БИООРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, 2014, том 40, № 5, с. 578-587
УДК 547.8544.057
ПОИСК ИНГИБИТОРОВ ИНТЕГРАЗЫ ВИЧ-1 СРЕДИ 5-(4-ГАЛОГЕНФЕНИЛ)-5-ОКСОПЕНТИЛЬНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ НУКЛЕИНОВЫХ ОСНОВАНИЙ
© 2014 г. В. В. Комиссаров*, Е. С. Княжанская**, А. В. Атрохова**, М. Б. Готтих**, А. М. Крицын*, #
*ФГБУНИнститут молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН, 119991, Москва, ул. Вавилова, 32 **МГУим. М.В. Ломоносова, Химический факультет и Научно-исследовательский институт физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского, 119991, Москва, Ленинские горы, 1 Поступила в редакцию 19.12.2013 г. Принята к печати 24.01.2014 г.
Посредством алкилирования урацила, тимина, цитозина, аденина, 6-хлорпурина и 2-амино-6-хлорпурина 5-хлор-1-(4-галогенфенил)пентанонами-1 получены новые полиметиленовые производные нуклеиновых оснований, изучены их физико-химические свойства. Исследовано влияние синтезированных соединений на активность интегразы ВИЧ-1.
Ключевые слова: нуклеозиды, полиметиленовые аналоги, алкилирование, интеграза ВИЧ-1. БОТ: 10.7868/80132342314050091
ВВЕДЕНИЕ
На основе негликозидных аналогов нуклеози-дов создан ряд лекарственных препаратов, успешно применяемых в терапии различных заболеваний человека. В качестве примеров можно привести негли-козидные производные гуанина, используемые для лечения герпесных инфекций. Так, 2HM-HBG эффективен в отношении вируса Varicella zoster, пен-цикловир эффективен в отношении Herpes simplex (типы 1 и 2) и V. zoster, вируса Эпштейна-Барр, а также цитомегаловируса [1].
Производные нуклеиновых оснований находят применение при лечении ВИЧ-инфекции: наряду с традиционными препаратами нуклео-зидной природы (азидотимидин, дидезоксиинозин, дидезоксицитидин, эмтрицитабин, тенофовир), связывающимися в активном центре обратной транскриптазы ВИЧ-1, активно изучаются ненук-
Сокращения: DBU — 1,8-диазабицикло[5.4.0]ундец-7-ен; ВИЧ-1 — вирус иммунодефицита человека первого типа. #Автор для связи (тел., факс: +7 (499) 135-14-05; эл. почта: amk@eimb.ru).
леозидные ингибиторы семейства HEPT [2], связывающиеся в гидрофобном кармане вблизи активного центра этого фермента [3].
Кроме того, негликозидные производные гетероциклических оснований являются удобной моделью для изучения механизмов действия различных ферментов, связанных с нуклеиновым обменом. Среди подобных соединений большое внимание привлекают производные как природных, так и модифицированных азотистых оснований, несущие в ю-положении гидрофобной углеводородной цепи различные функциональные группы. Так некоторые соединения, структура которых представлена общей формулой (I), оказались эффективными ингибиторами тимидинфосфорилазы E. coli [4]. Аналог этого фермент в организме человека вовлечен в процессы ангиогенеза и апоптоза [5]. Соединения (II), синтез и свойства которых описаны нами ранее [6], оказались способны ингиби-ровать как тимидин-, так и уридинфосфорилазу E. coli с эффективностью, сравнимой с эффективностью известных ингибиторов этих ферментов.
O
NH
HO.
HO
2HM HBG
N-
HO
Y
Тенофовир (Viread)
NH2
nh2
O I J
N
Truvada
O
<NI XH
OH
OH
Пенцикловир NH2
F.
I I
N^O
-OH
Эмтрицитабин (Emtriva)
F
Ралтегравир
Cl
O O
OH
Элвитегравир
Формула 1. Некоторые ингибиторы обратной транскриптазы и интегразы ВИЧ-1.
