Аннотация результатов, полученных в 2018 году
В настоящее время как в Российской Федерации, так и за рубежом остро стоит вопрос подбора эффективных схем лечения онкологических заболеваний и инфекций бактериального и паразитарного происхождения (туберкулез, стафилококкозы, шигеллезы, шистозосомозы). Указанная проблема с каждым годом приобретает все более катастрофические масштабы из-за явления множественной лекарственной устойчивости (МЛУ), следствием которой является потеря эффективности препаратов в отношении опухолевых клеток или микроорганизмов. Механизмы возникновения МЛУ в опухолевой и бактериальной клетке обусловлены различными механизмами. Исследования последних лет показали, что молекулярные механизмы МЛУ опухолевых клеток множественны и многообразны, а лекарственная устойчивость развивается из-за включения различных приспособительных механизмов, таких как активация транспортных белков и системы экзоцитоза, изменения генов и белков, контролирующих апоптоз и клеточный цикл, активация ферментов системы глутатиона и др. Также существует тесная связь между МЛУ и количественной изменчивостью опухолевых клеточных популяций – в активно делящейся опухолевой ткани всегда имеются клоны лекарственно-устойчивых мутантов, которые по мере сокращения лекарственно-чувствительной популяции клеток под воздействием лечения выживают и начинают преобладать. Итогом такого явления является поликлоновость опухолевой ткани и доминирование наиболее агрессивных клеточных клонов. В отношении бактериальной клетки основным механизмом МУЛ является плазмидная устойчивость, которая приобретается микробными клетками в результате процессов генетического обмена. Сравнительно высокая частота передачи R-плазмид обеспечивает широкое и достаточно быстрое распространение устойчивых бактерий в популяции, а селективное давление антибиотиков — отбор и закрепление их в биоценозах. Плазмидная устойчивость может быть множественной, т. е. к нескольким лекарственным препаратам, и при этом достигать достаточно высокого уровня. Одним из решений описанной выше проблемы является синтез новых низкомолекулярных соединений, способных эффективно воздействовать на молекулярные клеточные мишени, например, ферменты клеточного цикла, и, как следствие, прерывать синтез ДНК, способствуя гибели опухолевой или бактериальной клетки. Анализ современной литературы в данной области исследований показал, что для решения и реализации указанных выше задач большим потенциалом обладают бис-метиленразделенные Z-полиненасыщенные кислоты, содержащиеся в микроколичествах в морских губках, мембранах цианобактерий и плодах голосеменных растений. Повышенный интерес к этому классу соединений обусловлен широким спектром проявляемых ими биологических активностей, например, антибактериальная, в том числе к антибиотикорезистентным формам туберкулеза, антипротозойная, иммуносупрессорная и противоопухолевая. Более того, показано, что диеновые кислоты и их производные, способны оказывать цитотоксическое действие на опухоли с множественной лекарственной устойчивостью и являются наиболее активными среди известных на сегодняшний день ингибиторов ферментов клеточного цикла топоизомераз I и II. Учитывая высокую практическую значимость исследований, направленных на разработку эффективных методов синтеза бис-метиленразделенные ди-, три- и полиненасыщенных кислот и их синтетических аналогов, а также изучение их противоопухолевой и антибактериальной активности нами выдвинута идея о возможности разработки общих подходов к стереоселективному синтезу перечисленных выше соединений, за счет применения разработанных авторами новых реакций гомо- и кросс-цикломагнирования алифатических и функционально замещенных 1,2-диенов с помощью EtMgBr в присутствии металлического магния, катализируемых Cp2TiCl2, позволяющих в одну препаративную стадию с высокой стереочистотой (>98%) и выходами (>85%) синтезировать 1Z,5Z-диены заданной структуры. Так, в результате выполнения запланированных на первом этапе проекта исследований: - Разработаны оригинальные стереоселективные методы синтеза природных 5Z,9Z,13Z-триеновых кислот с применением на ключевой стадии реакций Ti-катализируемого гомо- и кросс-цикломагнирования алифатических и O-содержащих 1,2-диенов с помощью реактивов Гриньяра. - Разработан альтернативный стереоселективный подход к получению природных триеновых кислот, содержащих бис-метиленразделенные Z-двойные связи, кросс-цикломагнированием алифатических и О-содержащих 1,2-диенов с получением после кислотного гидролиза, образующихся in situ магнезациклопентанов, соответствующих 4Z,8Z-алкадиен-1-алей, которые будут вовлечены в реакцию с илидами фосфора, генерируемыми из (n-карбоксиалкил)трифенилфосфоний бромида в условиях реакции Виттига. - Впервые разработаны эффективные методы получения 5- и 6-ти членных лактонов, в том числе природной структуры, на основе синтезированных диеновых кислот. - Проведено исследование цитотоксического действия синтезированных непредельных кислот и лактонов в отношении опухолевых и нормальных клеток, а также осуществлено сравнение с цитотоксическим эффектом новых соединений в отношении опухолевых клеточных линий с целью поиска соединений с высокой селективностью противоопухолевого действия. Одновременно, изучено апоптоз-индуцирующее влияние новых производных непредельных кислот на опухолевые клетки, влияние соединений на клеточный цикл, а также проведена качественная оценка апоптоза (внешний и внутренний пути активации) в опухолевых клеточных линиях при воздействии кислот с применением современных методов проточной цитофлуориметрии.

