Синтез строение и биологические свойства комплексных соединений меди с азотсодержащими органическими лигандами

Актуальность темы

.

Проблема изучения и выработки подходов к направленному влиянию на механизмы регуляции клеточной пролиферации и дифференцировки остается актуальной для фундаментальных и прикладных исследований в биологии и медицине, несмотря на ряд важных открытий и внедрений. Поскольку метаболизм полиаминов (ПА) является одним из эссенциальных процессов клеточного роста и дифференцировки [Seiler N., 2003], этот путь считается удобной и надежной мишеныо для поиска и конструирования биологически активных агентов — регуляторов активности ключевых ферментов соответствующих обменных процессов. В соответствии с гипотезой о способности аналогов ПА замещать эндогенные ПА в клетке в участках связывания, был предложен механизм нарушения их внутриклеточных функций [Porter С. W., Bergeron R. J., 1988]. В этой связи наиболее перспективен ряд азотсодержащих гетероциклических соединений, в частности бис-уридильных [Syatkin S.P., Fedorontchuk T.V., Lidack M.Yu., et al., 1994], пуриновых алкалоидов [Beninati S., Lentini A., 1998], азафлуореновых и бензимидазольных производных [Сяткин С.П., Березов Т. Т., Фролов В. А., и соавт., 2007]. Эти агенты объединены тем, что в их структуре содержатся полиаминовые фрагменты.

В последние годы большое внимание уделяется также поиску биологически активных структур среди комплексных соединений d-металлов с органическими лигандами и, особенно, азотсодержащими. Обнаружены антипролиферативные свойства комплексов металлов с лигандами — структурными аналогами ПА [Casero R. A., Woster Р. М., 2009; Tisato F., 2010; Wallace H. M. 2009].

Все вышесказанное подтверждает актуальность получения и биохимической оценки свойств комплексных соединений металлов с азотсодержащими органическими лигандами в плане создания нового класса биологически активных соединений с оригинальным механизмом действия.

Цель работы — синтез и исследование химических, биохимических и биологических свойств комплексных соединений меди с азотсодержащими органическими лигандами, модулирующими метаболизм полиаминов, в экспериментальных биологических системах. Задачи:

1. Провести скрининг производных З-анилино-1-фенил-пропанона-1 и диоксаборининопиридина в стандартной бесклеточной тест-системе для количественной оценки влияния этих соединений на обмен полиаминов.

2. Модифицировать структуры, проявившие наибольшую биохимическую активность, путем координирования с металлом-комплексообразователем — медью (II) и охарактеризовать химические свойства полученных комплексов.

3. Провести количественную оценку способности полученных комплексов влиять на показатели обмена полиаминов в стандартной бесклеточной тест-системе из регенерирующей печени крыс.

4. Оценить цитотоксические свойства исследуемых соединений на сигнальных культурах опухолевых клеток.

5. Определить возможность влияния на экспрессию маркеров готовности к запуску апоптоза клетки для соединений, проявивших наибольшую цитотоксическую активность.

Положения, выносимые на защиту:

1. Соединения 1-фенил-3-(4-толуидино)-пропанон-1, 3-(4-хлоранилино)-1 -фенил пропанон-1, 3-(4-броманилино)-1 -фенилпропанон-1, 3-(4-йоданилино)-1-фенилпропанон-1, 3-(2-фторанилино)-1-фенилпропанон-1, 3-(3-нитроанилино)-1-фенилпропанон-1 повышают активность аминоксидаз.

2. Производные 3-анилино-1-фенил-пропанона-1 ингибируют активность орнитиндекарбоксилазы.

3. Производные диоксаборининопиридина ингибируют активность аминоксидаз.

4. Производные диоксаборининопиридина, в основном, повышают активность орнитиндекарбоксилазы.

