CC BY
8
УДК 547.781.1
Пронкина А.С., Серова О.А., Бормотов Н.И., Шишкина Л.Н., Никитина П.А.
СИНТЕЗ, ОЦЕНКА ЦИТОТОКСИЧНОСТИ И ПРОТИВОВИРУСНОЙ АКТИВНОСТИ В ОТНОШЕНИИ ВИРУСА ОСПОВАКЦИНЫ 5-АЦЕТИЛ-2-ГЕТАРИЛ-1-ГИДРОКСИ-4-МЕТИЛИМИДАЗОЛОВ
Пронкина Анна Сергеевна, обучающийся 4 курса бакалавриата факультета нефтегазохимии и полимерных материалов РХТУ им. Д.И. Менделеева
Серова Ольга Алексеевна, н.с. отдела профилактики и лечения особо опасных инфекций ГНЦ ВБ «Вектор» Бормотов Николай Иванович, заведующий лабораторией химических препаратов отдела профилактики и лечения особо опасных инфекций ГНЦ ВБ «Вектор»
Шишкина Лариса Николаевна, д.б.н., заведующая отделом профилактики и лечения особо опасных инфекций ГНЦ ВБ «Вектор»
Никитина Полина Андреевна, к.х.н., н.с. лаборатории фотоактивных супрамолекулярных систем ИНЭОС РАН, доцент кафедры технологии тонкого органического синтеза и химии красителей РХТУ им. Д.И. Менделеева E-mail: [email protected]
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская пл., 9
Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор», Россия, 630559, Новосибирская обл., р.п. Кольцово
Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН (ИНЭОС РАН), Москва, Россия 119991, Москва, ул. Вавилова, 28
В продолжение нашего поиска молекул, обладающих противовирусной активностью в отношении вируса осповакцины, были синтезированы производные 5-ацетил-1-гидрокси-4-метилимидазола, содержащие в положении 2 гетероциклические фрагменты хромена, кумарина, хинолинона. Были оценены их цитотоксичность и вирусингибирующая активность в отношении вируса осповакцины. Показано, что наиболее перспективным для дальнейшей разработки противовирусных препаратов в отношении ортопоксвирусов является производное 2-(3-кумаринил)имидазола.
Ключевые слова: 1-гидроксиимидазолы, кумарина, хромены, хинолиноны, вирус осповакцины, противовирусная активность, цитотоксичность
SYNTHESIS, EVALUATION OF CYTOTOXICITY AND ANTIVIRAL ACTIVITY AGAINST VACCINIA VIRUS OF 5-ACETYL-2-HETARYL-1-HYDROXY-4-METHYLIMIDAZOLES
Pronkina A.S.1, Serova O.A.2, Bormotov N.I.2, Shishkina L.N.2, Nikitina P.A.13 1D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
2 State Research Centre of Virology and Biotechnology VECTOR, Koltsovo, Novosibirsk Region
3 A.N. Nesmeyanov Institute of Organoelement Compounds, Russian Academy of Science, Moscow, Russia
As a continuation of our search for small molecules possessing antiviral activity against Vaccinia virus, 5-acetyl-1-hydroxy-4-methylimdazole derivatives containing heterocyclic moieties (i.e., chromene, coumarine, quinolinone) in position 2 of imidazole were synthesized. Their cytotoxicity and antiviral activity against Vaccinia virus were estimated. It was demonstrated that in this series the most perspective compound for the further search for antiviral agents against orthopoxviruses was a derivative of 2-(3-coumarinyl)imidazole.
Key words: 1-hydroxyimidazoles, chromenes, coumarines, quinolinones, Vaccinia virus, antiviral activity, cytotoxicity
В современном мире через 40 лет после искоренения натуральной оспы родственные ей зоонозные ортопоксвирусные инфекции продолжают представлять угрозу для здоровья человека [1,2]. Реально опасными для людей являются такие ортопоксвирусы, как вирусы оспы обезьян [3], оспы коров [4], оспы буйволов [5]. При этом, несмотря на наличие вакцин против оспы, их применение, например, невозможно для людей с различными видами врожденного или приобретенного иммунодефицита [1]. Это обусловливает необходимость разработки противовирусных препаратов, обладающих специфичной активностью в отношении ортопоксвирусов. В настоящее время для лечения ортопоксвирусных инифекций
рекомендовано три препарата: Цидофовир [6], Бринцидофовир [7], Тековиримат [8]. Четвёртый эффективный и биодоступный противооспенный препарат, успешно прошедший доклинические испытания, НИОХ-14, находится на стадии клинических испытаний [9,10].
