CC BY
40
УДК 547.514.472:582.657.24
РОСТРЕГУЛИРУЮЩЕЕ ДЕЙСТВИЕ ПРИРОДНЫХ И СИНТЕТИЧЕСКИХ 2-АЦИЛЦИКЛОПЕНТ-4-ЕН-1,3-ДИОНОВ И ИХ ПРОИЗВОДНЫХ НА ПРОРОСТКИ FAGOPYRUM ESCULENTUM
© Е.А. Дёмина , О.П. Шестик, В.Л. Новиков, М.М. Анисимов
Тихоокеанский институт биоорганической химии ДВО РАН, пр. 100 лет Владивостоку, 159, Владивосток, 690022 (Россия) E-mail: [email protected]
изучено влияние природных и синтетических циклопентеновых р,р’-трикетонов и их производных на рост корня проростков Fagopyrum esculentum Moench. Показано, что природный циклопентеновый р,р’-трикетон корусканон В и его метиловый енольный эфир корусканон А обладают рострегулирующей активностью в отношении проростков F. esculentum. Выяснено, что структурные особенности циклопентеновых р,р’-трикетонов в значительной мере определяют уровень их рострегулирующего действия. Среди синтетических аналогов корусканонов А и В обнаружены эффективные ингибиторы роста корня проростков F. esculentum.
Ключевые слова: циклические в,в ’-трикетоны, корусканоны А и В, 2-ацетилциклопентан(ен)-1,3-дионы, Fagopyrum esculentum Moench., проростки, ингибирующее действие, стимулирующее действие, рост корня.
Работа выполнена при финансовой поддержке грантов Дальневосточного отделения Российской академии наук № 06-III-A-05-120 и № 06-II-CX-05-002.
2-ацилциклопент-4-ен-1,3-дионы очень редко встречаются в природе и образуют одну из самых малочисленных групп вторичных метаболитов высших растений. К настоящему времени выделено только четыре свободных трикетона этого типа: калитрон 1 [1], линдерон 2 [2], луцидон 3 [3] и корусканон В 4 [4, 5]. Эти соединения, а также их природные метиловые енольные эфиры метиллиндерон 5, метиллуцидон 6 и корусканон А 7 проявляют высокую активность в отношении патогенных микроорганизмов, опухолевых клеток различных линий и некоторых ферментов человека [4, 6, 7].
Введение
O
O
O
1 Калитрон
2 Линдерон R1=R2=OMe 5 Метиллиндерон R1=R2=OMe
3 Луцидон R1=OMe, R2=H б Метиллуцидон R1=OMe,R2=H
4 Корусканон В R1=Me, R2=H 7 Корусканон А R1=Me, R2=H
* Автор, с которым следует вести переписку.
108
Е.А. Дёмина, О.П. Шестак, В.Л. Новиков, М.М. Анисимов
Синтетические циклопентеновые в,в ’-трикетоны 8-14, которые можно рассматривать как простейшие структурные аналоги природных в,в ’-трикетонов, также привлекают внимание своим высоким химическим и биологическим потенциалом.
В растворах полярных растворителей в,в -трикетоны 8-14 полностью енолизированы и существуют в виде хелатов с прочной внутримолекулярной водородной связью. Являясь активными комплексообразова-телями, они способны связывать ионы микроэлементов, регулирующих активность металлозависимых ферментов (например, карбоксилазы, полипептидазы, аминопептидазы, лецитиназы, аргиназы, М^2+-зависимой АТФазы и других ферментов).
Сопряженная 4(5)-двойная связь трикетонов 8-14 обусловливает их способность участвовать в качестве активных акцепторов нуклеофильных функциональных групп (8И, КИ) биологических молекул в реакциях сопряженного присоединения, по Михаэлю [8].
К
Я
О
О
8 Я1=Я2=Н
9 Я1 =Ме, Я2= И
10 Я1= С1, Я2= И
11 Я1= Бг, Я2= И
12 Я1=Я2=Ме
13 Я1= С1, Я2= Ме
14 Я1=Я2=С1
15 Я1 =Ме, Я2= И
16 Я1=Я2=С1
О
О
Ме
17
О
18
Трикетоны 8-14 и некоторые их производные проявляют высокую антибактериальную, антивирусную и цитотоксическую активности, а также ингибирующее действие в отношении некоторых ферментов [8-10]. Сообщалось также, что трикетон 18 является ингибитором соевой уреазы [11].
