Ш
БИООРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, 2014, том 40, № 2, с. 142-156
УДК 577.112:577.175.82
АНАЛИЗ ЗАВИСИМОСТИ СТРУКТУРА-АКТИВНОСТЬ В РЯДУ АНАЛОГОВ ГСБ-106-ДИПЕПТИДНОГО МИМЕТИКА МОЗГОВОГО НЕЙРОТРОФИЧЕСКОГО ФАКТОРА
© 2014 г. А. В. Тарасюк#, Т. А. Гудашева, Н. М. Сазонова, П. И. Антипов, Д. В. Курилов, П. Ю. Поварнина, И. О. Логвинов, Т. А. Антипова, С. Б. Середенин
ФГБУ "НИИфармакологии им. В.В. Закусова" РАМН, 125315, Москва, ул. Балтийская, 8 Поступила в редакцию 30.05.2013 г. Принята к печати 07.08.2013 г.
Ранее нами был получен димерный дипептидный миметик 4-й петли BDNF гексаметилендиамид бис(Ж-моносукцинил-Х-серил-Х-лизина) (ГСБ-106), обладающий нейропротективной активностью in vitro в интервале концентраций 10-5—10-8 М и антидепрессивной активностью in vivo в дозах 0.1 и 1 мг/кг внутрибрюшинно у крыс. В настоящей работе исследованы структурно-функциональные отношения в ряду аналогов ГСБ-106. Был проведен глициновый скан и синтезированы соответствующие соединения: ГТ-105 (замена Lys на Gly), ГТ-107 (замена Ser на Gly), ГТ-106Ас (замена Suc на Ас). Изучена зависимость активности от конфигурации аминокислотных остатков: FT-107D (Д-энантиомер ГТ-107), FT-106DL (замена LSer на ^Ser), FT-106LD (замена LLys на ^Lys). Исследование этих соединений на клеточной культуре HT22 в условиях окислительного стресса показало сохранение нейропротективного эффекта при замене серина на глицин, замене сукцинильного радикала. Исчезновение эффекта наблюдалось при замене остатка лизина на глицин и Д-лизин и обращении конфигурации серина. Полученные результаты свидетельствуют о ключевой роли бокового радикала лизина у ГСБ-106 в проявлении его нейропротективной активности. L-Конфигурация необходима как для остатка лизина, так и для остатка серина. В отсутствие бокового радикала сери-на конфигурация лизина остается критичной. Таким образом, минимальным нейропротективным фармакофором бета-изгиба 4-й петли BDNF является следующий фрагмент: HOOC-CH2-CH2-CO-NH-(^CH(CH2OH)-CO-NH-(^CH((CH2)4NH2)-CO-NH(CH2)3. Из двух аналогов ГСБ-106 с нейропротективной активностью антидепрессивной активностью обладает только ГТ-106Ас. Это свидетельствует о более строгих структурных требованиях для проявления антидепрессивной активности. Полученные результаты могут быть полезны для конструирования новой группы миметиков BDNF.
Ключевые слова: BDNF, миметик, ГСБ-106, фармакофор, нейропротективная активность, антидепрессивная активность.
DOI: 10.7868/S0132342314020134
ВВЕДЕНИЕ
Нейротрофический фактор мозга (Brain derived neurotrophic factor, BDNF) относится к семейству нейротрофинов, которое включает также фактор роста нервов (NGF), нейротрофин-3 (NT-3), ней-ротрофин-4/5 (NT-4/5) и нейротрофин-6 (NT-6)
Сокращения: AKT — альфа^ег/ГИг-протеинкиназа; BDNF — нейротрофический фактор мозга, DIEA — Л,Л-диизопро-пилэтиламин, DMAPA — 3-(диметиламино)пропиламин, ERK — экстрацеллюларная сигналрегулируемая киназа; HONSu — Л-гидроксисукцинимид, NGF — фактор роста нервов, ONB — норборненовый эфир, OPfp — пентафтор-фенилокси, Suc — сукцинил (3-карбоксипропаноил), TFA — трифторуксусная кислота, TrkB — тропомиозин-киназный рецептор B, Z(Cl) — 2-хлорбензилоксикарбонил. У Z-аминокис-лот конфигурационный символ опущен.
