научная статья по теме ЭНАНТИОСЕЛЕКТИВНЫЙ СИНТЕЗ (R)- И (S)-3-МЕТИЛСПЕРМИДИНОВ Химия

Текст научной статьи на тему «ЭНАНТИОСЕЛЕКТИВНЫЙ СИНТЕЗ (R)- И (S)-3-МЕТИЛСПЕРМИДИНОВ»

БИООРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, 2015, том 41, № 5, с. 612-618

УДК 547.415.057

ЭНАНТИОСЕЛЕКТИВНЫЙ СИНТЕЗ (Я)- И (¿)-3-МЕТИЛСПЕРМИДИНОВ

© 2015 г. М. А. Хомутов#, Т. А. Кейнанен*, М. Т. Хивонен*, Я. Вейсель*, Й. Вепсалайнен*, Л. Алхонен*, С. Н. Кочетков, А. Р. Хомутов

Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН, 119991, Москва, ул. Вавилова, 32 *Департамент Фармации, Университет Восточной Финляндии, Куопио, Финляндия Поступила в редакцию 20.03.2015 г. Принята к печати 06.04.2015 г.

Неизвестные ранее энантиомерно чистые (К)- и (¿)-1,8-диамино-3-метил-4-азанонаны (3-Ме8р^) синтезированы с высокими суммарными выходами и высокой оптической чистотой из коммерчески доступных К- и ¿-изомеров Ж-Бос-2-аминопропанола-1. Обсуждаются возможности использования К- и ¿-изомеров 3-Ме$рё для изучения стереоспецифичности системы транспорта полиаминов в клетки и особенностей дезоксигипузинсинтазной реакции.

Ключевые слова: полиамины, аналоги спермидина, (R)-3-MeSpd и (S)-3-MeSpd, спермидин/спермин-N1-ацетилтрансфераза, дезоксигипузинсинтаза, клетки DU145.

DOI: 10.7868/S0132342315050061

ВВЕДЕНИЕ

Биогенные полиамины спермин (1,12-диами-но-4,8-диазадодекан, 8рш) и спермидин (1,8-ди-амино-4-азаоктан, 8рё) присутствуют в клетках всех типов в микро- и миллимолярных концентрациях и жизненно необходимы для их нормального роста. Высокое внутриклеточное содержание 8рш и 8рё определяет множественность и разнообразие их клеточных функций, многие из которых на молекулярном уровне остаются все еще малоизученными, что и обеспечивает поступательное развитие этой области биохимии [1]. Повышенное содержание 8рш и 8рё в опухолевых клетках [2] и необходимость полиаминов для размножения болезнетворных трипаносоматидов [3] формируют прикладную составляющую исследований клеточных функций биогенных полиаминов и поиска новых регуляторов их метаболизма. Правомерность подобного подхода подтверждается противоопухолевой активностью ингибиторов биосинтеза полиаминов [4] и индукторов ферментов катаболизма 8рш и 8рё [5], а также успешным использованием а-дифторметилорнитина (ЭБМО, БАо-гпНЫпе®), эффективного ингибитора биосинтеза

Список сокращений: DHS — дезоксигипузинсинтаза, Ms — метансульфонил, Ns — 2-нитрофенилсульфонил, Spd — спермидин, 1-MeSpd (1,8-диамино-5-азанонан), Spm — спермин, 2-MeSpd (1,8-диамино-2-метил-4-азаоктан), 3-MeSpd (1,8-диамино-3-метил-4-азаоктан), SSAT — спермидин/спермин-^-ацетилтрансфераза.

#Автор для переписки (тел.: +7 (499) 135-60-65, e-mail: hommaximus@mail.ru).

8рш и 8рё, для лечения поздних стадий сонной болезни [6].

Изучение клеточных функций полиаминов на молекулярном уровне осложнено их частичной взаимозаменяемостью и легкостью взаимопревращений 8рш и 8рё [1]. Одним из решений, хорошо дополняющим существующие подходы, позволяющие дискриминировать клеточные эффекты 8рш и 8рё (использование мутантных микроорганизмов [7] и трансгенных животных [8]), может быть истощение внутриклеточного пула полиаминов и использование для обращения эффекта функционально активных миметиков 8рш и 8рё, не способных к взаимопревращениям. Однако соединения, обладающие таким комплексом свойств, до настоящего времени неизвестны.

Среди множества описанных в литературе аналогов 8рё его наиболее удачными миметиками, по-видимому, следует считать описанные нами ранее С-монометилированные производные [9, 10], включая К- и ¿-изомеры 1-метилспермидина (1-Ме8рё) [11]. Анализ данных по взаимодействию рацемических С-монометилированных аналогов 8рё с ферментами метаболизма полиаминов и клетками [9, 10, 12], а также активности в этих системах К- и ¿-изомеров 1-Ме8рё [13, 14], показал, что необходимой метаболической устойчивостью в комбинации со способностью выполнять функции 8рё в клетках может обладать лишь один из сте-реоизомеров 3-Ме8рё. Это предположение основывалось на отсутствии у рацемического 3-Ме8рё

ЭНАНТИОСЕЛЕКТИВНЫИ СИНТЕЗ (R)- И (¿)-3-МЕТИЛСПЕРМИДИНОВ O O

NH

2

O

HN

OH

nh2

Рис. 1. Гипузинилирование фактора инициации трансляции 5А (eIF5A). i — дезоксигипузинсинтаза (DHS); ii — дезок-сигипузингидроксилаза.

субстратных свойств в спермидин/спермин-^1-ацетилтрансферазной реакции [10] (это обстоятельство обеспечивает катаболическую устойчивость аналога), а также и на неспособности 3-Ме8рё превращаться в культуре клеток в 1,12-диами-но- 3 -метил-4, 9 -диазад од екан (3 -метилспермин, 3-Ме8рш) [9].

Рацемический 3-Ме8рё в течение трех суток поддерживает рост клеток с дефицитом полиаминов [9], однако, в противоположность рацемическим 1- и 2-Ме8рё, при хроническом дефиците полиаминов (клетки, обработанные дифтормети-лорнитином в течение 10 сут и более) не способен к восстанавлению их роста [15]. В этих условиях содержание 8рё в клетке становится ниже критического, что делает невозможным посттрансляционную модификацию жизненно необходимого фактора инициации трансляции 5А (е1Б5Л). Ключевая стадия этого превращения катализируется дезокси-гипузинсинтазой (ЭИ8), которая осуществляет перенос аминобутильного фрагмента 8рё на е-амино-группу Lys-50 фактора е1Б5Л [16], а рацемические 1, 2- и 3-Ме8рё^ служат донорами аминобутильного фрагмента в реакции ЭИ8 [15] (рис. 1).

Рацемический 1-Ме8рё поддерживает рост клеток с хроническим дефицитом полиаминов несмотря на то, что предпочтительным субстратом ЭИ8 является (¿)-1-Ме8рё [17]. Таким образом, в случае 1-Ме8рё система транспорта полиаминов не дискриминирует Я- и ¿-изомеры 1-Ме8рё, и в клетки проникает достаточное количество активного изомера. Поэтому для объяснения неспособности рацемического 3-Ме8рё поддерживать рост клеток ЭШ45 с хроническим дефицитом полиаминов приходится предположить, что лишь один из изо-

меров З-MeSpd служит субстратом DHS, и этот изомер З-MeSpd или не проникает в клетки, или его транспорт ингибируется другим изомером, который не является донором аминобутильного остатка в дезоксигипузинсинтазной реакции.

Для проверки этих предположений необходимы неизвестные ранее (R)- и (¿)-3-MeSpd's, синтез которых и описывается в настоящей работе.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Для построения скелета энантиомерно чистых (R)- и (¿)-3-MeSpd's оправданным представляется использование коммерчески доступных хи-ральных исходных соединений. По-видимому, оптимальными предшественниками являются R- и ¿-изомеры ^-Бос-2-аминопропанола-1, которые с успехом использовались нами ранее для получения (R)- и (¿)-1-MeSpd [11]. S- и R-изомеры ^-Бос-2-аминопропанола-1 были превращены по описанной методике [11] в S- и R-изомеры ^3-Бос-1,3-диаминобутана, соединения (I) и (II) соответственно (схема).

Бензилоксикарбонилированием свободной аминогруппы соединений (I) и (II) были получены ^1-СЬ2-^3-Вос-1,3-диаминобутаны (III) и (IV), из которых избирательным удалением Вос-группы при помощи HCl/EtOH были приготовлены ключевые интермедиаты — ^-СЬ2-1,3-диа-минобутаны (V) и (VI). ^-Cbz-Диамины (V) и (VI) служили предшественниками соответствующих нозилатов (VII) и (VIII). Алкилирование последних ^-(4-йодбутил)фталимидом в DMF и "one-pot" -удаление нозильной защиты с высоким выходом привело к ^1-СЬ2-^8-фталоилтриами-

614

ХОМУТОВ и др.

