CC BY
9Вчеш записки Тавршського нацiонального унiверситету iM. В.1. Вернадського Серiя «Бюлопя, xiMia». Том 26 (65). 2013. № 4. С. 281-287.
УДК 547.655.6
СИНТЕЗ НОВИХ АМ1НОФОСФОНОВИХ ПОХ1ДНИХ Х1НОН1В ТА ВИВЧЕННЯ IX БЮЛОПЧНО! АКТИВНОСТ1
Курка М., Миколiв О., БолiбрухХ., Журахiвська Л., Ковальчук О., Губицька I., Болiбрух Л., Маршцова Н., Новшов В.
Нащональний утверситет „Льв1вська полтехшка", Льв1в, Украта
E-mail: vnovikov@polynet.lviv.ua
В робот описано синтез нових фосфоровмюних похщних 1,4-нафтохшону, наведено результати вiртуального комп'ютерного скришнгу за програмою PASS та молекулярного доюнгу. За результатами вiртуального скринiнгу синтезованих сполук встановлено, що 1м притаманш наступнi види бюлопчно! активностi: антиоксидантна, антигшоксична, протиiшемiчна, протитуберкульозна, бактерицидна, протипухлинна, цитотоксична, фунгщидна, антисклерозна, антиангiнальна та шшь Результати молекулярного доюнгу базуються на спiвставленнi афiнностей стандартного лтанду та дослiджуваних сполук, синтезованих у робой, до рiзноманiтних бiомiшеней. Ключевые слова: амiнофосфоновi кислоти, 1.4-нафтохшон, скринiнг, докiнг.
ВСТУП
Амшофосфонати займають важливе мюце у бюлопчних процесах живих оргашзм1в та конструюванш нових бюрегулятор1в. Протягом вже бшьше тридцяти роюв використовуеться високоефективний бюдеградабельний гербщид «Glyphosate» (N-фосфонометилглiцин). Серед амшофосфонат1в знайдеш також ткарсью препарати, яю використовуються для лшування остеопорозу, хвороби Паджета, деяких вид1в пухлин. Вони виявляють виразну антипаразитарну актившсть i можуть бути 1муномодуляторами [1, 2]. Добре вщома 1х комплексоутворювальна здатшсть, що також визначае особливосп бюлопчно! активност та використовуеться з технолопчною метою, наприклад для екстракцп метал1в i очистки водних стоюв [3].
Перспективним для синтезу нових бюлопчно активних сполук е введення фосфонових фрагменпв в молекули хшошв, як мають високу антиоксидантну, цитол1тичну та цитостатичну актившсть. Препарати на основ1 похщних 1,4-нафтохшону ефективно застосовують при лшуванш розлад1в функцш головного мозку (церебрального шфаркту, крововиливу головного мозку, атеросклерозу) [4-8]. Метою даного дослщження було введення фосфонових фрагменпв у молекули хшошв та вивчення бюлопчно! активносп нових синтезованих сполук, що мае, безперечно, значний теоретичний i практичний штерес.
МАТЕР1АЛИ I МЕТОДИ
Для реашзацп поставленого завдання ми взяли ряд амшобюфосфонових кислот (2 а-и) i провели 1х взаемодда з 2,3-дихлоро-1,4-нафтохшоном (схема 1).
Реакщя проходить за звичною схемою нуклеофшьного замщення амiногрупою атома хлору в 2,3-дихлоро-1,4-нафтохшош 1 у середовищi DMF або MeCN у присутносп прокаленого K2COз i бензо-15-краун-5 протягом 2-3 годин при 80оС в еквiмолярних кiлькостях реагуючих речовин.
У випадку вторинних амiнобiсфосфонових кислот 2 е, е замiщення протшае в бiльш жорстких умовах (DMF, 1000С, 3 год., K2CO3, бензо-15-краун-5) i з меншими виходами кшцевих продуктiв, 56 i 63%, вщповщно.
Будова синтезованих сполук пiдтверджена даними елементного анашзу та спектральними даними.
Схема 1
O
O
K2CO3/15-craun-5 Cl 2-3 год.ЭМР або MeCN,
2а-и
O
O 3 a-e
R = —NH-CH—P(OEt)2 O
Bu
I
—N-CH-P(OEt) I II Me O
2a
2г
f
—N—
2 °
P(O)(OH)2 "P(O)(OH)2
H2N
HN
X.
