CC BY
4
УДК 547; 577.19
Лифинцева А.А., Борискина М.В., Калистратова А.В., Ощепков М.С., Иванова М.С., Акимов М.Г., Коваленко Л.В.
СИНТЕЗ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ О-ОКСАМОИЛЭТИЛЗАМЕЩЕННЫХ N-АРИЛКАРБ АМАТОВ
Лифинцева Анастасия Александровна, студент 3 курса бакалавриата факультета химико-фармацевтических технологий и биомедицинских препаратов, Москва, Россия; e-mail: [email protected]
Борискина Мария Витальевна, студент 4 курса бакалавриата факультета химико-фармацевтических технологий и биомедицинских препаратов, Москва, Россия;
Калистратова Антонида Владимировна, к.х.н., доцент кафедры химии и технологии биомедицинских препаратов;
Ощепков Максим Сергеевич, д.х.н., зав. кафедрой химии и технологии биомедицинских препаратов; Иванова Мария Сергеевна, аспирант кафедры химии и технологии биомедицинских препаратов; ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Россия, Москва, 125047, Миусская площадь, дом 9;
Акимов Михаил Геннадьевич, к.х.н., с.н.с., ФГБУН Института биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, Россия, Москва, 117997, ул. Миклухо-Маклая, д. 16/10 Коваленко Леонид Владимирович, д.х.н., профессор кафедры химии и технологии биомедицинских препаратов, ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Россия, Москва, 125047, Миусская площадь, дом 9.
В статье приведен синтез аналогов картолина-2 на основе щавелевой кислоты - О-оксамоилэтилзамещенных^-арилкарбаматов. Полученные соединения были испытаны рострегуляторную активность антистрессового действия на растениях, а также на антиоксидантную и противораковую активность на животных клетках.
Ключевые слова: арилзамещенные карбаматы, регуляторы роста растений, антиоксиданты, оксаматы.
SYNTHESIS AND BIOLOGICAL ACTIVITY OF O-OXAMOYLETHYL-SUBSTITUTED N-ARYLCARBAMATES
Lifintseva A.A.1, Boriskina M.V.1, Kalistratova A.V.1, Oshchepkov M.S.1, Ivanova M.S.1, Akimov M.G.2, Kovalenko L.V.1
1 D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
2 Shemyakin-Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russian Federation
The article presents the synthesis of kartolin-2 analogues based on oxalic acid - O-oxamoylethyl-substituted-N-arylcarbamates. The resulting compounds were tested for plant growth-regulatory anti-stress activity, as well as for antioxidant and anti-cancer activity in animal cells.
Key words: aryl-substituted carbamates, plant growth regulators, antioxidants, oxamates.
Введение
Арилзамещенные карбаматы - это большой класс соединений, в той или иной степени проявляющих биологическую активность. Среди них можно выделить картолин-2 - регулятор роста растений антистрессового действия с цитокининподобной активностью [1]. Цитокинины — это низкомолекулярные биологически активные соединения из группы фитогормонов, которые играют важную роль в росте и развитии растений. Они обладают активностью и в отношении животных клеток: цитотоксическое действие [2],
которое изучается в отношении ряда раковых заболеваний, и антиоксидантная активность, которая находит применение в косметологии [3].
Для большинства биоактивных эндогенных метаболитов растений характерна активность в отношении клеток животных, и потому то же самое можно предположить и для синтетических цитокининоподобных арилкарбаматов.
Мы предположили, что замена формиатного фрагмента в молекуле картолина-2 на оксаматный (рис.1) позволит получить более доступные арилкарбаматы со сходной активностью.
Cl
H
O N
Y
O
CH3
Картолин-2
Рис.1. Структурные формулы регулятора роста растений - картолина-2 и его оксаматных аналогов
Кроме того, нами были проведены биологические испытания на животных клетках с картолином-2 и его оксаматными аналогами с целью обнаружения у них антиоксидантной и противораковой активности.
Обсуждение результатов
О-Оксамиолиэтилзамещенные К-арилкарбаматы были получены в результате реализации простой и доступной схемы синтеза из щавелевой кислоты (рис.2).
На первом этапе щавелевую кислоту этерифицировали избытком спирта в присутствии п-толуолсульфокислоты с удалением из реакционной массы воды. Полученный диэфир щавелевой кислоты легко вступает в реакцию аминолиза с этаноламином при 0оС, в качестве побочного продукта образуется диамид, который удаляется из реакционной массы фильтрованием. На последней стадии амидоэфир щавелевой кислоты вступает в реакцию с арилизоцианатом с образованием O O
AlkOH
HO
OH
А1кО
CCl4, p-TSA,
целевого карбамата. Целевые соединения перекристаллизовывали из изопропилового спирта, структуру подтверждали комплексом физико-химических методов и элементным анализом.
Полученные бисфункциональные арилкарбаматы были протестированы в опытах на пшенице, где они проявили выраженную рострегуляторную активность антистрессового действия на уровне с картолином-2 [4], что подтверждает наше предположение о сохранении активности при замене формиатного фрагмента на оксаматный.
Вещества 8-10 и картолин-2 были также протестированы на цитотоксичность в отношении четырех линий опухолевых клеток человека: меланомы А-375, глиобластомы и-87 MG, рака молочной железы MDA-MB-231 и нейробластомы SH-SY5Y (рис.3). Клетки инкубировали с соединениями в течение 24 часов и определяли жизнеспособность с помощью МТТ теста.