5. Комплексные соединения меди (II) с 3-(2-фторанилино)-1-фенилпропаноном-1, 3-(3-хлоранилино)-1-фенилпропаноном-1, 3-(3-нитроанилино)-1 -фенилпропаноном-1, 3-(2-хлоранилино)-1 -фенилпропанон-1-гидразоном и 3-(4-этиланилино)-1-фенилпропаноном-1 повышают активность аминоксидаз.

6. Комплексные соединения меди (II) с З-анилино-1-фенил-пропаноном-1, 1-фенил-3-(4-толуидино)-пропаноном-1, 3-(4-хлоранилино)-1-фенилпропаноном-1, 3-(4-броманилино)-1-фенилпропаноном-1, 3-(4-йоданилино)-1-фенил-пропаноном-1, 3-(2-фторанилино)-1-фенилпропаноном-1, 3-(3-трифторметиланилино)-1 -фенилпропаноном-1, 3-(3-хлоранилино)-1 -фенилпропаноном-1, З-(З-нитроанилино)-1 -фенилпропаноном-1, 3-(2-хлоранил ино)-1 -фенил пропанон-1 -гидразоном ингибируют активность орнитиндекарбоксилазы.

7. Комплексные соединения меди (II) с 1-фенил-3-(4-толуидино)-пропаноном-1, 3-(2-фторанилино)-1 -фенилпропаноном-1, З-(З-хлоранилино)-1 -фенил-пропаноном-1, 3-(2-хлоранилино)-1 -фенилпропанон-1 -гидразоном обладают значимой цитотоксической активностью в отношении опухолевых клеток.

8. Комплексные соединения меди (II) с 1-фенил-3-(4-толуидино)-пропаноном-1, 3-(2-фторанилино)-1-фенилпропаноном-1 и 3-(2-хлоранилино)-1-фенилпропанон-1-гидразоном вызывают повышение уровня экспрессии маркера готовности клетки к апоптозу С095 у мононуклеарных лейкцитов здорового человека.

Научно-практическая значимость.

Модифицирована и адаптирована методика количественного определения дансильных производных полиамипов методом ВЭЖХ для прибора высокоэффективного жидкостного хроматографа с флуоресцентной детекцией на базе платформы Agilent 1200.

Результаты исследований формируют базу данных для разработки программного обеспечения расчетов количественных корреляций связи «структура-активность» (ККСА, или QSAR) при компьютерном моделировании химических структур с заданными биологическими свойствами, в частности с антиопухолевой и антипролиферативной активностью. Данные о новых синтетических соединениях, содержащих полиаминовые фрагменты, могут быть использованы для синтеза веществ с улучшенными терапевтическими свойствами.

Апробирован алгоритм первичного тестирования новых синтетических соединений на наличие биохимической и биологической активности.

Внедрение в практику.

Адаптированная методика количественного определения полиаминов в биологических тканях методом ВЭЖХ с флуоресцентной детекцией внедрена в работу ЦКП ЫОЦ РУДЫ.

Результаты работы используются в лекции «Обмен полиаминов как терапевтическая мишень» в курсе «Медицинской энзимологии» для студентов по специальности «Лечебное дело».

Научная новизна.

Впервые выявлены активирующие распад и/или ингибирующие синтез ПА производные 3-фениламино-1-фенил-пропанона-1.

Впервые синтезированы и охарактеризованы по химическим и физико-химическим свойствам 11 комплексных соединений двухвалентной меди с производными 3-фениламино-1-фенил-пропанона-1.

Впервые in vitro провели определение и количественно оценили влияние производных диоксаборининопиридина и З-фениламино-1-фенил-пропанона.

1, а также медных комплексов с последними на 3-х сигнальных культурах клеток опухолей человека (беспигментной меланоме MEL7, эстрогензависимого рака молочной железы MCF7 и гормонозависимого рака предстательной железы РСЗ). Установлено отсутствие цитотоксичности у лигандов и появление цитотоксичности комплексов.