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
В настоящее время как в Российской Федерации, так и за рубежом остро стоит вопрос подбора эффективных схем лечения онкологических заболеваний и инфекций бактериального и паразитарного происхождения (туберкулез, стафилококкозы, шигеллезы, шистозосомозы). Указанная проблема с каждым годом приобретает все более катастрофические масштабы из-за явления множественной лекарственной устойчивости (МЛУ), следствием которой является потеря эффективности препаратов в отношении опухолевых клеток или микроорганизмов. Механизмы возникновения МЛУ в опухолевой и бактериальной клетке обусловлены различными механизмами. Исследования последних лет показали, что молекулярные механизмы МЛУ опухолевых клеток множественны и многообразны, а лекарственная устойчивость развивается из-за включения различных приспособительных механизмов, таких как активация транспортных белков и системы экзоцитоза, изменения генов и белков, контролирующих апоптоз и клеточный цикл, активация ферментов системы глутатиона и др. Также существует тесная связь между МЛУ и количественной изменчивостью опухолевых клеточных популяций – в активно делящейся опухолевой ткани всегда имеются клоны лекарственно-устойчивых мутантов, которые по мере сокращения лекарственно-чувствительной популяции клеток под воздействием лечения выживают и начинают преобладать. Итогом такого явления является поликлоновость опухолевой ткани и доминирование наиболее агрессивных клеточных клонов. В отношении бактериальной клетки основным механизмом МУЛ является плазмидная устойчивость, которая приобретается микробными клетками в результате процессов генетического обмена. Сравнительно высокая частота передачи R-плазмид обеспечивает широкое и достаточно быстрое распространение устойчивых бактерий в популяции, а селективное давление антибиотиков — отбор и закрепление их в биоценозах. Плазмидная устойчивость может быть множественной, т. е. к нескольким лекарственным препаратам, и при этом достигать достаточно высокого уровня. Одним из решений описанной выше проблемы является синтез новых низкомолекулярных соединений, способных эффективно воздействовать на молекулярные клеточные мишени, например, ферменты клеточного цикла, и, как следствие, прерывать синтез ДНК, способствуя гибели опухолевой или бактериальной клетки. Анализ современной литературы в данной области исследований показал, что для решения и реализации указанных выше задач большим потенциалом обладают бис-метиленразделенные Z-полиненасыщенные кислоты, содержащиеся в микроколичествах в морских губках, мембранах цианобактерий и плодах голосеменных растений. Повышенный интерес к этому классу соединений обусловлен широким спектром проявляемых ими биологических активностей, например, антибактериальная, в том числе к антибиотикорезистентным формам туберкулеза, антипротозойная, иммуносупрессорная и противоопухолевая. Более того, показано, что диеновые кислоты и их производные, способны оказывать цитотоксическое действие на опухоли с множественной лекарственной устойчивостью и являются наиболее активными среди известных на сегодняшний день ингибиторов ферментов клеточного цикла топоизомераз I и II. Учитывая высокую практическую значимость исследований, направленных на разработку эффективных методов синтеза бис-метиленразделенные ди-, три- и полиненасыщенных кислот и их синтетических аналогов, а также изучение их противоопухолевой и антибактериальной активности нами выдвинута идея о возможности разработки общих подходов к стереоселективному синтезу перечисленных выше соединений, за счет применения разработанных авторами новых реакций гомо- и кросс-цикломагнирования алифатических и функционально замещенных 1,2-диенов с помощью EtMgBr в присутствии металлического магния, катализируемых Cp2TiCl2, позволяющих в одну препаративную стадию с высокой стереочистотой (>98%) и выходами (>85%) синтезировать 1Z,5Z-диены заданной структуры. Так, в результате выполнения запланированных на втором этапе проекта исследований: - впервые разработан метод стереоселективного синтеза природной (5Z,9Z,12Z)-октадека-5,9,12-триеновой кислоты (пиноленовая кислота) с применением на ключевой стадии реакций Ti-катализируемого кросс-цикломагнирования О-содержащих