# Автор для связи (тел.: +7 (495) 601-22-46; факс: 8 (499) 15112-61, эл. почта: tarasiuk86@gmail.com).
[1]. Эти факторы поддерживают выживаемость периферических и центральных нейронов, однако, имеется специфика действия индивидуальных ней-ротрофинов на отдельные нейрональные популяции. Так, основными мишенями БОМБ являются дофаминергические нейроны черной субстанции, холинергические нейроны переднего мозга,
серотонинергические нейроны коры, ОЛБЛ*-ер-гические нейроны стриатума [2]. БОМБ регулирует развитие и выживаемость нейронов, синаптиче-скую пластичность и другие важные функции центральной нервной системы [3]. Дезрегуляция БОМБ вовлечена в патогенез многих нейродегенеративных заболеваний, включая болезни Паркинсона, Альцгеймера, Хантингтона [4], а также психиче-
* GABA — гамма-аминомасляная кислота.
ских заболеваний, таких как биполярные расстройства и шизофрения [5]. Особый интерес к BDNF определяется его участием в патогенезе депрессии и возможной антидепрессивной активностью [6].
Однако фармакологическое использование BDNF ограничено его быстрой деградацией в организме, низкой способностью проникать через гематоэнцефалический барьер и наличием нежелательных побочных эффектов [7].
BDNF связывается с TrkB-рецептором, вызывая его димеризацию, аутофосфорилирование и активацию ряда сигнальных путей, включая фосфати-дилинозитол-3-киназный (PI3K/AKT) и активируемый митогеном протеинкиназный (MAPK/ERK) пути [8]. Поэтому для разработки нейропротек-торных лекарственных средств представляется актуальным создание низкомолекулярных миме-тиков BDNF, способных активировать сигнальные пути рецептора TrkB и лишенных недостатков полноразмерного белка BDNF.
Над этой задачей работают несколько исследовательских групп. Так, группой австралийских ученых сконструирован ряд миметиков на основе петель BDNF: мономерные моноциклические пептиды с антагонистической активностью на основе 1-й, 2-й и 4-й петель [9]; димерные бицикличе-ские и трициклические пептиды с агонистической активностью на основе 2-й петли [10]; циклопента-пептид — лиганд для р75-рецептора, усиливающий выживаемость сенсорных нейронов, на основе три-пептидного фрагмента 4-й петли -Lys-Lys-Arg- [11]. Американскими исследователями [12] был проведен виртуальный скрининг 35 миллионов соединений с отбором по фармакофорным группам и было найдено 1785 соединений-лигандов TrkB-ре-цептора. Далее, используя такие критерии, как небольшая молекулярная масса и доступность фармакофорной части для взаимодействия с рецептором, число кандидатов было уменьшено до 7 соединений. После тестирования in vitro было выбрано самое активное соединение (LM22A-4), для которого in vivo была показана способность восстанавливать пространственную память у крыс, нарушенную травмой мозга.
Ранее нами был получен димерный дипептид-ный миметик 4-й петли BDNF гексаметиленди-амид бис(^-моносукцинил-Х-серил-Х-лизина) (ГСБ-106) [13]. ГСБ-106 был сконструирован на основе гипотезы о том, что фармакофорным участком нейротрофина является бета-изгиб его наиболее экспонированной наружу шпилькооб-разной структуры [14]. Из 4 аминокислотных остатков бета-изгиба 4-й петли Asp93-Ser94-Lys95-Lys96 центральный дипептидный фрагмент был сохранен, с целью упрощения структуры и увеличения энзиматической стабильности, остаток
Asp93 был заменен на его биоизостер (остаток янтарной кислоты), а Lys96 — на амидную группу. Димерная структура BDNF была воспроизведена с помощью гексаметилендиаминового спейсера.
ГСБ-106, аналогично BDNF, активировал TrkB-рецептор и его ERK- и AKT-сигнальные пути [15], проявлял нейропротекторную активность на ней-рональных клеточных культурах в интервале концентраций 10-5—10-8 М, а также обнаруживал характерную для BDNF антидепрессивную активность в ряде тестов на грызунах в дозах 0.1 и 1 мг/кг внутрибрюшинно [16].
Таким образом, ГСБ-106 показал себя перспективной лидерной структурой новой группы нейропротекторов и антидепрессантов.