Действие природных соединений 1-7 на растения, в частности на рост проростков, не изучалось. Для трикетонов 9 и 14 было показано ингибирующее действие на рост корня проростков Сиситг^' 8сйп>ш Ь. [12].
Цель данной работы - изучить влияние циклопентеновых в,в -трикетонов 4, 8-14, метиловых енольных эфиров 7, 15, 16 и родственных им трикетонов 17-19 на рост главного корня проростков Fсgopyrum е^сикп-Шт МоепсИ.
Экспериментальная часть
Природный циклопентеновый в,в -трикетон корусканон В 4 и его метиловый енольный эфир корусканон А 7 получали из цитраконового ангидрида в соответствии с описанными методиками [13]. 2-ацетил-циклопент-4-ен-1,3-дионы 8-14 получали ацилированием изопропенилацетата соответствующими малеино-выми ангидридами, а трикетоны 18 и 19 - ацилированием изопропенилацетата янтарным и итаконовым ангидридами соответственно [8]. Метиловые енольные эфиры трикетонов 15 и 16 получали взаимодействием 2-ацетилциклопент-4-ен-1,3-дионов 9 и 14 с диазометаном [14, 15].
В качестве биологического теста использовали семена гречихи Fсgopyrum е&си1еПит ЫоепсН. сорта Изумруд, полученные из Приморского научно-исследовательского института сельского хозяйства РАСХН, Уссурийск (Россия).
Рострегулирующую активность определяли, как описано Новиковым и соавт. [12]. Навески исследуемых веществ растворяли в соответствующем объеме диметилсульфоксида (ДМСО). Затем растворы трикетонов в ДМСО разбавляли дистиллированной водой до получения растворов концентрации 100,0 мкг/мл. Концен-
трация ДМСО в конечных растворах не превышала 0,3%. Растворы меньших концентраций получали методом дальнейшего разведения.
Семена раскладывали на полосы фильтровальной бумаги (12*42 см), предварительно смоченной водным раствором исследуемых веществ различной концентрации, свертывали в рулоны и помещали в стаканы с растворами испытуемых веществ (145 мл). Семена инкубировали в термостате при температуре 27 оС в течение трех суток. Контролем служили проростки, полученные из семян, пророщенных в дистиллированной воде.
После инкубирования у проростков измеряли длину главного корня. Результаты испытаний, полученные как среднее арифметическое четырех повторных опытов (по 25 семян в каждом), представляли в виде отношения длины главного корня опытных проростков к средней длине главного корня контрольных проростков в процентах. Для сравнения действия различных циклопентановых в, в ’-трикетонов рассчитывали значения молярной концентрации вещества, вызывающей 50%-ное ингибирование роста корня проростков используемой культуры (ЭДзд).
Для статистической обработки полученных данных использовали компьютерную программу ORIGIN 7.0. Результаты представляли в виде среднего арифметического с указанием статистической ошибки (±SE).
Обсуждение результатов
Полученные данные о влиянии циклопентановых в,в -трикетонов на рост главного корня проростков F. esculentum представлены в таблице.
Наиболее активным ингибитором из всех изученных соединений оказался 2-ацетил-4,5-дихлороцикло-пент-4-ен-1,3-дион 14, а наименее активным - насыщенный 2-ацетилциклопентан-1,3-дион 18. Сопоставление активности соединений 9 и 14 в отношении проростков F. esculentum и С. sativus [12] показало, что проростки гречихи F. esculentum более чувствительны к действию изученных трикетонов.
Наличие достаточного количества соединений позволило нам выявить зависимость ингибирующего действия от структуры веществ. Как видно из таблицы, важную роль в проявлении этими соединениями ингибирующего действия играет двойная связь в положении 4(5). Удаление ее из структуры значительно снижает активность трикетонов, что видно из сопоставления значений концентраций, при которых происходит ингибирование роста корня проростков на 50% (ЭДзд), для соединений 8 и 18. В меньшей степени этот эффект был заметен при сопоставлении значений ЭД50 для корусканона В 4 и его 4,5-дигидроаналога 17, однако в этом случае нивелирующее действие могла оказать метоксигруппа при С-4.