Н^'
ОН
О
ОА1к
0 0с 1-РгОН
А1кО
^^ОН
А1к = пРг, 80% А1к = 1Рг, 82% А1к = ¡Ви, 76%
А1к = пРг, 86% А1к = ¡Рг, 94% А1к = ¡Ви, 78%
О
А1кО
NEt,
Н
N 1з
ОН толуол, 1комн'
А1кО'
СН3
5 - 7
8: А1к = пРг, 35% 9: А1к = ¡Рг, 91% 10: А1к = ¡Ви, 55%
Рис. 2. Схема синтеза О-оксамоилэтилзамещенных арилкарбаматов
□ 9 □ 10
С, мкМ
А-375
8 П 9 П 10
Картолин-2 |8 П 9 □ Ю
С, мкМ
МОА-МВ-231
Ьартолин-2 |0 □ 9 □ Ю
Рис. 3. Антипролиферативная активность арилкарбаматов для клеточных линий глиобластомы и-87 МО (А), нейробластомы SH-SY5Y (В), меланомы А-375 (С) и карциномы MDA-MB-231 (Б). 24-часовая инкубация, данные МТТ-теста. Среднее значение ± стандартная ошибка N = 5 экспериментов)
1
Обнаружено, что все протестированные арилкарбаматы, кроме соединения 9, обладают умеренной антипролиферативной активностью для рассмотренных клеточных линий, снижая жизнеспособность клеток примерно на 40% при 100 мкМ.
Защитное действие синтезированных соединений исследовано на моделях окислительного стресса, вызванного активными формами кислорода: действия Н202 (рис. 4А) и химической гипоксии, вызванной СоСЬ, (рис. 4В). Токсическое вещество добавляли одновременно с тестируемыми соединениями и инкубировали с клетками в течение 24 ч, после чего определяли жизнеспособность с помощью МТТ-теста. Выбор концентрации отравляющего вещества, вызывающей гибель 6070% клеток, осуществляли на основе ранее разработанных [5] кривых доза-ответ для Н2О2 и СоСЪ.
А
100
50
I картолин-2 □ 9
и g □ 10
В
100-
э 50-
~ О ~ о
С, мкМ
Кэрю™н-2 □ 9
□ 8 □ 10
Г
С, мкМ
Рис. 4. Влияние арилкарбаматов 8-10 и картолина-2
на цитотоксичность Н2О2 (А) и СоСЪ (В) для клеточной линии SH-SY5Y. Время инкубации 24 часа,
данные анализа МТТ, среднее ± стандартная ошибка, * - достоверное отличие от контроля без вещества, дисперсионный анализ с пост-тестом Тьюки, р<0.05 (N=3 эксперимента)
В экспериментах по цитопротекторной активности исследуемые вещества практически неактивны (рис.4). Однако соединения 9 и 10 в концентрациях от 1 до 10 мкМ были способны достоверно увеличивать выживаемость клеток в тесте на цитотоксичность СоСЬ на 3-8%.
Таким образом нами были получены новые регуляторы роста растений антистрессового действия, аналогичные картолину-2, но обладающие лучшей синтетической доступностью. Полученные
соединения проявляют умеренную активность в отношении животных клеток в тестах на противораковое и антиоксидантное действие.
Экспериментальная часть
Клеточные среды и добавки для культивирования клеток: DMEM, MEM, эмбриональная коровья сыворотка (FBS), L-глутамин, смесь пенициллина и стрептомицина, амфотерицин В, раствор трипсина, раствор Версена, МТТ, D-глюкоза, раствор Хэнкса, раствор заменимых аминокислот, раствор пирувата натрия были приобретены в фирме ПанЭко, Россия. Изопропанол, DMSO, H2O2 и соляная кислота были приобретены в фирме Химмед, Россия. Тритон Х-100, CoCl2*6H2O, Hoechst 33258 были приобретены в фирме Sigma-Aldrich, США. Все использованные в работе реактивы были максимально доступной чистоты.
Биологические испытания и синтез О-оксамоилэтилзамещенных N-арилкарбаматов
осуществляли по методикам, описанным в литературе [6] и [4], соответственно.
Авторы выражают благодарность РНФ за финансовую поддержку проведенных иследований.
Работы проведены в соотвествии с грантом №22-73-10076.
Список литературы
1. Oshchepkov, M.S., et. al. Natural and Synthetic Cytokinins and Their Applications in Biotechnology, Agrochemistry and Medicine // Russian Chemical Reviews, 2020. 89. P. 787-810.
2. Voller J., Zatloukal M., et. al. Anticancer activity of natural cytokinins: a structure-activity relationship study // Phytochemistry, 2010. 71. P. 13501359.
3. Othman E.M., Naseem M., et. al. The Plant Hormone Cytokinin Confers Protection against Oxidative Stress in Mammalian Cells // PLoS ONE, 2016.11. e0168386.
4. Kalistratova, A. V., et. al. Wheat (Triticum Aestivum L.) Reaction to New Bifunctional Carbamate Compounds // Journal of Agricultural Science, 2021. 13. p. 36.
5. Akimov M. G., et. al., Neuroprotective Action of Amidic Neurolipins in Models of Neurotoxicity on the Culture of Human Neural-Like Cells SH-SY5Y // Dokl. Biochem. Biophys, 2019. 485. p. 141.