С целью развития такой группы в настоящей работе изучена связь структуры и активности в ряду аналогов ГСБ-106 и выявлен его минимальный фармакофор. Для этого были синтезированы 6 новых соединений, аналогов и диастереомеров ГСБ-106 и изучена их нейропротективная активность in vitro и антидепрессивная активность in vivo.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Для выявления роли боковых радикалов отдельных аминокислотных остатков, их конфигурации в ГСБ-106 и определения минимального фармакофора были синтезированы аналоги и сте-реоизомеры, представленные ниже (замены выделены жирным шрифтом):
ГСБ-106 (HO-Suc-Ser-Lys-NH-(CH2)3-)2
ГТ-105 (HO—Suc—Ser—Gly—NH—(CH2)3—)2
ГТ-107 (HO—Suc—Gly—Lys—NH—(CH2)3—)2
rT-107D (HO—Suc—Gly—DLys—NH—(CH2)3—)2
ГТ-106АС (CH3CO—Ser—Lys—NH—(CH2)3—)2
Fr-106LD (HO—Suc—Ser—DLys—NH—(CH2)3—)2
Fr-106DL (HO—Suc—DSer—Lys—NH—(CH2)3—)2
Синтез аналогов ГСБ-106 был осуществлен наращиванием пептидной цепи с С-конца методом активированных эфиров с использованием Boc/Z- или Z/Boc-стратегий защитных групп. Активированные эфиры защищенных аминокислот получали по стандартным методикам [17].
Соединения ГТ-107, Fr-107D, Fr-106DL и Fr-106LD синтезировали, исходя из коммерчески доступного Z—(L/D)Lys(Boc)—OH. Защищенное производное лизина димеризованное гексаме-тилендиаминовым спейсером [Z— (L/D)Lys(Boc)— NH—(CH2)3—]2, деблокировали водородом в присутствии 10% Pd/C в течение 1.5—3 ч. Полученные производные L- или ^-лизина [H—(L/D)Lys(Boc)— NH—(CH2)3—]2 затем конденсировали в DMF с Z— Gly—OSu в случае ГТ-107 или Fr-107D, в случае
ГТ-106DL—с норборненовым эфиром Z—Жег(Би')-ОМБ, а в синтезе ГТ-106LD - с Z-Ser-OPfp с выходами около 80%. Полученные Z-защищенные димерные дипептиды подвергали каталитическому гидрогенолизу и без выделения деблокированные производные ацилировали янтарным ангидридом в ОМЕ Боковые Вос/Ви'-защитные груп-
пы удаляли обработкой ТЕЛ в диоксане или дихлорметане с выходом около 90%. Соединения ГТ-107 и ГТ-107О были получены в бессолевой форме путем обработки ионообменной смолой. Целевые продукты выделяли кристаллизацией или ВЭЖХ с общим выходом от 38 до 42% (схема 1).
2-(Х/!)Ьу8(Бос)-ОИ
1) НОШи ОСС ТНЕ, 0°С, 24 ч
2) И^
ОМЕ 8 ч
№
2-(Х/!)Ьу8(Бос)_КИ
\
2-(Х/!)Ьу!(Бос)—кИ
85%/84%
ДСИ2)6
1) Н2, 10% Рё/С МеОН, 6 ч
И—(Х/-О)Ьув(Вос) —ки
И-(Х/!)Ьу8(Бос)—КИ
ДСИ2)6
Z-Gly-ONSu ОМЕ 2 ч I
Z-ЛSeг(Bu')-ONB ОМЕ, 3 ч
2—01у—(Х/Д)Ьу8(Бос) —КИ 2-Д8ег(Би')-Ьу8(Бос^КИ
)(СИ2)6 , )(СИ2)6
84%/80% 80%
Н2, 10% Рё/С МеОН, 0.5 ч
1) Н2, 10% Рё/С МеОН, 2 ч
2) Л Г ОМЕ, 16 ч
И-01у-(Х/!)Ьу8(Бос)—КИ 2) \_7
^(СИ2)6 И-01у-(Х/!)Ьу8(Бос) —КИ
96%/95% ИО-8ис-Д8ег(Би')-Ьу8(Бос^кИ
О^О. ^О
ОМЕ, 4 ч
ИО—8ис—Д8ег(Би')—Ьу8(Бос) —N4 78%
ДСИ2)6
ИО-8ис-01у-(Х/!)Ьу8(Бос)_КИ
)(СИ2)6
ИО-8ис-01у-(Х/!)Ьу8(БосЬ-КИ
82%/83%
1) СН3СООН/диоксан 45 мин
2) Амберлит ШЛ-410
ИО-8ис-01у-(Х/!)Ьу8 —КИ
)(СИ2)6
ИО-8ис-01у-(Х/Д)Ьу^КИ
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.