CC BY
23
УДК 547.781.1
Ягушова М.А., Бормотов Н.И., Серова О.А., Шишкина Л.Н., Перевалов В.П., Никитина П.А.
СИНТЕЗ, ОЦЕНКА ЦИТОТОКСИЧНОСТИ И ПРОТИВОВИРУСНОЙ АКТИВНОСТИ В ОТНОШЕНИИ ВИРУСА ОСПОВАКЦИНЫ ЭТИЛОВЫХ ЭФИРОВ 2-АРИЛ-1-ГИДРОКСИ-4-МЕТИЛИМИДАЗОЛ-5-КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ
Ягушова Мария Александровна, обучающийся 2 курса магистратуры факультета нефтегазохимии и полимерных материалов РХТУ им. Д.И. Менделеева
Бормотов Николай Иванович, к.б.н., заведующий лабораторией химических препаратов отдела профилактики и лечения особо опасных инфекций ГНЦ ВБ «Вектор»
Серова Ольга Алексеевна, н.с. 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»
Перевалов Валерий Павлович, д.х.н., профессор, заведующий кафедрой технологии тонкого органического синтеза и химии красителей РХТУ им. Д.И. Менделеева
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, был синтезирован ряд новых производных этилового эфира 1-гидрокси-4-метил-2-фенилимидазол-5-карбоновой кислоты. Были оценены их цитотоксичность и вирусингибирующая активность в отношении вируса осповакцины. Показана перспективность данных соединений для дальнейшей разработки противовирусных препаратов в отношении ортопоксвирусов.
Ключевые слова: 2- арилимидазолы, 1-гидроксиимидазолы, вирус осповакцины, противовирусная активность, цитотоксичность
SYNTHESIS, EVALUATION OF CYTOTOXICITY AND ANTIVIRAL ACTIVITY AGAINST VACCINIA VIRUS OF ETHYL 2-ARYL-1-HYDROXY-4-METHYLIMIDAZOL-5-CARBOXYLATES
Yagushova M.A.1, Bormotov N.I.2, Serova O.A.2, Shishkina L.N.2, Perevalov V.P.1, Nikitina P.A.1,3, 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, a series of new ethyl 1-hydroxy-4-methyl-2-phenylimidazole-5-carboxylates was synthesized. Their cytotoxicity and antiviral activity against Vaccinia virus were estimated. Availability of this kind of structures for the further search for antiviral copmounds against orthopoxviruses was demonstrated.
Key words: 2-arylimidazoles, 1-hydroxyimidazoles, Vaccinia virus, antiviral activity, cytotoxicity
Так как натуральная оспа была полностью ликвидирована более 40 лет назад [1], и вскоре после этого прекратилась и соответствующая массовая вакцинация населения, большая часть людей в настоящее время не обладает иммунитетом против инфекций, вызываемых ортопоксвирусами [2,3]. Вследствие этого всё чаще встречаются случаи заражения человека такими зоонозными инфекциями, как оспа обезьян или оспа коров [4]. При этом на сегодняшний день из трех препаратов, ранее одобренных FDA (Food and Drug Administration, Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов, США), только один препарат Тековиримат (Tecovirimat, TPOXX), созданный на основе химического соединения ST-246 (4-трифторметил-К-(3,3а,4,4а,5,5а,6,6а-
октагидро-1,3 -диоксо-4,6-
етеноциклопроп[£]изоиндол-2(1Ы)ил)бензамид), был зарегистрирован для лечения натуральной оспы и других заболеваний, вызываемых ортопоксвирусами
[5]. В России был разработан его аналог - НИОХ-14
[6]. Этот ограниченный набор препаратов является основной предпосылкой поиска новых органических молекул, обладающих вирусингибирующей активностью в отношении данного рода вирусов.
Ранее [7] нами было обнаружено, что производные 1 -гидрокси-2-(2-гидроксифенил)имидазола обладают перспективной активностью в отношении вируса осповакцины. В продолжение этого исследования нами было синтезировано три новых производных этилового эфира 1-гидрокси-4-метил-2-
фенилимидазол-5-карбоновой кислоты 1а-с, отличающихся заместителями в бензольном фрагменте в положении 2 имидазола (Схема 1).
Н,С
НО
I
N.
чос2н5
* JL
CH3COONH4 N-V^OC^H.
R СН3СООН П
^илк..
2П5
ЧЭН о " " . " СН3
* За-с 1а-с
a R = Н Ь R = СН3 с R = С6Н5
Схема 1. Синтез новых этиловых эфиров 2-арил-1-гидрокси-4-метилимидазол-5-карбоновых кислот.
Новые производные 1-гидроксиимидазола 1а-с были получены конденсацией оксима 2 с бензальдегидами 3а-с и ацетатом аммония в ледяной уксусной кислоте. Температурные условия реакции варьировались (Таблица 1). Контроль за ходом реакции вели с помощью тонкослойной хроматографии, продолжая выдержку до исчезновения пятна исходного альдегида.
