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 18-13-00044

НазваниеСинтез аналогов природных противоопухолевых веществ из компонентов эфирных масел петрушки и укропа.

РуководительСеменов Виктор Владимирович, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского Российской академии наук, г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ

2021 г. - 2022 г.

Конкурс Конкурс на продление сроков выполнения проектов, поддержанных грантами Российского научного фонда по приоритетному направлению деятельности Российского научного фонда «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами» (28).

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 словатубулин, микротрубочки, цитостатики, зародыши морского ежа, комбретастатин, рак, биотехнология, петрушка, укроп, апиол, диллапиол, миристицин

Код ГРНТИ31.23.00 34.15.51

СтатусУспешно завершен

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Продолжение проекта будет посвящено поиску новых химических соединений с полиалкоксибензольными фрагментами, которые ингибируют рост раковых клеток по механизму дестабилизации микротрубочек, а также антиоксидантов, которые тормозят свободно-радикальные процессы окисления и тем самым препятствуют образованию злокачественных опухолей. В 2020 г. в результате скринирования о-диарилазолов - аналогов природного антимитотика комбретастатина - неожиданно были найдены простые молекулы с высокой противоопухолевой и антитубулиновой активностью, представляющие собой изомеры о-диарилизоксазолов с единственным заместителем (MeO). В связи с этим будет осуществлен синтез аналогов этих структур, где МеО-заместитель заменен на другие фармакофорные фрагменты, из доступного сырья – арилнитрометанов, ацетофенонов и бензальдегидов. Для выявления вклада гетероцикла в биологическую активность планируется также синтез о-диарил-пирролов, -пиразолов и -1,2,3-триазолов с единственным заместителем. Значительное усовершенствование методики синтеза нитростильбенов, достигнутое в ходе проекта 2018, открывает путь к синтезу «полного» пентациклического скелета цитотоксичных ламелларинов и нингалинов, выделяемых из морских организмов. Реальный план синтеза целевых структур просматривается путем [3+2]- диполярного циклоприсоединения илидов изохинолиния к нитростильбенам с последующим окислением и лактонизацией полученных диарилзамещённых пирролоизохинолинов со сложноэфирной группой. