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 18-73-10030
НазваниеНовая методология синтеза стереоизомерно чистых (~100%) непредельных кислот и лактонов - перспективные противоопухолевые и антибактериальные препараты.
РуководительМакаров Алексей Александрович, Кандидат химических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Уфимский федеральный исследовательский центр Российской академии наук, Республика Башкортостан
Период выполнения при поддержке РНФ | 07.2018 - 06.2021 |
Конкурс№30 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-103 - Синтез, строение и свойства природных и физиологически активных веществ; медицинская химия и прогнозирование различных видов биоактивности
Ключевые словаНепредельные полиеновые кислоты, лактоны, гомогенный металлокомплексный катализ, кросс-цикломагнирование, 1,2-диены, противоопухолевые и антибактериальные препараты.
Код ГРНТИ31.21.00
СтатусУспешно завершен
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Предлагаемый проект направлен на решение важной и актуальной проблемы по разработке современных высокоэффективных таргетных противоопухолевых и антибактериальных препаратов нового поколения на основе природных и синтетических функционально замещенных ди-, три- и полиеновых жирных кислот, а также лактонов на их основе, для лечения социально значимых заболеваний человека. В рамках данного проекта будут проведены исследования по разработке оригинальных препаративных методов направленного стереоселективного синтеза указанных выше соединений с применением на ключевой стадии открытых авторами новых реакций каталитического гомо- и кросс-цикломагнирования алифатических и функционально-замещенных 1,2-диенов с помощью доступных реактивов Гриньяра, что обуславливает высокую новизну и патентную чистоту достигнутых в ходе выполнения настоящего проекта результатов.
Для синтезированных соединений на базе созданного в Институте нефтехимии и катализа Российской академии наук в рамках Лаборатории каталитического синтеза нового подразделения «Центра молекулярного дизайна и биологического скрининга веществ-кандидатов для фарминдустрии» планируется проведение испытаний in vitro на противоопухолевую и антибактериальную активность с привлечением современных методов флуоресцентной микроскопии, проточной цитофлуориметрии, иммуногистохимических методов и вестерн-блоттинга. Антибактериальная и фунгицидная активность синтезированных соединений также будет изучена на культурах патогенных и оппортунистических бактерий и грибков совместно с кафедрой микробиологии Башкирского государственного медицинского университета. Исследования на лабораторных животных предполагается провести в лаборатории фармакологических исследований ФБГУН Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова (зав. д.б.н., проф. Толстикова Т.Г.)
Ожидаемые результаты
В результате выполнения проекта будут разработаны оригинальные стереоселективные методы синтеза крайне труднодоступных бис-метиленразделенных ди-, три- и полиеновых кислот, а также 5- и 6-членные лактоны на их основе, в том числе природной структуры, с применением на ключевой стадии синтеза указанных кислот новой реакции межмолекулярного кросс-цикломагнирования алифатических и кислород-содержащих 1,2-диенов с помощью доступных реактивов Гриньяра, катализируемой Cp2TiCl2.
Синтезированные молекулы будут исследованы на цитотоксичность, способность индуцировать апоптоз и влияние на клеточный цикл в отношении панели опухолевых клеточных линий различной этиологии (HCT 116 (colon carcinoma); A549 (human lung carcinoma); HL60 (promyelocytic leukemia); K562 (myelogenous leukemia); HeLa (epitheloid cervix carcinoma); Hep-2 (HeLa derivative); HEK293 (human embryonic kidney); Jurkat (leukemia); U937 (lymphoma); Normal fibroblasts.) в "Центре молекулярного дизайна и биологического скрининга веществ-кандидатов для фарминдустрии", созданного при лаборатории каталитического синтеза ИНК РАН с привлечением современных методов флуоресцентной микроскопии, проточной цитофлуориметрии, иммуногистохимических методов и вестерн-блоттинга. Антибактериальная и фунгицидная активность синтезированных соединений также будет изучена на культурах патогенных и оппортунистических бактерий и грибков совместно с кафедрой микробиологии Башкирского государственного медицинского университета. Будут проведены исследования на лабораторных животных (острая и хроническая токсичность, изучение противоопухолевых свойств) в лаборатории фармакологических исследований ФБГУН Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова (зав. д.б.н., проф. Толстикова Т.Г.).