O
O
HN
Л
O' N
HN
OH O- +NH
O^N
O
4
3
(I) (II)
п = 6, 7 R = Н, СН
п = 6, 7
Формула 2. Ингибиторы тимидин-и уридинфосфорилаз.
Аналогичные производные аденина и гипо-ксантина с углеводородной цепью длиной в 9 ато-
мов проявляют цитотоксический эффект в отношении опухолевых клеток линий К562 и НСТ116 [7].
Нами ранее были описаны ю-оксо-ю-фенил-алкил-пиримидины и пурины с различной длиной полиметиленовой цепи [8]. В работах [9, 10] было показано, что полиметиленовые производные гетероциклических оснований, в ю-положе-нии которых находится гидроксильная, алкокси-карбонильная или карбоксильная группы, могут успешно применяться для изучения таких важных ферментов, как топоизомераза I человека и/или обратная транскриптаза ВИЧ-1. Еще одним ключевым ферментом ВИЧ-1 является его интеграза, которая осуществляет встраивание вирусной ДНК в геном зараженной клетки [11].
Первым разрешенным к применению в терапии ВИЧ-инфекции ингибитором интегразы является препарат ралтегравир [12]. Важнейший элемент его структуры сконструирован на основе пиримидинового цикла и отвечает за связывание ионов металла в активном центре фермента [13]. Вторым важным структурным элементом ралтегра-вира является я-фторфенильный заместитель [14]. Необходимо отметить, что галогенированный ароматический остаток присутствует в структуре большинства эффективных ингибиторов интегразы ВИЧ-1 [15]. Обычно в роли галогена выступает фтор, однако некоторые ингибиторы (элвитегра-вир, МК-2048) содержат также атом хлора.
В свете изложенного представлялось целесообразным установить, влияют ли на активность интегразы ВИЧ-1 производные нуклеиновых оснований, в ю-положении полиметиленовой цепи
Cl
BH +
Синтез целевых соединений осуществляли в соответствии со схемой. Исходными алкилирую-щими реагентами служили соединения (III). Они были получены по реакции Фриделя-Крафтса аци-лированием фтор-, хлор- или бромбензола хлоран-гидридом S-хлорпентановой кислоты аналогично процедуре,описанной в работе [16]. В качестве катализатора использовался хлорид алюминия. В отличие от бензола, ацилирование галогенбензолов протекает медленнее и со значительным осмолением реакционной массы [17], что существенно понижает выходы конечных продуктов.
Алкилирование гетероциклических оснований осуществляли по ранее разработанному методу нагреванием смеси пиримидинового или пуринового основания, соединения (III) и DBU в диметилфор-мамиде (метод А). Для синтеза производных цитози-
* Условия см. экспериментальную часть.
которых находится я-галогенфеноновый фрагмент.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В данном исследовании ставилась задача получить соединения (1Уа—в)—(1Ха—в), в которых гетероциклическое основание В соединялось с я-галогенфеноновым фрагментом цепью из четырех метиленовых звеньев (схема). На основе шести гетероциклических оснований — тимина, урацила, цитозина, аденина, гуанина и гипо-ксантина — было получено шесть серий соединений (1Уа—в)—(1Ха—в). Поскольку непосредственная роль атома галогена в ингибирующем действии блокаторов интегразы не ясна, в каждой серии было получено по три соединения, содержащих в яара-положении ароматического кольца атомы разных галогенов — фтор, хлор и бром.
на мы применяли метод алкилирования его №-соли в диметилформамиде (метод Б).
Конечные продукты выделяли колоночной хроматографией на силикагеле. Их строение подтверждено масс-спектрами и данными УФ- и ЯМР-спектроскопии.
