Разработка киназных ингибиторов MKK7/JNK в качестве противоопухолевых агентов

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 24-15-00334

НазваниеРазработка киназных ингибиторов MKK7/JNK в качестве противоопухолевых агентов

Руководитель Хлебников Андрей Иванович, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" , Томская обл

Конкурс №92 - Конкурс 2024 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-401 - Молекулярная и клеточная медицина

Ключевые слова киназа, опухолевый рост, противоопухолевый препарат, цитотоксичность, клеточная пролиферация, окислительный стресс, нафтохинон, инденохиноксалин, триптантрин, митоген-активируемая протеинкиназа киназы 7 (MKK7), c-Jun N- терминальная киназа (JNK)

Код ГРНТИ76.03.31

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Научной проблемой, на решение которой направлен проект, является создание новых эффективных противоопухолевых препаратов, снижающих бремя социально значимых онкологических заболеваний. Актуальной задачей, которая решается в рамках проекта, является создание и фундаментальное изучение биологических эффектов новых молекул – производных нафтохинона, триптантрина и инденохиноксалина, предназначенных для химиотерапевтического лечения онкологических заболеваний. Планируемый проект позволит осуществить синтез перспективных производных из группы нафтохинонов, инденохиноксалинов и триптантринов. Новизна данного исследования состоит в разработке ингибиторов киназ MKK7/JNK с не изученными ранее структурами, различными направлениями таргетинга, низкой токсичностью для организма, а также в разработке способов получения и изучении их биологической активности. Будут идентифицированы соединения, обладающие ингибирующим действием в отношении киназ MKK7/JNK и высоким терапевтическим потенциалом в отношении различных опухолевых линий, включая клетки опухоли молочной железы MDA-MB231 и MCF7, карциномы шейки матки HeLa, рака кишечника SW620, глиобластомы U-87MG и U-251. Будут охарактеризованы эффекты наиболее активных киназных ингибиторов MKK7/JNK на апоптоз и пролиферацию опухолевых клеток в культуре. На моделях опухолевого роста рака кишечника человека SW620 и глиомы человека U87 впервые будет исследована противоопухолевая активность новых селективных ингибиторов MKK7/JNK. Ожидаемые результаты будут иметь высокую фундаментальную значимость и высокий трансляционный потенциал для разработки новых подходов к лечению социально значимых онкологических заболеваний, для проведения органического синтеза, идентификации химических соединений и исследования биологических эффектов новых селективных киназных ингибиторов MKK7/JNK.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Разработка новых противоопухолевых препаратов остается одной из важнейших задач современной медицинской химии и фармакологии. Несмотря на значительные успехи в области онкологии, потребность в более эффективных и безопасных методах лечения рака продолжает расти. Особый интерес представляют соединения природного происхождения и их синтетические аналоги, включая производные нафтохинона и триптантрина, способные избирательно воздействовать на опухолевые клетки при минимальном влиянии на здоровые ткани. Производные нафтохинона, триптантрина и его структурного аналога инденохиноксалина демонстрируют широкий спектр биологической активности, включая противоопухолевое, противовоспалительное и антимикробное действие. Особенно перспективным направлением является разработка ингибиторов протеинкиназ на основе этих структур, поскольку нарушение регуляции киназных сигнальных путей часто связано с развитием различных форм рака. Протеинкиназы MKK7 (митоген-активируемая протеинкиназа киназа 7) и JNK (c-Jun N-терминальная киназа) относятся к киназам JNK-сигнального пути и играют ключевую роль в регуляции клеточного цикла, апоптоза и воспалительных процессов. Избыточная активация JNK-сигнального пути характерна для многих типов опухолей, что делает MKK7 и JNK привлекательными мишенями для противоопухолевой терапии. Создание селективных ингибиторов этих киназ может привести к разработке новых препаратов с улучшенным профилем безопасности и эффективности. При выполнении проекта в 2024 году большое внимание уделялось синтезу и исследованию in vitro производных нафтохинона, инденохиноксалина и триптантрина, которые показали значительный противоопухолеваый потенциал. Исследовательская группа разработала серию оптимизированных методик синтеза производных 1,4-нафтохинона, главным образом соединений с гидроксильными и аминогруппами. В