УДК 547.385:547.586.6:547.397:547.475
СИНТЕЗ РЕТИНОИДОВ С МОДИФИЦИРОВАННОЙ ПОЛЯРНОЙ ГРУППОЙ И ИХ ПРОТИВООПУХОЛЕВАЯ АКТИВНОСТЬ.
СООБЩЕНИЕ I.
© 1995 г. Е. Л. Дерябина, А. А. Ходонов#, Г. В. Череватая, Ю. Г. Кириллова, В. И. Швец, И. А. Костанян*, М. В. Астапова*, С. М. Драницына*, Е. В. Старовойтова*
Государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова, 117571, Москва, просп. Вернадского, 86; * Институт биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, Москва Поступила в редакцию 08.12.94 г. После доработки 26.07.95 г.
Осуществлен синтез ряда ретиноидов, модифицированных по концевой полярной группе. Биологический скрининг на культуре клеток промиелоцитарной линии человека НЬ-60 показал, что свободная карбоксильная группа в молекуле ретиноидов не является единственной группировкой, обеспечивающей проявление дифференцирующей активности.
Ключевые слова: ретиноиды, дифференцировка культуры клеток НЬ-бО.
Ретиноиды, производные витамина А, обладают широким спектром физиологической и фармакологической активности. Они участвуют в таких важнейших физиологических процессах, как зрение, воспроизводство потомства, рост и дифференцировка клеток [1 -5]. Обнаружение того факта, что ретиноиды способны оказывать влияние на клеточную дифференцировку и пролиферацию и таким образом предотвращать и ингиби-ровать злокачественную трансформацию клеток, стимулировало синтетические исследования в этой области.
Среди большого числа синтезированных ретиноидов, для которых определена биологическая активность, особую роль играет ретиноевая кислота (РК) (I) и ее производные [1-5].
Механизм действия РК на клетку, находящуюся в стадии пролиферации, еще недостаточно изучен. В общих чертах его можно представить следующим образом. РК взаимодействует со специфическими ядерными рецепторами РК, что вызывает экспрессию РК-зависимых генов и в конечном счете приводит к синтезу новых белков и изменению функции клетки. Кроме того, в цитоплазме обнаружен клеточный белок, связывающий ретиноевую кислоту (КБСРК) и относящийся к семейству липидсвязывающих белков. По-видимому, основная функция этого белка -регуляция внутриклеточной концентрации свободной РК по механизму обратной связи [6, 7], хотя нельзя исключить его участия в транслокации
Принятые сокращения: РК - ретиноевая кислота, ОТВ - ни-троголубой тетразолий, КБСРК - клеточный белок, связывающий ретиноевую кислоту. # Автор для переписки.
РК из цитозоля в ядро [8, 9]. Однако в ряде клеток, например в клетках линии HL-60, данный белок не найден [10].
К настоящему времени наиболее полная информация о взаимосвязи структура-активность ретиноидов in vitro была получена при использовании двух тест-систем: культуры ткани трахеи хомяка [5] и культуры клеток меланомы S91-C2 мыши [11]. Систематического изучения влияния структуры ретиноидов на дифференцировку клеток промиелоцитарной лейкемии человека не проводилось. Полученные в последние годы весьма перспективные результаты по лечению острой промиелоцитарной лейкемии человека с помощью полностью-транс-РК (ремиссия 95 - 97%) [12] стимулировали нас провести исследования, направленные на разработку методов синтеза новых ретиноидов, содержащих различные виды модификации как в триметилциклогексеновом кольце, так и в полиеновой цепи или концевой полярной группе.
Последующее изучение взаимосвязи дифференцирующей активности и токсичности in vitro на культуре лейкемических клеток человека линии HL-60 позволит разработать алгоритм поиска новых соединений, сочетающих высокую дифференцирующую активность с низкой токсичностью.
В настоящем сообщении рассмотрены методы синтеза и биологическая активность ряда ретиноидов, модифицированных по полярной концевой группе.
Ранее было продемонстрировано [10, 13 - 15] влияние некоторых производных РК на процесс дифференцировки клеток HL-60. Как правило, все эффективные индукторы дифференцировки
обязательно содержат в качестве концевой полярной функции карбоксильную группу, причем ее замещение, как в случае ретиналя (II), ретинола (П1), ретинилацетата (IV), приводит практически к полной потере активности, в то время как модификация триметилциклогексенового кольца в ряде случаев не вызывает существенного снижения активности [10, 13, 14].
Для проверки гипотезы о влиянии природы концевой группы ретиноидов на дифференциров-ку опухолевых клеток нами был осуществлен ряд модификаций РК по этой группе при сохранении нормальной длины полиеновой цепи, а также синтезированы два высших гомолога РК, содержащих в полиеновой цепи на 2 или 5 атомов углерода больше (см. таблицу).
полностью-транс-Ретпнапъ (II), ретинол (III), ретинилацетат (IV) являются коммерчески доступными соединениями, полностью-транс-РК (I) и 13-цис-РК (V) были получены стандартным ме-
тодом - окислением соответствующих предшественников по методу [16] с выходами 59 и 50% соответственно. Необходимый для этого 13-цис-ре-тиналь был синтезирован как описано в работе
[17]. 4-Кеторетиналь (VI) был получен по методу
[18] с выходом 34%.
Для получения сложных эфиров РК (VII - X) была использована окислительная этерификация ретиналя (II) по Кори [19] (схема 1).
Нитрил РК (XIV) был приготовлен по методу [20] с выходом 78%, а полностью-транс-рети-нилидендимедон (XI) - по реакции Кневенагеля конденсацией ретиналя (II) с димедоном в присутствии пиперидина [21] (схема 2).