-NH-CH-P(OEt)2 I II 2 Ph O
26
—NH^ 2 a NH
X
P(O)(OH)2 P(O)(OH)2
Me
I
-NH-C-P(OEt)2 I II 2 Me O
2в
Ph
< P(O)(OH)2
—N—<
P(O)(OH)2
2a
H2N
P(O)(OH)2 P(O)(OH)2
2 ж
2 e
P(O)(OH)2 OH
P(O)(OH)2
-NHCH2SO3H 2 i
HN
H2N
P(O)(OH)2 OH
P(O)(OH)2
2 9
-nh-ch2ch2so3h
2 I
1
2
N
З метою визначення напрямкiв дослiдження бюлопчно! активност синтезованих сполук була застосована комп'ютерна програма PASS (Prediction of Activity Spectra for Substances), яка передбачае програмування бюлопчно! ди на основi структурно! будови речовин. Використання ще! програми дозволяе
передбачити та оцiнити ймовiрнiсть сполуки проявляти певний вид бiологiчноï активностi [9].
Як показав результат вiртуального скриншгу - синтезоваш сполуки мають наступш види бiологiчноï дiï: антиоксидантну, антигшоксичну, протиiшемiчну, протитуберкульозну, бактерицидну, протипухлинну, цитотоксичну, фунгiцидну, антисклерозну, антиангiнальну та rnmi.
Використання вiртуального бiологiчного скринiнгу активносп одержаних сполук дозволило вiдiбрати 5 нових синтезованих амшофосфонових похiдних 3 в, г д, ж, з для яких визначили гостру токсичнють. Гостру токсичнють сполук дослщжено на 165 бших нелiнiйних мишах масою 15-20 г з дотриманням методичних рекомендацiй Державного фармакологiчного центру [10].
Характеризуючи результати гостроï токсичностi можна зазначити, що абсолютно вс похвдш, згiдно класифiкацiï Сидорова [11], за величиною показника LD50 належать, в основному, до низькотоксичних речовин, оскшьки ix LD50 знаходиться в межах 650-900 мг/кг.
Проведення докiнговиx дослщжень та створення вiртуальниx бiблiотек сполук, котр^ здебiльшого, е структурними аналогами речовин з вщомою активнiстю, е сучасним пiдxодом до планування постановки синтезу. Результати молекулярного докшгу базуються на спiвставленнi афiнностей стандартного лтанду та дослiджуваниx синтезованих сполук до рiзноманiтниx бiомiшеней. Отриманi данi дозволяють встановити структури-лiдери та визначити «бущвельш блоки» (скафолди) молекул для дизайну, як нових речовин, так i пошуку напрямюв оптимiзацiï xiмiчниx структур з метою шдвищення ïx бюлопчно].' активносп. Проаналiзувавши ступiнь спорiдненостi дослiджуваноï сполуки з бiологiчними мiшенями, можна також зробити висновок про мехашзм реашзацп фармакологiчноï дп [12].
РЕЗУЛЬТАТИ ТА ОБГОВОРЕННЯ
Аналiз результатiв молекулярного докшгу наведеноï вибiрки речовин за скоринговою функцiею Consensus для кристалографiчниx моделей 1YSI, 1SA1, 1FM6, EGFR (БгЬБ-1) та фрагменту ДНК d(CGTACG) дозволив видiлити з групи синтезованих похщних 1,4-нафтохшону сполуки 3 в,д iз високим рiвнем афiнiтету до даних бiомiшеней.
Опираючись на отримаш результати було встановлено, що сполука 3 в показала найвищу спорщненють до бiомiшенi рецептора епiдермального фактору росту та було побудовано 3D-моделi зв'язування сполуки-лiдера - окремо та у порiвняннi iз стандартним л^андом з активною зоною бiомiшенi рецептора етдермального фактору росту (рис. 1).
Рис. 1. 3D-моделi зв'язування сполуки-лщера 3 в (злiва) та у порiвняннi iз стандартним лтандом (справа) з активною зоною бюмшеш (рецептор етдермального фактору росту EGFR (ErbB-1))
Даш дослщження афiнностi синтезованих сполук до бюмшеней BCL-XL, PPARy, тубулiну та фрагменту ДНК d(CGTACG) не показали значних результапв. Структури синтезованих у робот сполук характеризувалися низькою спорщнешстю до даних бiомiшеней i можливють реатзаци протираково! активностi цим шляхом е малоймовiрною.