результате этих экспериментов, в частности, было синтезировано пять соединений с различными аминокислотными остатками, что существенно расширило набор потенциальных терапевтических агентов. Значимые результаты были получены в области синтеза фторсульфатных производных нафтохинона с использованием уникальных возможностей клик-реакции SuFEx. Параллельно была синтезирована серия из 39 новых производных инденохиноксалина и триптантрина, изучены их физико-химические и биологические свойства. Весьма важным достижением является разработка методики синтеза ранее неизвестного 6,8-дибром-11H-индено[1,2-b]хинолин-11-она, который может представлять собой новый хемотип ингибиторов JNK. Для этого соединения с применением молекулярного докинга показана возможность интеркаляции в ДНК. Большой объем экспериментальных данных получен при исследовании связывания с киназами MKK7 и JNK. В частности, нафтохинон NQ2 демонстрирует довольно эффективное связывание с MKK7, характеризующееся константой диссоциации Kd = 2.2 μM. Более того, были идентифицированы девять новых производных инденохиноксалина и триптантрина, проявляющих наномолярную аффинность к JNK3 (Kd < 1 μM), что открывает новые перспективы в области таргетной терапии. Детальное изучение структурных особенностей этих соединений позволило установить принципиальную важность наличия незамещенной оксимной группы для эффективного связывания с JNK3. Проведенное молекулярное моделирование комплексов лиганд-белок позволило получить информацию об энергетических параметрах связывания изучаемых соединений с биомишенями. При исследовании биологической активности нафтохинонов было обнаружено, что производные нафтохинона обладают высоким цитотоксическим действием на клетки рака простаты PC-3 и клетки Т-лимфобластной лейкемии человека линии Jurkat. Цитотоксическая активность этих соединений значительно превосходила эффективность стандартного противоопухолевого препарата цисплатин. Примечательно, что нафтохиноны фенольного типа NQ2 и NQ3 показали более высокую цитотоксическую активность по сравнению с их фторсульфатными аналогами. Исследование механизма цитотоксичности подтвердило, что эти соединения индуцируют апоптоз посредством окислительного стресса. Изучение взаимосвязи структура-активность позволило установить тесные корреляции между параметрами электронной структуры и цитотоксической активностью нафтохинонов. Было показано, что пониженная электрофильность соединений (возрастание энергий граничных орбиталей) является благоприятным фактором для проявления цитотоксической активности. В рамках проекта проведено углубленное изучение механизмов электрохимического восстановления замещенных нафтохинонов и разработана методика количественного анализа этой группы биологически активных соединений с использованием вольтамперометрического метода. Одним из важных результатов, полученных при выполнении проекта, стало прямое экспериментальное подтверждение методом ЭПР способности JNK ингибитора IQ-1 (производное инденохиноксалина) выступать в роли донатора оксида азота (NO) in vivo. Кроме того, эффективность соединения IQ-1 была продемонстрирована на модели 3D сфероидов клеток рака молочной железы MCF7. Исследования in vivo показали способность IQ-1 существенно снижать токсичность химиотерапии при сохранении противоопухолевого эффекта, что открывает новые возможности для оптимизации противоопухолевой терапии. Проведенные исследования получили признание в научном сообществе, что подтверждается публикацией трех статей в журналах Molecules, International Journal of Molecular Sciences и Molbank, индексируемых Scopus и Web of Science. Результаты работы были представлены на двух международных научных мероприятиях (IX Международный симпозиум "Химия и химическое образование", Владивосток, Россия, 30 сентября – 3 октября 2024 г.; ХХII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии, Федеральная территория «Сириус», Россия, 7-12 октября, 2024 г.). Полученные нами результаты не только расширяют фундаментальное понимание механизмов действия новых противоопухолевых соединений, но и создают основу для разработки более эффективных терапевтических агентов, особенно в области ингибирования JNK-зависимого сигнального пути и таргетной терапии рака. Особую практическую значимость имеет открытие способности JNK ингибитора IQ-1 снижать токсичность химиотерапии при сохранении противоопухолевого эффекта, что открывает перспективы для разработки новых, более эффективных схем комбинированной терапии онкологических заболеваний.