и алифатических 1,2-динов с помощью доступных реактивов Гриньяра. Синтезированная кислота оказывает ингибирующее действие на топоизомеразу I. Мы полагаем, что в основе разработанной схемы синтеза заложен большой синтетический потенциал для получения стереоизомерно чистых триеновых кислот путем варьирования структуры и длины углеводородного радикала исходных алифатических и О-содержащих 1,2-диенов. - разработан оригинальный (Z,Z,Z)-стереоселективный метод полного синтеза 5Z,9Z,13Z-триеновых кислот, содержащих ароматический фрагмент на разном удалении от триеновой группировки, с применением на ключевой стадии новой реакции Ti-катализируемого кросс-цикломагнирования 1,2-диенов с помощью доступных реактивов Гриньяра, что открывает широкие перспективы в области разработки новых высокоэффективных лекарственных препаратов для лечения социально значимых заболеваний. Показано, что замена алифатического фрагмента на ароматический повышает цитотоксичность синтезированных кислот. Так, активность кислот увеличивается в ряду п-метоксифенил > фенил > нафтил >> алкил. Кроме того, в каждом случае наблюдается увеличение цитотоксичности кислот с увеличением количества метиленовых звеньев, разделяющих 1Z,5Z,9Z-диеновый фрагмент и ароматический заместитель. - В развитие исследования по разработке методов синтеза иодлактонов, с применением разработанной схемы синтеза 6-членных иодлактонов, разработан и осуществлен синтез линейки 5-членных иодлактонов, через внутримолекулярную циклизацию 4Z,8Z-диеновых кислот по действием молекулярного иода в присутствии 2,4,6-триметилпиридина. Детально изучен механизм индукции апоптоза данными классами соединений. Проведены исследования по изучению влияния синтезированных иодлактонов на митохондрии, а также изучена активация основных сигнальных путей. Полученные данные свидетельствуют об активации митохондриального пути апоптоза иодлактонами из-за выраженного снижения уровня Δψ, и, соответственно, разобщения процессов окисления и фосфорилирования в митохондриях клеток линии Jurkat. С помощью мультеплексного анализа показано, что ингибирование основных киназ двух сигнальных путей Akt и CREB, а также активация p38 киназы в ответ на стрессовое воздействие, инициированные иодлактоном, негативно влияют на рост и пролиферативную активность опухолевых клеток Jurkat. - разработан оригинальный метод полного синтеза 5E,7E,9E-триеновых кислот и 5-оксо-6E,9Z-диеновых кислот, с применением на ключевой стадии новой реакции Ti-катализируемого кросс-цикломагнирования 1,2-диенов. По нашему мнению, разработанный метод имеет большой синтетический потенциал для получения синтетических аналогов указанных соединений и изучения биологической активности. - опираясь на опыт получения 6-членных йодлактонов, нам удалось разработать метод получения и синтезировать линейку 4Z-ненасыщенных 5-йодлактонов, с применением на ключевой стадии реакции Ti-катализируемого перекрестного межмолекулярного цикломагнирования. Показано, что пятичленные лактоны проявляют несколько большую цитотоксическую активность по сравнению с шестичленными лактонами. - впервые разработан стереоселективный метод полного синтеза α-метокси-5Z,9Z-диеновых кислот и α-метокси-5Z,9Z,13Z-триеновых кислот, с применением на ключевой стадии новой реакции Ti-катализируемого кросс-цикломагнирования 1,2-диенов с помощью доступных реактивов Гриньяра, что открывает широкие возможности для синтеза труднодоступных природных кислот и изучения их биологической активности. В развитие этих исследований нами планируется наработка гомологического ряда α-метоксиди- и триеновых кислот с целью последующего изучения их противоопухолевой активности и изучения закономерностей влияния структуры соединений на проявляемую ими противоопухолевую активность. - разработаны оригинальные высокостереоселективные методы получения природных гренадамида и лингбиоевой кислоты с применением на ключевой стадии синтеза реакции циклоалюминирования 1,2-диенов с помощью Et3Al под действием Cp2ZrCl2 с высоким выходом 64% и селективностью >98%. По нашему мнению, разработанный метод имеет большой синтетический потенциал для получения синтетических аналогов указанных природных соединений варьированием структуры исходного 1,2-диена и первичного амина.