При этом поиск малых органических молекул, обладающих противовирусной активностью в отношении ортопоксвирусов, не прекращается. Ранее нами было показано, что производные 1-гидрокси-2-(2-гидроксифенил)имидазола также могут обладать противовирусной активностью в отношении вируса осповакцины [11]. В продолжение нашей работы были синтезированы 5-ацетил-1-гидрокси-4-метилимидазолы 1-3, содержащие в положении 2
имидазола различные гетероциклические фрагменты (Схема 1).
получены по
Схема 1. Структуры обсуждаемых производных 2-гетарил-1-гидроксиимидазола.
1-Гидроксиимидазолы 1-3 были синтезированы конденсацией исходных гетероциклических альдегидов с монооксимом пентантриона и ацетатом аммония в ледяной уксусной кислоте (Схема 2).
сн3
ХН*
ОН
О О
Hetar ^О
ИХ
СИ,
CH3COONH4 СН,СООН
"ОН
Схема 2. Синтез 5-ацетил-2-гетарил-1-гидрокси-4-метилимидазолов 1-3.
Исходные альдегиды были известным методикам.
4-Оксо-4Н-хромен-3-карбальдегид 4 был получен формилированием по Вильсмайеру 2-гидрокси-ацетофенона 5 (Схема 3) [12].
О О
йМР
РОС13
-
^ОН "О'
5 4
Схема 3. Получение 4-оксо-4Н-хромен-3-карбальдегида 4.
2-Оксо-2Н-хромен-3-карбальдегид 6 был получен в две стадии исходя из салицилового альдегида 7: сначала взаимодействием с малонодинитрилом был синтезирован 3-цианокумарин 8, который был восстановлен на никеле Ренея в кипящей муравьиной кислоте до соответствующего 3-формилкумарина 6 (Схема 4)
[13].
2-Оксо-1,2-дигидрохинолин-3 -карбальдегид 9 также получали в две стадии. В условиях формилирования по Вильсмайеру взаимодействием с диметилформамидом и хлорокисью фосфора ацетанилид 10 был превращён в альдегид 11, который затем был гидролизован до альдегида 9 (Схема 5) [14].
N
Ni
Ra
^^ ^ нсоон ^ „
ОН О ^О д ^ о
7 8 6
Схема 4. Получение 2-оксо-2Н-хромен-3-карбалъдегида 6. DMF
СН3 РОС13 r^NT^V^O 70% СН3СООН
А,
ч0
10
11
Схема 5. Получение 2-оксо-1,2-дигидрохинолин-3-карбальдегида 9.
Производные 2-гетарил-1-гидроксиимидазола 1-3 были полностью охарактеризованы комплексом современных физико-химических методов анализа и исследованы на наличие активности в отношении вируса осповакцины в культуре клеток Vero. В таблице 1 приведены предварительные результаты исследования активности 1-гидроксиимидазолов 1-3 и препарата сравнения НИОХ-14 в отношении вируса осповакцины в культуре клеток Vero.
В этом ряду соединений наиболее хорошую вирус-ингибирующую активность проявляет 2-(3-хроменил)-1-гидроксиимидазол 1, который одновременно является и самым токсичным, что негативно сказывается на его индексе селективности. Замена хроменового гетероциклического фрагмента в положении 2 имидазола на кумариновый в случае соединения 2 приводит к значительному уменьшению цитотоксичности.
Таблица 1. Показатели цитотоксичности и противовирусной активности 1-гидроксиимидазолов 1-3 в отношении вируса осповакцины (штамм Копенгаген) в культуре клеток Vero.
CC50, мкг/мл IC50, мкг/мл SI (CC50/IC50)
1 47 2,737 17,2
2 >100 4,195 >23,8
3 >100 16,958 >6
НИОХ-14 470,2±90,1 0,003±0,001 156733
Примечание: СС50 - 50%-я токсическая концентрация препарата, при которой разрушается 50% клеток неинфицированного монослоя; 1С50 -50%-я ингибирующая вирус концентрация препарата, при которой сохраняется 50% клеток инфицированного монослоя; SI - индекс селективности препарата, отношение СС50/1С50.
Интересно, что замена в данной структуре гетероатома кислорода на фрагмент NH при переходе к производному хинолинона 3 приводит к уменьшению вирус-ингибирующей активности. Таким образом, в рассматриваемом ряду 2-гетарил-1-гидроксиимидазолов наиболее перспективным является 5 -ацетил-1 -гидрокси-2-(3 -кумаринил)-4-метилимидазол 2.