У результат докiнгу одержано ряд значень скорингових функцiй, якi оцiнюють якiсть та енерпю зв'язування дослiджуваних структур з молекулою бюмшеш. Слiд вiдзначити, що найнижчi (найкращi) значення скорингових функцш одержанi для фрагмента молекули рецептора етдермального фактору росту, який обрали ключовим об'ектом дослiдження. Встановлено можливють iмiтування сполукою 3 в взаемодда вiдомого типового лiганду Ерлотинiбу до бюмшеш EGFR (ErbB-1). Необхiдно вщзначити, що саме поеднання в однш молекулi хшо!дно! i ароматично! системи сполуки 3 в вщтворюе пдрофобну взаемодiю етинiланiлiдного фрагменту лiганду з пдрофобними амiнокислотними залишками Phe:108:A, Lys:50:A, Val:31:A у ланцюзi рецептора етдермального фактору росту. Також iмовiрний пдрофобний тип взаемодi! метокси-фрагментiв дослiджувано! структури 3 в з пдрофобними залишками амшокислот Phe:100:A, Pro:99:A, Met:44:A, Leu:149:A, Gly:101:A, що вiдповiдае зв'язуванню диметоксиметанових фрагментв молекули стандартного iнгiбiтора Ерлотинiбу. Крiм того, прогнозуеться утворення водневого зв'язку мiж атомом оксигену хiно!дного циклу сполуки 3 в з карбоксильним пдроксилом фрагменту амшокислоти Gly:101:A. На рис. 1 наведено найвипдшшу доковану позицiю сполуки 3 в, сумщену з молекулою лтанду для порiвняння особливостей утворення зв'язюв у активному центрi рецептора етдермального фактору росту EGFR ^^-1).
Спорiдненiсть дослiджуваних сполук з молекулою бюмшеш (рецептор епiдермального фактору росту EGFR (ErbB-1)) свiдчить на користь мехатзму реалiзацi! протираково! активностi шляхом шпбування тирозинкiназ для синтезованих похщних 1,4- нафтохiнону.
ВИСНОВКИ
1. Синтезовано нов1 фосфоровмюш похщн 1,4-нафтохшону, серед яких знайдено речовини з високою бюлопчною актившстю широкого спектру дп.
2. Експериментально встановлено, що дослщжуваш сполуки належать, в основному, до низькотоксичних речовин, оскшьки 1х LD50 знаходиться в межах 650-900 мг/кг.
3. Завдяки в1ртуальному комп'ютерному скриншгу (програма PASS) i молекулярному докшгу спрогнозовано високу ймов1ршсть синтезованих сполук виявляти антиоксидантну, бактерицидну, фунгщидну, протипухлинну, цитотоксичну дп. Показано високу спорщнешсть хшошв до рецептор1в етдермального фактору росту EGFR.
Список лггератури
1. Palacios F. Synthesis of P-Aminophoshonates and -Phosphinates / F. Palacios, C. Alonso., J. M. de los Santos // Chem. Rev. - 2005. - Vol. 105, № 3, - P. 899-931.
2. Zhang S. Synthesis and Testing of Quinone-Based Bis (2,2-dimethyl-1-aziridinyl)-phosphinyl Carbamates as Ratiation-Potentiating Antitumor Agents / S. Zhang, J. Earle, J. MacDiarmid, T. Bardos // J. Med. Chem.- 1988. - Vol. 31, № 6, - P. 1240-1244.
3. Кухар В. П. Xii^ амшофосфонових кислот - новi напрямки. Пленарна доповщь на XXII Укр. конф. з орган хiмil, Ужгород, 2010 р.
4. Картофлицкая А.П. Синтез некоторых аминокислотных производных 2-хлор-1,4-нафтохинона и их антигипоксическая и противоишемическая активности / А.П. Картофлицкая, Г.И. Степанюк, В.В. Юшкова, Н.Г. Маринцова, В.П. Новиков // Хим. фарм. журн. - 1997. - Т. 31, № 6. - С. 17-18.