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
В настоящее время как в Российской Федерации, так и за рубежом остро стоит вопрос подбора эффективных схем лечения онкологических заболеваний и инфекций бактериального и паразитарного происхождения (туберкулез, стафилококкозы, шигеллезы, шистозосомозы). Указанная проблема с каждым годом приобретает все более катастрофические масштабы из-за явления множественной лекарственной устойчивости (МЛУ), следствием которой является потеря эффективности препаратов в отношении опухолевых клеток или микроорганизмов. Механизмы возникновения МЛУ в опухолевой и бактериальной клетке обусловлены различными механизмами. Исследования последних лет показали, что молекулярные механизмы МЛУ опухолевых клеток множественны и многообразны, а лекарственная устойчивость развивается из-за включения различных приспособительных механизмов, таких как активация транспортных белков и системы экзоцитоза, изменения генов и белков, контролирующих апоптоз и клеточный цикл, активация ферментов системы глутатиона и др. Также существует тесная связь между МЛУ и количественной изменчивостью опухолевых клеточных популяций – в активно делящейся опухолевой ткани всегда имеются клоны лекарственно-устойчивых мутантов, которые по мере сокращения лекарственно-чувствительной популяции клеток под воздействием лечения выживают и начинают преобладать. Итогом такого явления является поликлоновость опухолевой ткани и доминирование наиболее агрессивных клеточных клонов. В отношении бактериальной клетки основным механизмом МУЛ является плазмидная устойчивость, которая приобретается микробными клетками в результате процессов генетического обмена. Сравнительно высокая частота передачи R-плазмид обеспечивает широкое и достаточно быстрое распространение устойчивых бактерий в популяции, а селективное давление антибиотиков — отбор и закрепление их в биоценозах. Плазмидная устойчивость может быть множественной, т. е. к нескольким лекарственным препаратам, и при этом достигать достаточно высокого уровня. Одним из решений описанной выше проблемы является синтез новых низкомолекулярных соединений, способных эффективно воздействовать на молекулярные клеточные мишени, например, ферменты клеточного цикла, и, как следствие, прерывать синтез ДНК, способствуя гибели опухолевой или бактериальной клетки. Анализ современной литературы в данной области исследований показал, что для решения и реализации указанных выше задач большим потенциалом обладают бис-метиленразделенные Z-полиненасыщенные кислоты, содержащиеся в микроколичествах в морских губках, мембранах цианобактерий и плодах голосеменных растений. Повышенный интерес к этому классу соединений обусловлен широким спектром проявляемых ими биологических активностей, например, антибактериальная, в том числе к антибиотикорезистентным формам туберкулеза, антипротозойная, иммуносупрессорная и противоопухолевая. Более того, показано, что диеновые кислоты и их производные, способны оказывать цитотоксическое действие на опухоли с множественной лекарственной устойчивостью и являются наиболее активными среди известных на сегодняшний день ингибиторов ферментов клеточного цикла топоизомераз I и II. Учитывая высокую практическую значимость исследований, направленных на разработку эффективных методов синтеза бис-метиленразделенные ди-, три- и полиненасыщенных кислот и их синтетических аналогов, а также изучение их противоопухолевой и антибактериальной активности нами выдвинута идея о возможности разработки общих подходов к стереоселективному синтезу перечисленных выше соединений, за счет применения разработанных авторами новых реакций гомо- и кросс-цикломагнирования