Еще более снижает активность соединений сдвиг двойной связи при С-4 из цикла в боковую цепь, что видно из сопоставления значений ЭД50 трикетонов 9 и 19. Существенно влияют на уровень активности изученных соединений природа заместителей при двойной связи в положениях 4 и 5 и их число.
Влияние циклопентановых в,в -трикетонов на рост главного корня проростков Fagopyrum esculentum Moench.
Вещество ЭД50 х10'5 M* Концентрация, мкг/мл
0 0,001 0,01 0,1 1,0 10,0 100,0
Длина главного корня проростков, % к контролю
4 > 46,3 100±1 111±1 114±1 112±2 115±3 105±1 76±3
7 35,7±1,0 100±2 106±1 101±3 106±2 102±2 S7±1 40±1
8 44,2±1,1 100±6 100±7 10S±3 120±4 103±4 91±3 16±1
9 20,9±4,6 100±4 101±3 107±1 101±6 97±5 72±4 15±1
10 33,0±1,2 100±6 99±3 103±6 101±4 95±2 90±4 13±1
11 19,8±1,0 100±2 101±3 92±1 95±2 94±1 73±3 11±1
12 25,6±0,9 100±2 107±2 107±2 96±2 107±3 65±1 23±3
13 35,0±0,6 100±4 100±3 99±4 96±5 93±5 92±3 24±1
14 15,1±3,5 100±4 98±4 103±1 97±2 100±2 64±6 11±1
15 51,4±1,1 100±5 107±1 103±2 111±2 105±5 95±2 31±1
16 22,9±1,1 100±3 104±2 106±1 111±2 104±1 72±2 17±1
17 > 42,9 100±2 95±2 101±2 101±2 103±2 100±3 61±1
18 64,5±3,0 100±1 95±3 92±4 97±4 92±5 91±2 45±3
19 50,3±1,7 100±2 10S±1 109±5 104±2 102±3 104±S 31±2
*Концентрация, вызывающая 50%-ное ингибирование роста корня проростков.
110
Е.А. Дёмина, О.П. Шестак, В.Л. Новиков, М.М. Анисимов
Природа ацильного радикала при С-2 также очень важна для проявления 2-ацилциклопент-4-ен-1,3-дионами рострегулирующей активности. Природный трикетон корусканон В 4 с циннамоильной группой при С-2 показал более слабое ингибирование роста корня проростков F. esculentum, чем его аналог 9 с ацетильной группой.
Конверсия свободных трикетонов в метиловые енольные эфиры неоднозначно сказывается на активности полученных производных. Из сравнения значений ЭД50 для соединений 4 и 7 видно, что эта конверсия приводит к увеличению ростингибирующей активности. В то же время метиловые енольные эфиры 15 и 16 оказались менее активными, чем свободные трикетоны 9 и 14 соответственно.
Особое внимание следует уделить действию трикетонов 4 и 8, которые в концентрации 10,0 мкг/мл и выше действовали как ингибиторы роста корня проростков F. esculentum, а в концентрации 0,01-1,0 мкг/мл заметно стимулировали их рост. Подобная зависимость типа действия от концентрации отмечалась ранее для многих групп регуляторов роста растений [16]. Механизм стимулирующего действия корусканона В 4 и трикетона 8 на рост корня проростков F. esculentum в настоящее время неясен. Этот эффект может быть вызван как увеличением количества клеток корня, так и удлинением самих клеток корня без увеличения их числа, или обоими процессами одновременно.
Выводы
Впервые показано, что природные циклопентеновые в,в -трикетоны и их метиловые енольные эфиры обладают рострегулирующей активностью в отношении проростков Fagopyrum esculentum. Выяснено, что структурные особенности циклопентеновых в,в -трикетонов в значительной мере определяют уровень их рострегулирующего действия. Среди синтетических аналогов корусканонов А и В обнаружены эффективные ингибиторы роста корня проростков F. esculentum.