Работа выполнена в рамках государственного задания ФБУН ГНЦ ВБ «Вектор» Роспотребнадзора.
Список литературы
1. Meyer H, Ehmann, R., Smith, G.L. Smallpox in the Post-Eradication Era // Viruses. 2020. Vol.12. 138..
2. Silva N.I.O., de Oliveira J.S., Kroon E.G., Trindade G.d.S, Drumond B.P. Here, There, and Everywhere: The Wide Host Range and Geographic Distribution of Zoonotic Orthopoxviruses // Viruses. 2021. Vol. 13. 43.
3. Bunge E.M., Hoet B., Chen L., Lienert F., Weidenthaler H., Baer L.R., Steffen R. The changing epidemiology of human monleypox - A potential threat? A systematic review // PLoS Negl. Trop. Dis. 2021. Vol. 16.e0010141.
4. Krankowska D.C., Wozniak P.A., Cybula A., Izdebska J., Suchacz M., Samelska K., Wiercinska-Drapalo A., Szaflik J.P. Cowpox: How dangerous could it be for humans? Case report // Int. J. Infect. Dis., 2021, Vol. 104. P. 239-241.
5. da Silva Domingos I.J., de Oliveira J.S., Soares Rocha K.L., Bretas de Oliveira D., Kroon E.G., Costa G.B., Trindade G.d.S. // Pathogens. 2021. Vol. 10. 406.
6. Andrei G., Snoeck R. Cidofovir Activity against Poxvirus Infections // Viruses. 2010. Vol. 2. P. 28032830.
7. Chan-Tack K., Harrington P., Bensman T., Choi S.-Y., Donaldson E., O'Rear J., McMillan D., Myers L., Seaton M., Ghantous H., Cao Y., Valappil T., Birnkrant D., Struble K. Benefit-risk assessment for brincidofovir for the treatment of smallpox: US Food and Drug
Administrating Evaluation // Antivir. Res. 2021. Vol. 195.105182.
8. Jordan R., Leeds J.M., Tyavanagimatt S., Hruby D.E. Development of ST-246® for Treatment of Poxvirus Infections // Viruses. 2010. Vol. 2. P. 24092435.
9. Mazurkov O.Yu., Kabanov A.S., Shishkina L.N., Sergeev A.A., Skarnovich M.O., Bormotov N.I., Skarnovich M.A., Ovchinnikova A.S., Titova K.A., Galahova D.O., Bulychev L.E., Sergeev A.A., Taranov O.S., Selivanov B.A., Tikhonov A.Ya., Zavjalov E.L., Agafonov A.P., Sergeev A.N. New effective chemically synthesized anti-smallpox compound NIOCH-14 // J. Gen. Virol. 2016. Vol. 97. P. 1229-1239.
10. Мазурков О.Ю., Шишкина Л.Н., Бормотов Н.И., Скарнович М.О., Серова О.А., Мазуркова Н.А., Черноносов А.А., Тихонов А.Я., Селиванов Б.А. Оценка абсолютной биодоступности химической субстанции противооспенного препарата НИОХ-14 в экспериментах на мышах // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2020. Т.170. № 8. С. 173-177.
11. Никитина П.А., Бормотов Н.И., Шишкина Л.Н., Тихонов А.Я., Перевалов В.П. Синтез и противовирусная активность в отношении вируса осповакцины 1-гидрокси-2-(2-гидроксифенил)имидазолов // Изв. АН. Сер. хим. 2019. №3. С. 634-637.
12. Nikitina P.A., Kuz'mina L.G., Perevalov V.P., Tkach I.I. Synthesis and study of prototropic tautomerism of 2-(3-chromenyl)-1-hydroxyimidazoles // Tetrahedron. 2013. Vol. 69. № 15. P. 3249-3256.
13. Bochkov A.Y., Akchurin I.O., Traven V.F. A new facile way for the preparation of 3-formylcoumarins // Heterocycl. Commun. 2017. Vol. 23. P. 75-78.
14. Laali K.K., Insuasty D., Abonia R., Insuastry B., Bunge S.D. Novel quinoline-imidazolium adducts via the reaction of 2-oxoquinoline-3-carbaldehyde and quinoline-3-carbaldehydes with 1-butyl-3-methylimidazolium chloride [BMIM][Cl] // Tetrahedron Lett. 2014. Vol. 55. P. 4395-4399.
