и фармакогнозии, Орловский государственный университет E-mail: kin1@oreI.ru
UDC 577.121:616-006.4
M.A. YAROVATAYA
Candidate of biological sciences, Associate Professor, Department of General, Biological, Farmaceutical Chemistry and Farmacognosy, Orel State University E-mail:maya0330@mail.ru A.A. TAKANAEV
Dосtor of biological sciences, Professor, Department of General, Biological, Farmaceutical Chemistry and Farmacognosy, Orel State University EI. YUSHKOVA
Doctor of biological sciences, Professor, Department of General, Biological, Farmaceutical Chemistry and Farmacognosy, Orel State University E-mail:kin1@orel.ru
ИЗУЧЕНИЕ N-ГАЛОИДАЛКИЛАМИНОВ КАК ОСНОВА ЭЛЕКТИВНОГО КУРСА ПО БИОХИМИИ «МЕХАНИЗМЫ ПАТОГЕНЕЗА БОЛЕЗНЕЙ»
THE STUDY OF N-ALKYLHALIDESAMINES AS THE BASIS OF THE ELECTIVE COURSE IN BIOCHEMISTRY "MECHANISMS OF DISEASE PATHOGENESIS"
В статье представлены данные о метаболизме N-галоидалкиламинов в нормальных и в опухолевых клетках. Данная работа предназначена для студентов лечебного и фармацевтического отделения МИ ОГУ как один из разделов методического пособия, так как будущему лечащему врачу и провизору важно ознакомиться с принципами управления судьбой лекарственного вещества в организме и его биотрансформацией в норме и патологии.
Ключевые слова: нитрозоамины, N-галоидалкиламины, алкилирующие агенты, противоопухолевая активность, канцерогенная активность, биотрансформация.
The article describes the metabolism of N- alkyl halides amines in normal and tumor cells. This article is written for the students of the General medicine and Pharmaceutical departments of the MI OSU (Medical Institute of the Orel State University); it is a part of the learning guide and it will help future physicians and pharmaceutists to get the idea of the methods to control the effects of pharmaceutical drugs in the human body and their biotransformation both normal and pathological.
Keywords: nitrosamines, N-alkyl halides amines, alkylating agents, antineoplastic activity, carcinogenic activity, biotransformation.
Для понимания роли алкилирования в реализации биологической активности производственных аминов большое значение имеет исследование еще одного класса алкилирующих соединений галоидалкиламинов. В отличие от нитрозаминов, которые становятся алкили-рующими агентами только после ряда метаболических превращений, галоидалкиламины относятся к классическим алкилаторам прямого действия[ 2]. Высокая биологическая активность галоидалкиламинов связана с их способностью к диссоциации в водных растворах с образованием карбониевых ионов, которые активно реагируют с ионизированными кислотными, тиольны-ми группами и незаряженнными аминогруппами нуклеиновых кислот и белков. Обычно алкилирующие агенты действуют по SN2-механизму, включающему
образование промежуточного комплекса, но в ряду галоидалкиламинов, содержащих ароматический азот, могут действовать по SN1- механизму, в котором стадией,лимитирующей скорость, является ионизация с образованием карбониевого иона [3].