Список литературы
1. Birch A.J. P-Triketones. Part 1. The structures of angustione, dehydroangustione, calythrone, and flavaspidic acid // J. Chem. Soc. 1951. №11. P. 3026-3030.
2. Kiang A.K., Lee H.H., Sim K.Y. The structure of linderone and methyl-linderone // J. Chem. Soc. 1962. №11. P. 4338-4345.
3. Lee H.H. The structure of lucidone and methyl-lucidone // Tetrahedron Lett. 1968. V. 9. №40. P. 4243-4246.
4. Li X.-C., Ferreira D., Jacob M.R., Zhang Q. etc. Antifungal cyclopentenediones from Piper coruscans // J. Am. Chem. Soc. 2004. V. 126. №22. P. 6872-6873.
5. Facundo V.A., Sa A.L., Morais S.M., Matos C.R.R., Braz-Filho R. Three new natural cyclopentenediones derivatives from Piper carniconnectivum // J. Braz. Chem. Soc. 2004. V. 15. №1. P. 140-145.
6. Aoyama Y., Konoike T., Kanda A., Naya N., Nakajima M. Total synthesis of human chimase inhibitor methyllinderone and structure - activity relationships of its derivatives // Bioorg. Med. Chem. Lett. 2001. V. 11. №13. P. 1695-1697.
7. Oh H.-M., Choi S.-K., Lee J.M., Lee S.-K., etc. Cyclopentenediones, inhibitors of farnesyl protein transferase and antitumor compounds, isolated from the fruit of Lindera erythrocarpa Makino // Bioogr. Med. Chem. 2005. V. 13. №22. P. 6182-6187.
8. Шестак О.П., Новиков В.Л., Стехова С.И., Горшкова И.А. Синтез и биологическая активность некоторых 2-ацетилциклопент-4-ен-1,3-дионов // Химико-фармацевтический журнал. 1999. Т. 33. №1. С. 18-21.
9. Шестак О.П., Новиков В.Л., Прокофьева Н.Г., Чайкина Е.Л. Синтез и цитотоксическая активность 2-ацетил-циклопент-4-ен-1,3-дионов и их производных // Химико-фармацевтический журнал. 1999. Т. 33. №12. С. 5-8.
10. Лапшина Л.А., Шестак О.П., Реунов А.В., Новиков В.Л., Анисимов М.М. Антивирусная активность некоторых аналогов природных циклопентеновых в, в '-трикетонов // Растительные ресурсы. 2006. Вып. 1. С. 107-113.
11. Tarun E.I., Rubinov D.B., Metelitza D.I. Inhibition of urease by cyclic P-triketones and fluoride iones // Appl. Biochem. Microbiol. 2004. V. 40. №4. P. 337-344.
12. Новиков В.Л., Шестак О.П., Логачев В.В., Анисимов М.М. Влияние некоторых синтетических аналогов природных (циклопентеновых) в, в -трикетонов на рост корня проростков (на примере Cucumis sativus L.) // Растительные ресурсы. 2003. Вып. 4. С. 87-94.
13. Babu K.S., Li X.-C., Jacob M.R., Zhang Q., etc. Synthesis, antifungal activity and structure-activity relationships of coruscanone A analoques // J. Med. Chem. 2006. V. 49. P. 7877-7886.
14. Новиков В.Л., Шестак О.П., Камерницкий А.Б., Еляков Г.Б. // Изв. АН СССР, сер. хим. 1981. Вып. 1. С. 236.
15. Патент РФ №1549017. Производные хлорированного циклопентеноидного трикетона, проявляющие антимикробную активность / В.Л. Новиков, О.П. Шестак, С.И. Стехова // 1993. БИ. 1996. Вып. 21. С. 264.
16. Давидянц Е.С., Нежина Л.П., Нежин И.В. Влияние тритерпеновых гликозидов Silphium perfoliatum L. на рост проростков гороха и пшеницы // Растительные ресурсы. 2001. Т. 37. Вып. 1. С. 93-97.
Поступило в редакцию 13 февраля 2008 г.
После переработки 19 мая 2008 г.