При алкилировании урацила и тимина, помимо 1-замещенных производных, также в небольших количествах образовывались 1,3-бис-заме-щенные пиримидины. Основным продуктом алкилирования аденина являлся его 9-замещенный изомер, но, как и ожидалось [18], в незначительных количествах были выделены 3-замещенные производные. Для алкилирования гипоксантина наблюдалась типичная картина: помимо 9-заме-щенного изомера образовывалось 7-замещенное производное, от которого в случае соединения (УШа) избавлялись многократной кристаллизацией из этилацетата. Эта процедура достаточно
O
Cl
O
Cl
(III)
a: X = F; б: X = Cl; в: X = Br
O
AlCl3 0 ^ 20°C
X
Cl
X
(III) X
a: X = F, выход 85% б: X = Cl, выход 18% в: X = Br, выход 36%
(IVa)-(IVB): B = Ura O (Va)-(VB): B = Try
(VIa)-(VIB): B = Cyt (VIIa)-(VIIB): B = Ade (VIIIa)-(VIIIB): B = Hyp
X
(IXa)-(IXB): B = Gua a: X = F; б: X = Cl; в: X = Br
Схема. Схема синтеза производных гетероциклических оснований с концевой (иа^а-галогенфенил)кетогруппой.
+
B
*
(а)
(б)
З'-процессинг
21-зв.
ч
32р _
Субстрат З'-процессинга (U5)
19-зв.
Mg2+ -ч
-»-32р
21-звенная ДНК)
СА GTCA
19-звенный^-ц
продукт 123456789 10
------
(в)
Перенос цепи
(г)
СА
G ТС А
Mg
.2+
-СА -GTCA
Субстрат переноса цепи (U5-2)
Продукты I переноса цепи |
19-звенная.^ ДНК
11121314151617181920
32
32
р
32
р
32
Тестирование влияния соединения (IX6) на активность интегразы ВИЧ-1 в реакциях З'-процессинга и переноса цепи. (а) Схема реакции З'-процессинга, катализируемой ИН ВИЧ-1 in vitro. (б) Репрезентативная ауторадиограмма анализа ингибирования реакции З'-процессинга возрастающими концентрациями соединения (IX6) в полиакриламидном геле в денатурирующих условиях (7 М мочевина). Дорожка 1 — нет ингибитора, дорожки 2—10 — возрастающие концентрации ингибитора, указанные в табл. 1. (в) Схема реакции переноса цепи, катализируемой интегразы ВИЧ-1 in vitro. (г) Репрезентативная ауторадиограмма анализа ингибирования реакции переноса цепи возрастающими концентрациями соединения (IX6) в полиакриламидном геле в денатурирующих условиях (7 М мочевина). Дорожка 11 — нет ингибитора, дорожки 12—20 — возрастающие концентрации ингибитора, указанные в табл. 1.
трудоемкая, поэтому для получения производных (УШб) и (УШв) мы применяли алкилиро-вание 6-хлорпурина с последующим гидролизом (см. эксперимент. часть).
В ЯМР-спектрах синтезированных соединений четко различимы три группы сигналов: сигналы атомов остатка азотистого основания, сигналы атомов полиметиленовой цепи и сигналы арильного радикала (см. эксперимент. часть). В случае серии производных фторбензола (1Уа)—(1Ха) и ХИ-, и 13С-спектры характеризуются дополнительным расщеплением сигналов атомов ароматического радикала, обусловленным их спин-спиновым взаимодействием с атомом фтора.
ЯМР-спектры синтезированных соединений позволяют однозначно установить положение заместителя при гетероциклическом основании, благодаря существенно различающимся наборам химических сдвигов атомов азотистого основания и атомов первого метиленового звена боковой цепи для различных изомеров положения. Характерные различия в спектрах 3- и 9-заме-щенных производных аденина были описаны А. Голи в статье [18]. Не менее существенные различия наблюдаются для 7- и 9-замещенных производных гипоксантина и гуанина. Благодаря этому достаточно однократно у
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.