Бифункциональные алкилирующие агенты образуют ковалентные сшивки между основаниями одной и той же цепи или комплементарными основаниями нуклеотидных цепей нативной ДНК, а также между ДНК и ядерными белками. В связи с тем, что алкилирующие агенты реагируют со многими биологическими молекулами, изучение механизма цито-токсичности затруднено. Наиболее чувствительным участком в клетке является ДНК, алкилирование которой ведет к нарушению матричных функций в про-
© М.А. Яроватая, А.А. Таканаев, Е.И. Юшкова © M.A.Yarovataya, A.A. Takanaev, E.I. Yushkova
Ученые записки Орловского государственного университета. №6 (69), 2015 г. Scientific notes of Orel State University. Vol. 6 - no. 69. 2015
цессе репликации и транскрипции. По другой гипотезе, основными мишенями являются гликолитические пути метаболизма, клеточные мембраны, нуклеопротеи-ны и цАМФ-фосфодиэстеразы. Попадая в организм, галоидалкиламины взаимодействуют с нуклеофиль-ными центрами не только опухолевых клеток, но и нормальных, повреждая и те и другие. Поэтому терапевтический эффект зависит от степени повреждения нормальных и опухолевых клеток. Биохимические и клеточно-кинетические свойства опухоли, снабжение её кровью, место новообразования в организме - это те факторы, которые определяют её чувствительность к химиотерапии. Степень противоопухолевого эффекта алкилирующих агентов определяется также распределением по тканям, кинетикой выведения и деструкции, дифференцированным метаболизмом в нормальной и опухолевой клетке и возможностью репарации поврежденных макромолекул. Немаловажную роль в селективности галоидалкиламинов имеет качественный спектр энзимов в органе, пораженном опухолью. Например, в первичной опухоли наблюдается высокая активность азо-редуктазы, которая может повреждать нецитокси-ческийазоиприт в химически реакционноспособный и высокоцитотоксический амин, который нестоек и ги-дролизуется, не достигнув костного мозга.
Аналогичные результаты получены при исследовании ароматического галоидалкиламина - производного анилина, который превращается в пара-о-глюкуронид в печени и затем гидролизуетсядо высокотоксичного пара-гидроксианилингалоидалкиламина в опухолевых клетках с аномально высоким уровнем глю -куронидазы. Отсутствие каких-либо ферментов в раковых клетках также может сделать их чувствительными к химиотерапии.
После длительных исследований выяснилось, что высокая селективность циклофосфана связана с его ги-дроксилированием в печени до 4-гидроксициклофос-фана, который находится в равновесии с таутомерным альдегидом - альдоциклофосфаном.
Х-/" р__
/ - NH
- СН,СН,С1
СН,СН,С1
\ f R _
/ NH
I
■ СН,СН,С|
СНаСНгС|
Из-за низкого уровня дегидрогеназ в опухолевых клетках альдегидная форма подвергается химической Р-элиминации с образованием цитотоксичногофтора-
мидного производного.
Особое положение в ряду «алкилирующих метаболитов» занимает сарколизин, который вызывает расстройство системы энергообмена опухолевых клеток. Кроме того, под действием сарколизина нарушаются процессы транспорта аминокислот в опухолевые клетки и ингибируется система ферментов катаболизма.
С1Н,СН,С
С1Н.СН-С
Видимо, структура фенилаланина - носителя ал-килирующего препарата - имеет значение в процессах распределения вещества в организме, активного переноса через мембраны, катаболического распада и, возможно, при взаимодействии алкилатора с рецептором.
Синтез и изучение таких веществ, где алкилирую-щий фрагмент присоединен к различным органическим молекулам, привел к созданию целого ряда алкилирую-щих препаратов, предложенных для лечения больных злокачественными новообразованиями. Они обладают исключительно высокой и разносторонней биологической акитивностью, в частности, выраженным противоопухолевым и мутагенным действием.
Ранее отмечалось [5], что гидролиз ^нитрозомочевины инициируется отрывом протона от ненитрозированного атома азота. Подтверждением этого механизма служит стабильность незамещенных ^нитрозомочевин, которые не токсичны по отношению к культуре опухолевых клеток и проявляют биологическую активность только после метаболического деалкилирования ферментами печени. Например, в случае ^метил-Ы-нитрозомочевины образуется ион диазония и изоциановая кислота - соединения, способные метилировать и карбомоилировать биологические макромолекулы.
Именно алкилирующая, а не карбомоилирую-щая активность существенна для проявления противоопухолевого эффекта. Карбомоилирование также косвенно вносит свой вклад в цитотоксическую и противоопухолевую активность нитрозомочевины путем ингибирования процессов репарации ДНК, поврежденной и ионизирующей радиации или алкилирующими агентами.
Поэтому клинические алкилнитрозомочевины, как правило, характеризуются наличием в молекуле 2-хло-рэтильной группы при нитрозированном азоте и монозамещением у другого азота группами, определяющими различные химические свойства.