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
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.
Публикации
1. Дьяконов В.А., Туктарова Р.А., Джемилев У.М. Ti-Catalyzed Cross-Cyclomagnesiation of 1,2-Dienes in the Total Z,Z,Z-Stereoselective Synthesis of Natural Acetogenin - Chatenaytrienin-1 Organic Letters, ACS Omega 2019, 4, 9, 14085−14091 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1021/acsomega.9b01951
2. Джемилев У.М., Дьяконов В.А., Джемилева Л.У. Катализаторы и каталитические процессы 21-го века (глава "Металлокомплексный катализ в синтезе регулярных изопреноидов") Успехи химии, - (год публикации - 2019)
3. Андреев Е.Н., Макаров А.А., Джемилева Л.У., Салимова А.Р., Дьяконов В.А., Джемилев У.М. A new stereoselective synthesis of biologically active natural 5Z,9Z,13Z-eicosatrienoic acid Сборник тезисов "Менделеев 2019 – XI Международной конференции для молодых ученых по химии", Санкт-Петербург, - (год публикации - 2019)
4. Дьяконов В.А., Джемилева Л.У., Макаров А.А., Туктарова Р.А., Андреев Е.Н., Ишмухаметова С.Р., Джемилев У.М. New methodology for stereoselective catalytic synthesis of natural acids, lembehynes, and acetogenins - modern preparations for medicine Сборник тезисов Международной научной конференции "Органические и гибридные функциональные материалы и аддитивные технологии" ChemTrends-2018, Москва, - (год публикации - 2018)
5. Дьяконов В.А., Джемилева Л.У., Макаров А.А., Туктарова Р.А., Андреев Е.Н., Ишмухаметова С.Р., Джемилев У.М. Z-Stereoselective catalytic synthesis of natural acids, lembehynes, and acetogenins - Modern preparations for medicine MDPI AG in Proceedings of 4th International Electronic Conference on Medicinal Chemistry, - (год публикации - 2018) https://doi.org/10.3390/ecmc-4-05613
6. Дьяконов В.А., Джемилева Л.У., Макаров А.А., Туктарова Р.А., Андреев Е.Н., Ишмухаметова С.Р., Джемилев У.М. Stereoselective synthesis and biological evaluation of natural acids, lembehynes, and acetogenins Сборник тезисов "Natural Products in Drug Discovery and Human Health (NatProdDDH)", Lissabon, - (год публикации - 2019)
7. Дьяконов В.А., Джемилева Л.У., Макаров А.А., Туктарова Р.А., Андреев Е.Н., Ишмухаметова С.Р., Джемилев У.М. Original Synthesis of Natural Acetogenins, FattyAcids andLembehynes as a Potential Drugs for Treatment of Cancer and Neurodegenerative Diseases Сборник тезисов "3rd Edition of Global Conference on Pharmaceutics and Drug Delivery Systems", Paris, - (год публикации - 2019)
8. Дьяконов В.А., Джемилева Л.У., Макаров А.А., Туктарова Р.А., Андреев Е.Н., Ишмухаметова С.Р., Юнусбаева М.М., Джемилев У.М. Novelties in Z-stereoselective synthesis of natural fatty acids, acethogenins and alkinols and study of their anticancer and neuritogenic activity Сборник тезисов "Markovnikov Congress on Organic Chemistry", Казань, - (год публикации - 2019)
9. Макаров А.А., Джемилева Л.У., Дьяконов В.А., Джемилев У.М. Синтез 5Z-ненасыщенных α-иодлактонов - эффективных активаторов апотоза по митохондриальному пути Сборник тезисов "Всероссийской конференции «Взаимосвязь ионных и ковалентных взаимодействий в дизайне молекулярных и наноразмерных химических систем» (ChemSci-2019)", Москва, - (год публикации - 2019)
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.