Публикации

1. Андрианов В.В., Щепеткин И.А., Базан Л.В., Гайнутдинов Х.Л., Коврижина А.Р., Аточин Д.Н., Хлебников А.И. Evaluation of Nitric Oxide-Donating Properties of 11H-indeno[1,2-b]quinoxalin-11-one Oxime (IQ-1) by Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy Molecules, Molecules 2024, 29, 3820. (год публикации - 2024)
10.3390/molecules29163820

2. Коврижина А.Р., Хлебников А.И., Потапов А.С. Исследование стереохимии оксимной связи триптантрин-6-оксима ХХII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии, 7-12 октября, 2024, Федеральная территория «Сириус», Россия. Сборник тезисов докладов в 7 томах. Том 1. — М.: ООО «Адмирал Принт», 2024, ХХII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии, 7-12 октября, 2024, Федеральная территория «Сириус», Россия. Сборник тезисов докладов в 7 томах. Том 1. — М.: ООО «Адмирал Принт», 2024, С. 428. (год публикации - 2024)

3. Асеева Н.В., Даниленко Н.В., Плотников Е.В., Короткова Е.И., Липских О.И., Соломоненко А.Н., Еркович А.В., Эськова Д.Д., Хлебников А.И. Synthesis of New 1,4-Naphthoquinone Fluorosulfate Derivatives and the Study of Their Biological and Electrochemical Properties International Journal of Molecular Sciences, International Journal of Molecular Sciences 2024, 25, 12245. (год публикации - 2024)
10.3390/ijms252212245

4. Коврижина А.Р., Ащеулова Е.В., Хлебников А.И. Новые производные азотсодержащих диарилкетонов: синтез, молекулярное моделирование Химия и химическое образование = Chemistry and chemical education: IХ Международный симпозиум, Владивосток, 30 сентября – 3 октября 2024 г.: cборник материалов.– Владивосток : Издательство ДВФУ, 2024., Химия и химическое образование = Chemistry and chemical education: IХ Международный симпозиум, Владивосток, 30 сентября – 3 октября 2024 г.: cборник материалов.– Владивосток : Издательство ДВФУ, 2024, С. 143. (год публикации - 2024)
10.24866/7444-5802-7

5. Коврижина А.Р., Толеген Д., Павлов Д.И., Потапов А.С., Хлебников А.И. 6,8-Dibromo-11H-indeno[1,2-b]quinolin-11-one Molbank 2024, 2024, M1922., Molbank 2024, 2024, M1922. (год публикации - 2024)
10.3390/M1922

6. Плотников М.Б., Анищенко А.М., Хлебников А.И., Щепеткин И.А. Regulation of Blood–Brain Barrier Permeability via JNK Signaling Pathway: Mechanisms and Potential Therapeutic Strategies for Ischemic Stroke, Alzheimer’s Disease and Brain Tumors Molecules, Molecules 2025, 30, 2353. (год публикации - 2025)
10.3390/molecules30112353

7. Уваров А.В., Щепеткин И.А., Квин М.Т., Хлебников А.И. Tricyclic Isatin Derivatives as Anti-Inflammatory Compounds with High Kinase Binding Affinity Molecules, Molecules 2025, 30, 2914. (год публикации - 2025)
10.3390/molecules30142914

8. Афримзон Е., Дейч М., Соболев М., Зургил Р., Хлебников А.И., Булдаков М.А., Щепеткин И.А. c-Jun N-Terminal Kinase (JNK) Inhibitor IQ-1S as a Suppressor of Tumor Spheroid Growth Molecules, Molecules 2025, 30, 4278 (год публикации - 2025)
10.3390/molecules30214278

9. Коврижина А.Р., Хлебников А.И., Плотников Е.В. Synthesis and biological evaluation of alkali metal salts of tryptanthrin-6-oxime Abstracts of 50th World Chemistry Congress (50WCC), Kuala Lumpur, Malaysia, July 12–19 2025., Abstracts of 50th World Chemistry Congress (50WCC), Kuala Lumpur, Malaysia, July 12–19 2025. - P. 210. (год публикации - 2025)

10. Даниленко Н.В., Хлебников А.И. Synthesis and evaluation of 1,4-naphthoquinone derivatives as DNA intercalating agents Abstracts of 50th World Chemistry Congress (50WCC), Kuala Lumpur, Malaysia, July 12–19 2025., Abstracts of 50th World Chemistry Congress (50WCC), Kuala Lumpur, Malaysia, July 12–19 2025. - P. 230. (год публикации - 2025)