Впервые in vitro на клетках мононуклеарных лейкоцитов человека выявлено повышение экспрессии маркеров готовности к апоптозу на фоне действия 3 медных комплексов с производными З-фениламино-1-фенил-пропанона-1.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на итоговой конференции студенческого научного общества медицинского факультета РУДН «Клинические и теоретические аспекты современной медицины», 24 — 27 апреля 2007 г. МоскваXV международной конференции «Новые информационные технологии в медицине, биологии, фармакологии, и экологии», 31 мая-10 июня, 2007 г., Гурзуф- 10th International Congress On Amino Acids And Proteins (ICAAP). 21−26 August 2007. — Kallithea, Chalkidiki, GreeceСателлитном симпозиуме «Экология и здоровье» Съезда физиологического общества им. И. П. Павлова, 9 — 10 июня 2007 г.- International Polyamine Conference. Gotemba, Shizuoka, Japan, June 14 — June 18, 2010; Международной конференции «Новые информационные технологии в медицине, биологии, фармакологии и экологии» Украина, Крым, Ялта-Гурзуф, с 31 мая по 9 июня 2010 г.- Международной научно-практической конференции «Экология и медицина: современное состояние, проблемы и перспективы», Москва, 2−3 ноября, 2010 г.- 2а International Conference on the Role of Polyamines and their Analogs in Cancer and other Diseases, Rome, Italy, December 1−6, 2010; VII Международной научно-практической конференции. Актуальные научные достижения, 17−25 июня 2011 г. София, Болгария- 12th International Congress on Amino Acids, Peptides and Proteins. Beijing, China, August 1−5, 2011; XX Юбилейной международной конференции и дискуссионном научном клубе. Новые информационные технологии в медицине, биологии, фармакологии и экологии. Украина, Крым, Ялта-Гурзуф, 5−15 июня 2012 г.- IV Международной научной конференции Science4Health 2012. Клинические и теоретические аспекты современной медицины. 18−21 апреля 2012 г., РУДН, Москва- 2012Congress on polyamines. Polyamines: biological and clinical perspectives. Istanbul, 2 — 7 September, 2012; XIV Всемирный конгресс «Здоровье и образование в XXI веке» 14−17 Ноября 2012 года, РУДН, г. Москва.

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 24 печатные работы, в том числе 3 научных статьи в журналах из списка, рекомендованного ВАК РФ.

Структура и объем диссертации

.

Диссертация изложена на 167 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, главы с описанием материалов и методов, глав с описанием результатов собственных исследований, обсуждения результатов и выводов.

Список литературы

включает 271 источников, из них 242 зарубежных и 29 отечественных. Работа иллюстрирована 61 рисунком и 26 таблицами.

Заключение

.

В результате последовательного отбора соединений с потенциальной антипролиферативной активностью были отобраны три наиболее активных медных комплекса с производными 3-анилино-1-фенил-пропанона-1: В2, В6 и BIO.

Для соединений В6 и BIO в «полиаминовом» тесте показано активирующее действие на распад и ингибирующее действие на синтез ПА. В цитотоксическом тесте они проявили значимое антипролиферативное действие. В тесте на проапоптотическое действие эти вещества показали выраженную способность повышать уровень экспрессии маркера апоптоза CD 95. Все тги данные свидетельствуют в пользу возможной реализации запуска механизма программированной клеточной гибели опухолевых клеток через активацию окислительного дезамииироваиия ПА и генерацию цитотоксических продуктов их распада и индукторов апоптоза.

Соединение В2 не проявило активирующего действия на распад полиаминов в бесклеточной тест-системе, но также как и первые два ингибирует их синтез. Для него также показана значимая цитотоксическая активность и способность повышать уровень экспрессии маркера апоптоза CD95. В данном случае возможно осуществление альтернативного апоптотического пути клеточной гибели. щ!

Полиаминовый тест может быть использован для предварительного прогнозирования биологической активности на доклеточном уровне. Представляется целесообразным дополнить его исследованиями в области возможного действия тестируемых соединений на активность ферментов ПА опосредованно — через влияние на уровне генетической регуляции активности этих ферментов.