Публикации
1. В.А.Дьяконов, А.А.Макаров, Е.Н.Андреев, Э.Х.Макарова, Л.У.Джемилева, Л.М.Халилов, У.М.Джемилев Реакция каталитического циклоалюминирования 1,2-диенов в полном синтезе природных гренадамида и лингбиоевой кислоты Известия АН. Серия химическая, №2, стр. 386-389 (год публикации - 2020)
2. Дьяконов В.А., Туктарова Р.А., Джемилев У.М. Ti-Catalyzed Cross-Cyclomagnesation of 1,2-Dienes in the Total Z,Z,Z-Stereoselective Synthesis of Natural Acetogenin - Chatenaytrienin-1 ACS Omega, №4, стр. 14085-14091 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1021/acsomega.9b01951
3. Макаров А.А., Джемилева Л.У., Салимова А.Р., Макарова Э.Х., Рамазанов И.Р., Дьяконов В.А., Джемилев У.М. New Synthetic Analogs of Natural 5Z,9Z-Dienoic Acids: Stereoselective Synthesis and Study of the Antitumor Activity Bioorganic Chemistry, 2020, 104, 104303 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1016/j.bioorg.2020.104303
4. Джемилев У.М., Дьяконов В.А., Джемилева Л.У. Катализаторы и каталитические процессы 21-го века (глава "Металлокомплексный катализ в синтезе регулярных изопреноидов") Успехи химии, - (год публикации - 2020)
5. Дьяконов В.А., Джемилева Л.У., Джемилев У.М. Natural compounds with bis-methylene-interrupted Z-double bonds: plant sources, strategies of total synthesis, biological activity, and perspectives Phytochemistry Reviews, (2021) 20:325-342 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1007/s11101-020-09685-6
6. Андреев Е.Н., Макаров А.А., Джемилева Л.У., Салимова А.Р., Дьяконов В.А., Джемилев У.М. A new stereoselective synthesis of biologically active natural 5Z,9Z,13Z-eicosatrienic acid Сборник тезисов "Менделеев 2019 - XI Международной конференции для молодых ученых по химии", Санкт-Петербург, стр. 221 (год публикации - 2019)
7. Дьяконов В.А., Джемилева Л.У., Макаров А.А., Туктарова Р.А., Андреев Е.Н., Ишмухаметова С.Р, Джемилев У.М. Stereoselective synthesis and biological evaluation of natural acids, lembehynes and acetogenins Сборник тезисов "Natural Products in Drug Discovery and Human Health (NatProdDDH)", Lissabon, стр. 29 (год публикации - 2019)
8. Дьяконов В.А., Джемилева Л.У., Макаров А.А., Туктарова Р.А., Андреев Е.Н., Ишмухаметова С.Р., Джемилев У.М. Original Synrhesis of Natural Acetogenins, Fatty Acids and Lembehynes as a Potential Drugs for Treatment of Cancer and Neurodegenerative Diseases Сборник тезисов "3rd Edition of Global Conference on Pharmaceutics and Drug Delivery Systems", Paris, стр. 63-64 (год публикации - 2019)
9. Дьяконов В.А., Джемилева Л.У., Макаров А.А., Туктарова Р.А., Андреев Е.Н., Ишмухаметова С.Р., Юнусбавева М.М., Джемилев У.М. Novelties in Z-stereoselective synthesis of natural fatty acids, acetogenins and alkiniols and study of their anticancer and neuritogenic activity Сборник тезисов "Markovnikov Congress on Organic Chemistry", Казань, стр. 76 (год публикации - 2019)