(а)

(б)

(в)

со 100

Рис. 2. Разделение трисдансилированных Я- и ¿-изомеров 3-Ме8рё. Фрагменты профилей элюции рацемического 3-Ме8рё (а), (Я)-3-Ме8рё (б) и (¿)-3-Ме8ра (в) на хиральной ВЭЖХ-колонке Ьих-2 (5 мкм 5 х 250 мм, РИепошех®). Цифры над пиками соответствуют времени выхода веществ (мин), а цифры под ними — площади пиков (в процентах). Условия разделения см. в Экспериментальной части.

нам (IX) и (X), которые были очищены хроматографией на 8Ю2. Последовательным удалением фталильной и СЬ2-груип гидразинолизом и каталитическим гидрированием над Рё-чернью были

получены целевые ¿- и Я-изомеры 3-Ме8рё (XIII) и (XIV) с суммарными выходами 25 и 30%, считая на исходные изомеры ^-Бое-2-аминопропанола-1 соответственно.

Вос^

N H

N^1

(I): ¿-изомер

(II): Я-изомер

Вое

Н

(III): ¿-изомер

(IV): Я-изомер

Н2К

N Н

(V): ¿-изомер

(VI): Я-изомер

N8.

N Н

N Н

(VII): ¿-изомер

(VIII): Я-изомер

РМ

(IX): ¿-изомер

(X): Я-изомер

.Cbz

Н2^

N Н

NH2 • 3ИС1

(XI): ¿-изомер (XIII): (¿)-3-Ме8рё

(XII): Я-изомер (XIV): (Я)-3-Ме£рё CbzCl/EtзN/THF; И - НС1/МеОН ; Ш - NsCl/CH2Cl2/EtзN; V - I(CH2)4NPht/DMF/K2COз;

V - PhSH/DMF/K2CO3; VI - ^Н^ЕЮН/Д; VII - Н2/Ра/МеОН/ЛеОН.

Схема.

IV, V

Для анализа оптической чистоты синтезированных (Я)- и (¿)-3-Ме8рё мы разработали метод разделения их трисдансилированных производных е помощью ВЭЖХ на хиральной колонке Lux-2 (РИепошех®), используя для элюции МеОН, содержащий 0.1% диэтиламина. В этих условиях (Я)- и

(¿)-3-Ме8рё^ хорошо разделяются (рис. 2), времена удерживания изомеров равны 22.77—22.87 и 25.85—26.04 мин соответственно, а их оптическая чистота составляет более 99.5% (рис. 2).

Биохимические эксперименты (см. работу [18]) подтвердили наши предположения - лишь

R-изомер 3-MeSpd способен поддерживать рост клеток с хроническим дефицитом полиаминов (10 и более суток инкубации с дифторметилорнитином), и лишь этот изомер является субстратом DHS. Кроме того, используя (R)- и (S)-3-MeSpd's, удалось впервые показать, что система транспорта Spd обладает стереоспецифичностью, а инкубация клеток DU145 с рацемическим 3-MeSpd приводит к накоплению в них неактивного (S)-3-MeSpd.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

При выполнении работы были использованы: триэтиламин, хлорангидрид метансульфокисло-ты (MsCl) и бензиловый эфир хлоругольной кислоты (CbzCl) — все фирмы "Fluka"; S- и R-изомеры N-Boc-2-аминопропанола-! хлорангидрид о-нит-робензолсульфокислоты (NsCl), тиофенол (PhSH) и ^1-(4-бромбутил)фталимид — все фирмы "Aldrich".

(R)- и (¿)-^-(трет-бутилоксикарбонил)-1,3-диаминобутаны были синтезированы согласно работе [11]; ^-(4-йодбутил)фталимид был получен из соответствующего бромида по реакции Габриеля кипячением с NaI в ацетоне.

Колоночную хроматографию выполняли на силикагеле Kieselgel 40—63 мкм (Merck), системы для элюции указаны в тексте. ТСХ проводили на пластинках Kieselgel 60 F254 (Merck) в системах: ди-оксан-25% NH4OH, 8 : 2 (А); диоксан-25% NH4OH, 9 : 1 (Б

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.

Показать целиком