Октатетраен (XIII) был получен олефиниро-ванием по Виттигу С^-кетона (XII) фосфораном, генерируемым in situ из 4-метоксибензилтрифе-нилфосфонийбромида под действием 1,2-эпокси-бутана [22] (схема 3).
Схема 2.
Схема 1.
(VII) с2н5
(VIII) СН2СН2ОН
(IX) СН2СН2СН2ОН
(X) СН2СН2СН2СН2ОН
NaCN
АсОН
Схема 3.
Дифференцирующая активность ретиноидов*
Увеличение числа клеток, положительных в NTB-тесте, %
Соединения Концентрация ретиноидов, М
Ю-6 Ю-7 ю-8 ю-9
Х^^^Д^СООН 68 ± 1 52 ± 1 43 ±1 32 ± 1
(I)
65 ±1 50 ± 1 45 ± 1 29 ± 1
(V) СООН
34 ±1 - - -
(III)
Аг^^^^ОАс 41 ± 1 - - -
(IV)
36 ±1 - -
(II)
37 ± 1 - - -
(VI) О
35 ± 1 - - -
(XIV)
jXJ^X^A^COOR
(VII) R = С2Н5 34 ±2 30 ± 1 - -
(VIII) R = СН2СН2ОН 60 ±2 48 + 1 40 ± 1 30+ 1
(IX) R = СН2СН2СН2ОН 45 ±2 40 ±1 31 + 1 -
(X) R = СН2СН2СН2СН2ОН 33+2 30 ± 1 - -
БИООРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ том 21 № 12 1995
Окончание
Соединения
Увеличение числа клеток, положительных в ОТВ-тесте, %
Концентрация ретиноидов, М
10"6 Ю-7 10~8 10"9
О
48 + 2 40 ±1 33 + 1 -
(XI)
^/ОСНз
чХХ 50 ±2 42 + 2 36 ± 1 -
(Х1П)
(XVII) Я = С2Н5 35 ± 1 — - -
(XV) я = н 38 + 1 - - -
(XVIII) Я = СуНз 33 + 1 _ — -
(XVI) я = н 33 ± 1 - - -
* Полученные результаты являются среднеарифметическими от трех независимых экспериментов.
Для определения влияния длины полиеновой цепи ретиноидов на проявление ими противоопухолевой активности нами были получены (-22" и С25-аналоги РК. Синтез этих соединений осуществляли олефинированием по Хорнеру полно-
стъю-транс-ретиналя (П) С2-(Х1Х) и С5-фосфона-тами (XX) (схема 4). Этиловые эфиры С22- (XVII) и С25-аналогов РК (XVIII) были выделены с помощью колоночной хроматографии с выходом 87 и 73% соответственно. Последующее омыление
О О
(С2Н50)2КА
(XVII) с,н5 (XV) н
сосж
(XVIII) ,С2Н5 (XVI) н
Схема 4.
их сложноэфирной группы приводило к карбоно-вым кислотам (XV), (XVI).
Структура полученных соединений подтверждена набором спектральных характеристик.
Все полученные производные ретиноидов были испытаны на дифференцирующую активность in vitro в тест-системе культуры клеток промиелоцитарной клеточной линии HL-60 (NTB-тест) [23]. При анализе результатов (таблица) можно выделить ряд особенностей взаимосвязи структура-дифференцирующая активность.
1. Изменение полностью-транс-конфигурации полиеновой цепи ретиноида на 13-цис- (V) не приводит к значительному снижению дифференцирующей активности. Аналогичные данные были получены недавно для 9-цис- и 9,13-дицис-изомеров РК [24].
2. Геометрические размеры молекулы ретиноида являются одним из факторов, определяющих высокую дифференцирующую активность (оптимальный размер молекулы не должен превышать размер молекулы полностью-транс-изомера РК (I)). Увеличение полиеновой цепи на два углеродных атома в соединении (XV) значительно снижает активность.
3. Существует явно выраженная специфичность к природе и строению концевой полярной группы: введение дополнительной гидроксиль-ной группы в спиртовой компонент сложноэфирной функции эфиров (VIII) - (X) способствует проявлению ими дифференцирующей активности, если расстояние между карбонилом и гидро-ксилом не превышает двух метиленовых групп (ср. соединения (VII) и (VIII) или (VIII) - (X)).
4. Исключением из этого правила является ряд производных РК, не содержащих свободной карбоксильной группы, но индуцирующих диффе-ренцировку почти так же эффективно, как и РК (соединения (XI), (XIII)).
Так как в настоящее время молекулярный механизм действия РК на клетку до конца не ясен, полученные результаты могут оказаться полезными для установления природы субстратной специфичности и пространственной структуры ядерных рецепторов ретиноевой кислоты.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
УФ-спектры сняты в метаноле на спектрофотометре Shimadzu UV-240 (Япония), ИК-спектры -на приборе Shimadzu IR-435 (Япония).
Спектры 'Н-ЯМР-растворов в дейтерохлоро-форме регистрировали на спектрометре WM-250 (Bruker, Германия). Химические сдвиги приведены в миллионных долях (м. д.) относительно внутреннего стандарта (гексаметилдисилоксана, 8 0.055 м. д.), а значения констант спин-спинового взаимодействия - в герцах. При описании спектров приняты
следующие сокращения: с - синглет, д - дублет, т - триплет, кв - квартет, м - мультиплет.
Масс-спектры получены на приборе Finnigan 4021 (США) (электронный удар, 70 эВ).
Хроматографию в тонком слое осуществляли на пластинках Kieselgel 60 F254 (Merck, Германия) или Silufol UV-254 (Kavalier, Чехия) в системах растворителей: гексан-эфир, 1 : 1 (А), 2 : 1 (Б), 1 : 2 (В), обнаружение пятен - концентрированной серной кислотой, а также в УФ-свет
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.