10. Макаров А. А., Дьяконов В. А., Джемилева Л. У., Макарова Э. Х., Джемилев У. М. ПОЛУЧЕНИЕ ТРЕТ-БУТИЛМЕТИЛ((5Z,9Z,12Z)-ОКТАДЕКА-5,9,12-ТРИЕН-1-ИЛОКСИ)СИЛАНА – КЛЮЧЕВОГО МОНОМЕРА В ПОЛНОМ СИНТЕЗЕ ПИНОЛЕНОВОЙ КИСЛОТЫ Сборник тезисов международной конференции «Актуальные вопросы органической химии и биотехнологии», г. Екатеринбург, 2020 г., - (год публикации - 2020)
11. Макаров А. А., Дьяконов В. А., Джемилева Л. У., Макарова Э. Х., Джемилев У. М. ЭФФЕКТИВНЫЙ МЕТОД СИНТЕЗА ПРИРОДНЫХ ТРИЕНОВЫХ КИСЛОТ, СОДЕРЖАЩИХ 1Z,5Z-ДИЕНОВЫЙ ФРАГМЕНТ Сборник тезисов международной конференции «Актуальные вопросы органической химии и биотехнологии», г. Екатеринбург, 2020 г., - (год публикации - 2020)
12. Макаров А.А. , Дьяконов В.А, Джемилева Л.У, Макарова Э.Х., Джемилев У.М. Новый метод стереоселективного синтеза триеновых кислот, содержащих 1Z,5Z-диеновый фрагмент Сборник тезисов "XII Всероссийская научная интернет-конференция "Интеграция науки и высшего образования в области био- и органической химии и биотехнологии", Уфа, стр. 76-77 (год публикации - 2019)
13. Макаров А.А., Джемилева Л.У., Дьяконов В.А., Джемилев У.М. Синтез 5Z-ненасыщенных α-иодлактонов - эффективных активаторов апоптоза по митохондриальному пути Сборник тезисов "Всероссийской конференции "Взаимосвязь ионных и ковалентных взаимодействий в дизайне молекулярных и наноразмерных химических систем" (ChemSci-2019)",Москва, стр. 59 (год публикации - 2019)
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.
Публикации
1. Дьяконов В.А., Макаров А.А., Джемилева Л.У., Рамазанов И.Р., Макарова Э.Х., Джемилев У.М. Natural Trienoic Acids as Anticancer Agents: First Stereoselective Synthesis, Cell Cycle Analysis, Induction of Apoptosis, Cell Signaling and Mitochondrial Targeting Studies Cancers, - (год публикации - 2021) https://doi.org/10.3390/cancers13081808
2. Дьяконов В. А., Макаров А. А., Джемилева Л. У., Макарова Э. Х., Ишбулатов И. В., Джемилев У. М. СИНТЕЗ СИММЕТРИЧНЫХ АНАЛОГОВ АЦЕТОГЕНИНОВ – ПЕРСПЕКТИВНЫХ ПРОТИВООПУХОЛЕВЫХ ПРЕПАРАТОВ XIV Всероссийская научная интернет-конференция «ИНТЕГРАЦИЯ НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ В ОБЛАСТИ БИО- И ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ И БИОТЕХНОЛОГИИ» 26-27 ноября 2020 года, г. Уфа, стр. 21 (год публикации - 2020)
3. Дьяконов В. А., Макаров А. А., Джемилева Л. У., Макарова Э. Х., Ишбулатов И. В., Джемилев У. М. РАЗРАБОТКА НОВОГО ОРИГИНАЛЬНОГО МЕТОДА СИНТЕЗА СИНТЕТИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДНЫХ АЦЕТОГЕНИНОВ XIV Всероссийская научная интернет-конференция «ИНТЕГРАЦИЯ НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ В ОБЛАСТИ БИО- И ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ И БИОТЕХНОЛОГИИ» 26-27 ноября 2020 года, г. Уфа, стр. 22-23 (год публикации - 2020)
4. Дьяконов В.А., Макаров А.А., Ишбулатов И.В., Джемилева Л.У., Макарова Э.Х., Джемилев У.М. Эффективный малостадийный метод синтеза предшественников природных ацетогенинов XXIV Всероссийская конференция молодых ученых-химиков (с международным участием), Нижний Новгород., - (год публикации - 2021)