I
- CH.CH.CI
- CHjCHJCI
а) 1,3-бис-(2-хлорэтил-1-нитрозомочевина);
б) 1-(2-хлорэтил)-3-(4-метил)-циклогексил-1-нитрозомочевина.
Их биологический эффект обусловлен отрывом протона, инициирующего разложения молекулы на ал-килирующие и карбомоилирующие части.
Можно предположить, что (2-галлоидэтил) диазо-тат первоначально алкилирует О6 гуанидинового остатка ДНК с последующей циклизацией при № с потерей галогена.
Алкилирование этим промежуточным циклом №-сопряженного цитозинового остатка приводит к ДНК, сшитой 1-(№-деоксицитидил)-2-(№
- деоксигуанозил)-этаном.
о
ферменг репарации
ДНК t_ ДНК'
Необходимо добавить, что для многих галоидал-киламинов установлена положительная корреляция между накоплением лекарств в опухоли и их терапевтической эффективностью. Кроме того, противоопухолевые и токсические эффекты галоидалкиламинов наряду с их химической специфичностью по отношению к молекулам-мишеням опухолевых и нормальных клеток во многом также зависят и от их концентрации, и от времени их действия.
Поэтому фармакокинетические и фармакодинами-ческие параметры являются следующим необходимым звеном в поэтапном исследовании и создании противораковых препаратов этого типа.
Следует отметить, что часть теоретического и экспериментального материала этих и предыдущих работ успешно используется при чтении курса лекций по биохимии и проведении практических семинаров для студентов лечебного и фармацевтического отделений медицинского института ОГУ
Библиографический список
1. Таканаев А.А., Юшкова Е.И., Яроватая М.А. Исследование биологической активности гетероциклических нитрозаминов // Научный журнал «Ученые записки Орловского государственного университета», №3 (59), 2014. С.129-130.
2. Таканаев А.А., Юшкова Е.И., Яроватая М.А Исследование биотрансформацииЫ-нитрозоаминов и их производных// Научный журнал «Ученые записки Орловского государственного университета», №7 (63), 2014. С. 305.
3. Таканаев А.А., Павловская Н.Е., Юшкова Е.И., Яроватая М.А., Лушников А.В. Исследование биологической активности N-галоидалкиламинов// Научный журнал «Ученые записки Орловского государственного университета», №7 (63),2014. С.223-225.
4. Таканаев А.А., Юшкова Е.И., Яроватая М.А. Некоторые аспекты биотрансформации N-нитрозосоединений// Научный журнал «Ученые записки Орловского государственного университета», № 4 (67),2015. С.405-406.
5. ЯроватаяМ.А., ТаканаевА.А., ЮшковаЕ.И. Метаболизм гетероциклических N-нитрозаминов// Научный журнал «Ученые записки Орловского государственного университета», № 4 (67),2015. С.424-425.
6. http://www.medfrance.ru/onco/nitrate/nitrozamines/
References
1. TakanaevA.A., Yushkova E.I., YarovatayaM.A. Biological activity geterocyclic nitrosamines studies//Scientific notes of Orel State University. Vol. 3 - no. 59. 2014, Pp. 129-130.
2. TakanaevA.A., YushkovaE.I., YarovatayaM.A. Biotransformation studies ofN-nitrosamines and their derivatives// Scientific notes of Orel State University. Vol. 7 - no. 63. 2014, P. 305.
3. TakanaevA.A., PavlovskayaN.E., YushkovaE.I., YarovatayaM.A., LushnikovA.V. N- alkyl halides amines biological activity stud-ies//Scientific notes of Orel State University. Vol. 7 - no. 63. 2014, Pp. 223-265.
4. Takanaev A.A., Yushkova E.I., Yarovataya M.A. Some aspects of N-nitrosocompounds biotransformation //Scientific notes of Orel State University,№ 4 (67), 2015. Pp. 405-406.
5. Yarovataya M.A., Takanaev A.A., Yushkova E.I. Metabolism of geterocyclicN-nitrosamines //Scientific notes of Orel State University,№ 4 (67), 2015. Pp. 424-425.
6. http://www.medfrance.ru/onco/nitrate/nitrozamines/