11. Коврижина А.Р., Лесина Ю.А., Хлебников А.И., Андрианов В.В. Indenoquinoxalinone oxime IQ-1 as a promising agent for drug development Abstracts of the 4th World Congress of Biopharm Industry Development, Fengxian, Shanghai, China, September 24-26, 2025., Abstracts of the 4th World Congress of Biopharm Industry Development, Fengxian, Shanghai, China, September 24-26, 2025. - P. 187-188. (год публикации - 2025)

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В 2025 году в рамках проекта выполнен комплекс междисциплинарных исследований, нацеленных на создание и доклиническую оценку новых малых молекул с противоопухолевой и киназ ингибирующей активностью на основе конденсированных азагетероциклов и нафтохинонов. Работа объединяет органический синтез, квантовохимическое моделирование, исследования взаимодействия с киназами, клеточные тесты и in vivo эксперименты. Синтезирован и охарактеризован новый ряд азинов на основе триптантрина и замещённых бензальдегидов, включая 12 ранее неизвестных соединений, а также оригинальные «гибридные» структуры, сочетающие триптантриновый, инденохиноксалиновый и изатиновый фрагменты. Для трициклических изатинов разработаны высокоэффективные методики получения оксимов и их O-замещённых производных с высокими выходами, расширен также набор функционализированных нафтохинонов по реакции Манниха. Эти результаты формируют библиотеку новых потенциально биологически активных соединений и универсальные подходы к их синтезу. Для ключевых азагетероциклических производных проведены квантовохимические расчёты (DFT) электронной и пространственной структуры, включая конформационный анализ и оценку барьеров Z,E-изомеризации. Показано, что такие молекулы обладают высокой конформационной и изомерной лабильностью, что благоприятно для адаптации к сайтам связывания белков мишеней. Для конъюгатов нафтохинона с аминокислотами выполнены электрохимические исследования, продемонстрировавшие одноэлектронный характер восстановления и хорошую корреляцию аналитического сигнала с концентрацией, что открывает перспективы создания электрохимических методик их количественного определения. Ключевым направлением проекта стало изучение взаимодействия новых соединений с киназами семейства JNK и другими сигнальными киназами. Для широкого ряда оксимов и гидразонов инденохиноксалина, инденохинолина, индоло[2,1-b]хиназолина и родственных структур определены константы диссоциации с JNK3. Обнаружены субмикромолярные лиганды с лучшими значениями Kd порядка десятков наномолей, выделены структурные признаки, обеспечивающие высокую аффинность и предполагаемое участие галогенных связей. Трициклический оксим изатина протестирован на широкой панели киназ, для него показана выраженная активность в отношении ограниченного числа мишеней и значительно более высокая селективность по сравнению с классическим JNK-ингибитором SP600125, что делает это соединение перспективным прототипом для таргетной оптимизации. Существенное внимание уделено молекулярному моделированию. Для ряда синтезированных ингибиторов проведены расчёты свободной энергии диссоциации комплексов с JNK3 методом метадинамики в воде. Получена высокая корреляция вычисленных энергий Гиббса с экспериментальными константами связывания, что демонстрирует преимущества молекулярно-динамических подходов по сравнению с классическим докингом и задаёт надёжную основу для дизайна новых ингибиторов. Экспериментальные биологические исследования подтвердили высокий потенциал ряда соединений. Конъюгаты нафтохинона с аминокислотами проявили выраженную цитотоксичность в отношении линий опухолевых клеток (рак простаты, молочной железы, яичника, лимфобластный лейкоз), зачастую превосходя по эффективности стандартный препарат цисплатин. Показано, что основным механизмом гибели клеток является индуцированный апоптоз при сопровождающем росте уровня окислительного стресса. Для производных триптантрина получены количественные данные по цитотоксичности, что позволило сопоставить их потенциал с нафтохиноновыми структурами. На in vivo-модели ксенографтов опухоли кишечника у иммунодефицитных мышей исследован оксим триптантрина как ингибитор JNK. При ежедневном введении в различных дозах установлено достоверное снижение массы опухолевых узлов без выраженной токсичности и ухудшения общего состояния животных. Эти данные свидетельствуют о перспективности выбранного класса соединений как кандидатов для дальнейшего доклинического развития в качестве таргетных противоопухолевых препаратов.

Публикации