5. Дьяконов В.А., Макаров А.А., Ишбулатов И.В., Джемилева Л.У., Макарова Э.Х., Джемилев У.М. A new approach to the synthesis of synthetic derivatives of acetogenins - promising anticancer drugs 6-я Международная школа-конференция по катализу, Новосибирск., - (год публикации - 2021)
6. Дьяконов В.А., Макарова Э.Х., Джемилева Л.У., Макаров А.А., Ишбулатов И.В., Джемилев У.М. Reaction of Ti-catalyzed homo-cyclomagnesiation of 1,2-dienes in the synthesis of acetogenin analogs 6-я Международная школа-конференция по катализу, Новосибирск., - (год публикации - 2021)
7. Дьяконов В.А., Макарова Э.Х., Джемилева Л.У., Макаров А.А., Ишбулатов И.В., Джемилев У.М. СИНТЕЗ АРОМАТИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДНЫХ АЦЕТОГЕНИНОВ – ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ПРОТИВООПУХОЛЕВЫХ АГЕНТОВ VI Всероссийская молодежная конференция «Достижения молодых ученых: химические науки» (в заочной форме), Уфа., - (год публикации - 2021)
8. Дьяконов В.А., Макарова Э.Х., Джемилева Л.У., Макаров А.А., Ишбулатов И.В., Джемилев У.М. РЕАКЦИЯ ДЖЕМИЛЕВА В СИНТЕЗЕ ВАЖНЕЙШЕГО ПРЕДШЕСТВЕННИКА ПРИРОДНОГО АЦЕТОГЕНИНА - cis-SOLAMIN VI Всероссийская научно-практическая конференция студентов и молодых ученых «Химия: достижения и перспективы», Ростов-на-Дону., - (год публикации - 2021)
9. Дьяконов В.А., Макарова Э.Х., Джемилева Л.У., Макаров А.А., Ишбулатов И.В., Джемилев У.М. НОВЫЕ СИНТЕТИЧЕСКИЕ АНАЛОГИ АЦЕТОГЕНИНОВ – ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ПРОТИВООПУХОЛЕВЫЕ ПРЕПАРАТЫ VI Всероссийская научно-практическая конференция студентов и молодых ученых «Химия: достижения и перспективы», Ростов-на-Дону., - (год публикации - 2021)
10. Макаров А. А., Дьяконов В. А., Джемилева Л. У., Макарова Э. Х., Джемилев У. М. Новая методология стереоселективного каталитического синтеза природных Z-ненасыщенных кислот и их аналогов – перспективные противоопухолевые препараты IV Международная конференция «Современные синтетические методологии для создания лекарственных препаратов и функциональных материалов» (MOSM2020) Екатеринбург, 16-20 ноября 2020 г., PL-7 (год публикации - 2020)
11. Макарова Э. Х., Джемилева Л. У., Дьяконов В. А., Макаров А. А., Джемилев У. М. Новый стереоселективный метод синтеза аналогов ацетогенинов – потенциальных химиотерапевтических агентов IV Международная конференция «Современные синтетические методологии для создания лекарственных препаратов и функциональных материалов» ( MOSM2020 ) Екатеринбург, 16-20 ноября 2020 г., DR-28 (год публикации - 2020)
Возможность практического использования результатов
Практическая ценность работы заключается в возможности дальнейшего применения результатов данного исследовательского проекта для персонификации схем традиционной химиотерапии, а также для направленного поиска соединений-кандидатов с высоким противоопухолевым потенциалом и низкой токсичностью.