5. А.с. 1774617 СССР, Производные 3-хлор-1,4-нафтохинона, обладающие бактерицидными и фунгицидными свойствами / А.П. Картофлицкая, В.Т. Колесников, В.Н. Солонин, Л.А. Кучеренко, А.А. Гузова, В.Т.Шелевый, М.К. Хмелюк, В.Л. Веляев (СССР). - 1983.
6. А.с. 1690339 СССР, №(3-хлор-1,4-нафтохинонил-2)-2- D,L-аспарагиновая кислота, проявляющая кардиостимулирующие свойства / А.П. Картофлицкая, В.Т. Колесников, В.С. Зыбин, Н.М. Митрохин, Ю.В. Буров, Н.С. Диогенова, А.А. Гузова (СССР). - 1990.
7. Пат. 2032661 Российская Федерация, Дикалиевая соль Ы-(3-хлор-1,4-нафтохинонил-глутаминовой кислоты, проявляющая антигипоксическую редуктахную, антиангинальную и противоишемическую активность / Картофлицкая А.П., Гузова В.Т., Розанова Ю.В., Марковский Л.Н.; С 007 С 211/59, Ф 61 К31/135. - 1995.
8. Пат. СССР 1822555. Морфолиновая соль (3-хлор-1,4-нафтохинонил-2)-глицина, проявляющая кардиостимулирующие и антигипоксические свойства / Колесников В.Т. , Митрохин Н.М., Сернов Л.Н., Диогенова Н.С., Гузова А.А., Шелевий Д.А. - 1993.
9. PASS (Prediction of Activiti Spectra for Substances) [електронний ресурс] / режим доступу до ресурсу: http: // www.ibmh.msk.su / PASS
10. Стефанова О.В. Докйшчш дослщження лжарських заа^в : методичш рекомендацп / За ред. О.В. Стефанова. - К.: 2001. - 527 с.
11. Сидоров К.К. О классификации ядов при парентеральных способах введения / К.К. Сидоров // Токсикология новых промышленных веществ. - М.: Медицина. - 1973. - № 13. - С. 47-51.
12. Tanja Schulz-Gasch and Martin Stahl. Binding site characteristics in structure-based virtual screening: evaluation of current docking tools // Journal of Molecular Modeling. - 2002. - Vol. 9, № 1. - P.47-57.
Курка М.С. Синтез новых аминофосфоновых производных хинонов и изучение их биологической активности / М. Курка, О. Мыколив, Х. Болибрух, Л. Журахивська, О. Ковальчук, И. Губыцька, Л. Болибрух, Н. Маринцова, В. Новиков // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И. Вернадского. Серия «Биология, химия». - 2013. -Т. 26 (65), № 4. - С.281-287.
В работе описан синтез новых фосфорсодержащих производных 1,4 - нафтохинона, приведены результаты виртуального компьютерного скрининга по программе PASS и молекулярного докинга. По результатам виртуального скрининга синтезированые соединения обладают следующими видами биологического действия: антиоксидантным, антигипоксическим, противоишемическим, противотуберкулезным, бактерицидным, противоопухолевым, цитотоксическим, фунгицидным, антисклерозним, антиангинальным и другими.
Результаты молекулярного докинга базируются на сопоставлении аффинности стандартного лиганда и исследуемых синтезированных в работе соединений к различным биомишеням. Ключевые слова: аминофосфоновие кислоты, 1,4- нафтохинон, скрининг, докинг.
SYNTHESIS OF NEW AMINOPHOSPHONIC QUINONE DERIVATIVES AND STUDY OF THEIR BIOLOGICAL ACTIVITY
Kurka M., Mykoliv O., Bolibrukh Kh., Zhurakhivska L., Kovalchuk O., Hubytska I., Bolibrukh L., Marintsova N., Novikov V.
National University "Lviv Politechnic", Lviv, Ukraine E-mail: vnovikov@polynet.lviv.ua
In the recent work new phosphorus-containing 1,4-naphthoquinone derivatives were synthesized by the reaction, which passed through the usual scheme of nucleophilic substitution of the chlorine atom of 2,3-dichloro-1,4-naphthoquinone 1 by amino group in the medium of DMF or MeCN in the presence of K2CO3 and benzo-15-crown-5 for 2-3 hours at 80 oC in equimolar amounts of reactants.