№ R Температура выдержки, Время выдержки Выход, %.
1a Н 40-50 °С 8 часов 38
1b 4-СНз комнатная 10 дней 2
1b 4-СНз 50-60 °С 15 часов 57
1b 4-СНз кипение 1 час -
1с 4-СбН5 комнатная 7 дней 7
1с 4-СбН5 50-60 °С 17 часов 72
Оптимальным является проведение данной реакции при нагревании, при температуре 50-60 °С. Попытки проведения конденсации при комнатной температуре привели к значительному увеличению
* 11
времени выдержки и ещё более значительному понижению выхода целевого продукта, при этом не упростили процедуру последующей очистки целевых соединений. Проведение реакции при температуре кипения реакционной массы достаточно быстро привело к образованию трудноразделимой смеси неидентифицируемых продуктов.
Исходный оксим 2 был получен нитрозированием ацетоуксусного эфира 4 нитритом натрия в среде ледяной уксусной кислоты по известной методике (Схема 2) [8].
О О О О
ЛЛ
NaNOp
Н3С'
чос2н5
СНдСООН
Н3С
I
N.
^ОС2Н5
4 2 "ОН
Схема 2. Нитрозирование ацетоуксусного эфира
Новые производные 1-гидроксиимидазола 1а-с были полностью охарактеризованы совокупностью современных физико-химических методов анализа и исследованы на наличие активности в отношении вируса осповакцины в культуре клеток Vero.
Н,С
1а
снуЬ^
1с
Схема 3. Структуры исследованных 1-гидроксиимидазолов.
В Таблице 2 приведены предварительные результаты испытаний активности против вируса осповакцины на культуре клеток Vero 1-гидроксиимидазолов 1а-с и данные для ранее исследованного производного ld (Схема 4).
* 11 Q^^ObHe
г*
он м -
Схема 4. Структура ранее изученного этилового эфира 1-гидрокси-2-(2-гидроксифенил)-4-метилимидазол-5-карбоновой кислоты 4й.
Таблица 2. Противовирусная активность 1-гидроксиимидазолов la-с в отношении вируса осповакцины (штамм
Соединение TC50, мкг/мл IC50, мкг/мл SI (TC50/ IC50) Примечание
1a 42.179 Н.а. --
1b >100 4.208 >23.7
1c 19.9 4.349 4.6
1d 478±27.15 4.07 118.53±10.38 [7]
Цидофовир (препарат сравнения) 275.72±2.04 10.03±0.63 27.60±1.56 [7]
Примечание к таблице: ТС50 - 50%-я токсическая концентрация препарата, при которой разрушается 50% клеток неинфицированного монослоя; 1С 50 - 50%-я вирусингибирующая концентрация препарата, при которой сохраняется 50% клеток инфицированного монослоя; SI - индекс селективности препарата, отношение ТС50ЛС50; Н.а. - нет активности.
Соединение 1а не обладает вирусингибирующей активностью и достаточно цитотоксично. Вирусингибирующая активность в отношении вируса осповакцины соединений 1b-d примерно одинакова и сравнима с проявляемой активностью допущенного к клиническим исследованиям препарата Цидофовир [5]. При этом 2-([1,1'-бифенил]-4-ил)-1-гидроксиимидазол 1с является цитотоксичным.
По-видимому, для того, чтобы производные этиловых эфиров 1-гидрокси-4-метилимидазол-5-карбоновой кислоты проявляли вирусингибирующую активность в отношении вируса осповакцины, важно наличие заместителя в арильном (бензольном) фрагменте в положении 2 имидазола. При этом, вероятно, структура этой функциональной группы оказывает влияние на проявляемую цитотоксичность: так, «дополнительное» ароматическое кольцо бифенила в случае соединения 1c привело к возрастанию цитотоксичности.
Для наиболее перспективного из трёх новых синтезированных производных 1 -гидроксиимидазола 1а-с - этилового эфира 1-гидрокси-4-метил-2-(4-метилфенил)имидазол-5-карбоновой кислоты 1b -индекс селективности составляет 23.7.
Работа выполнена в рамках государственного задания ФБУН ГНЦ ВБ «Вектор» Роспотребнадзора.
Список литературы
1. Маренникова С.С., Щелкунов С.Н. Патогенные для человека ортопоксвирусы / М.: KMK Scientific Press Ltd., 1998. 375 c.
2. Gallwitz S., Schutzbank T., Heberling R.L., Kalter S.S., Galpin J.E. Smallpox: Residual Antibody
after Vaccination // J. Clin. Microbiol. 2003. Vol. 41. P. 4068-4070.
3. Shchelkunov S.N. Emergence and reemergence of smallpox: The need for development of a new generation smallpox vaccine // Vaccine. 2011. 29S. D49-D53.
4. 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.
5. Yu J., Raj S.M. Efficacy of three key antiviral drugs used to treat orthopox infections: a systematic review // Global Biosecurity. 2019. Vol. 1. P. 41-52.
6. 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.
7. 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.
8. 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.