алифатических и функционально замещенных 1,2-диенов с помощью EtMgBr в присутствии металлического магния, катализируемых Cp2TiCl2, позволяющих в одну препаративную стадию с высокой стереочистотой (>98%) и выходами (>85%) синтезировать 1Z,5Z-диены заданной структуры. Так, в результате выполнения запланированных на третьем этапе проекта исследований: - Разработан метод синтеза биологически активных природных Z,Z,Z-триеновых кислот, с различным удалением цис-двойной связи относительно 1Z,5Z-диеновой группировки, выделенных ранее в минорных количествах из морских губок. - С применением на ключевой стадии синтеза новой реакции Ti-катализируемого кросс-сочетания O-содержащих и алифатических 1,2-диенов впервые разработан Z-стереоселективный метод синтеза ненасыщенных кислот, содержащих в своей структуре 1Z,5Z,9Z-триеновый фрагмент, с выходами 61-64%. Впервые показано, что триеновые кислоты с бис-метиленразделенными Z-двойными связями проявляют умеренную цитотоксическую активность в отношении опухолевых линий Jurkat, K562, U937, HL60, Hek293. Показано, что синтезированные кислоты являются эффективными ингибиторами апоптоза в опухолевых клетках линии Jurkat, причем механизм инициации клеточной смерти активируется по митохондриальному пути. Исследована активация и ингибирование наиболее универсальных внутриклеточных сигнальных путей (тирозинкиназ CREB, JNK, NFkB, p38, ERK1/2, Akt, p70S6K, STAT3 и STAT5), отвечающих за пролиферацию клеток, а также за инициацию апоптоза с использованием мультиплексного анализа (технология Luminex xMAP). - Осуществлен полный синтез пентаеновых природных флеиновых кислот ((4Z,8Z,12Z,16Z,20Z)-тетратриаконта-4,8,12,16,20-пентаеновая и (4Z,8Z,12Z,16Z,20Z)-гексатриаконта-4,8,12,16,20-пентаеновая), обнаруженных ранее в микроколичествах в клеточной стенке бактерий Micobacterium phlei, с применением на ключевых стадиях синтеза реакций каталитического гомо- и кросс-цикломагнирования. - Синтезированы природные (5Z,9Z)-16-метилоктадека-5,9-диеновая, (5Z,9Z)-16-метиликоза-5,9-диеновая и (5Z,9Z,12Z)-16-метилоктадека-5,9,12-триеновая кислоты. Для реализации данных синтезов были разработаны оригинальные методы получения исходных разветвленных алленов с антеизо-положением метильных групп. - Исследована цитотоксическая активность синтезированных ди-, три- и полиеновых кислот по отношению к ряду опухолевых и нормальных клеточных линий, для проявивших наибольшую активность соединений-лидеров изучены механизмы их действия на живую клетку с привлечением современных методов проточной цитофлуориметрии, флуоресцентной микроскопии, мультиплексного анализа и иммуноблоттинга. Изучена индукция апоптоза и влияния указанных соединений на клеточный цикл. В работе использованы клеточные линии, включающие основные адгезионные и суспензионные культуры, используемые в большинстве биологических лабораторий (Hela, HEK293, Hep2A, A549, K562, U937, HL60, фибробласты). Кроме того, изучено апоптоз-индуцирующее влияния синтезированных молекул на ДНК-полимеразы и топоизомеразы I и II, а также проведена оценка участия каспаз (каспазы-3, каспазы-8, каспазы-9), топоизомераз, про- и антиапоптотических белков p53, Bax, Bcl-2, cit c в апоптоз-индуцирующем действии данных соединений. Проведены исследования по изучению жизнеспособности митохондрий и влияния синтезированных соединений на митохондриальный потенциал с применением наборов для цитофлуориметрии и флуоресцентной микроскопии Millipore’s FlowCellect™ MitoStress Kit, Millipore’s FlowCellect™ MitoPotential Red Kit, Cytochrome c Release Apoptosis Assay Kit, OxyBlot Protein Oxidation Detection Kit, Guava Mitochondrial Depolarization Kit for Flow Cytometry.