Results of computer virtual screening (program PASS) showed that among synthesized compounds were detected substances with a broad-spectrum of biological activity, namely, antioxidant, anti-hypoxic, anti-ischemic, antituberculosis, antibacterial, antitumor, cytotoxic, fungicidal, antisclerotic, antianginal, etc.
For five new synthesized aminophosphonic derivatives determination of acute toxicity was conducted, which was examined on 165 white nonlinear mice weighing 15-20 g in compliance with guidelines of the State Pharmacological Center [10]. Describing the results of acute toxicity may be noted that absolutely all derivatives, according to the classification of Sidorov [11], due to the value of the index LD50 belong mainly to low toxic substances, as their LD50 is in the range of 650-900 mg/kg. Analysis of molecular docking results of showed samples by scoring function Consensus for crystallographic models 1YSI, 1SA1, 1FM6, EGFR (ErbB-1) and the DNA fragment d(CGTACG) allowed to select from a group of synthesized derivatives of 1,4-naphthoquinone compound 3 в,fl with a high level of affinity to these biotargets. Based on the obtained results, it was found that the compound 3 в showed the highest affinity to biotargets of the epidermal growth factor receptor and was built 3D-model
binding of compound-leader - separately and comparing with standard ligands with an
biotarget active zone of epidermal growth factor receptor.
Keywords: aminophosphonic acids, 1.4-naphthoquinone, screening, docking.
References
1. Palacios F. Synthesis of ß-Aminophoshonates and -Phosphinates / F. Palacios, C. Alonso., J. M. de los Santos, Chem. Rev., 105, 3, 899 (2005).
2. Zhang S., Earle J., MacDiarmid J., Bardos T. Synthesis and Testing of Quinone-Based Bis (2,2-dimethyl-1-aziridinyl)-phosphinyl Carbamates as Ratiation-Potentiating Antitumor Agents, J. Med. Chem., 31, 6, 1240 (1988).
3. Kukhar V.P. Chemistry of aminophosphonic acids - new directions. Plenary lecture at the XXII Ukr. conf. of organic chemistry, Uzhgorod, (2010).
4. Kartoflytskaya A.P., Stepanyuk G.I., Yushkova V.V., Marintsova N.G., Novikov V.P. Synthesis of some aminoacid derivatives of 2-chloro-1,4-naphthoquinone and its anti-hypoxic and antiischemic activities, Chem. Pharmaceutical Journal, 31, 6, 17 (1997).
5. A.s. 1774617 (USSR). The 3-chloro-1,4-naphthoquinone having the bactericidal and fungicidal activities, Kartoflitskaya A.P., Kolesnikov V.T., Solonin V.N., Kucherenko L.A., Guzova A.A., Shelevyi V.T., Khmelyuk M.K., Velyaev V.L. (1983).
6. A.s. 1690339 N-(3-chloro-1,4-naphthoquinone-2)-2-D,L-aspartic acid, showing cardiostimulating properties, Kartoflitskaya A.P., Kolesnikov V.T., Zybin V.S., Mitrokhin N.M., Burov Y.V., Diogenova N.S., Guzova A.A. (1990).
7. Pat. 2032661 Ros. Feder . Dipotassium salt of N-(3-chloro-1,4-naphthoquinonil-glutamic acid, showing antihypoxic reduktase, antianginal and antiischemic activities, Kartoflitskaya A.P., Guzova V.T., Rozanova Y.V., Markowski L.N. C 007 C 211/59, F 61 K31/135, (1995).
8. Pat. USSR 1,822,555. Morpholino salt (3-chloro-1,4-naphthoquinone-2)-glycine, manifesting N.S. cardiostimulating and antihypoxic properties, Kolesnikov V.T., Mitrokhin N.M., Sernov L.N., Diogenova, Guzova A.A., Shelevyi D.A., (1993).
9. PASS (Prediction of Activity Spectra for Substances), electronic resource, mode of access to the resource: http:// www.ibmh.msk.su / PASS.
10. Stefanov O.V. Preclinical studies of drugs. Guidelines, 527 (2001).
11. Sidorov K.K. Classification of poisons by parenteral ways of application, Toxicology of new industrial materials, 13, 47 (1973).
12. Tanja Schulz-Gasch and Martin Stahl, Binding site characteristics in structure-based virtual screening: evaluation of current docking tools, Journal of Molecular Modeling, 9, 1, 47, (2002).
nocmynuna e pedaKU,uw 22.11.2013 г.
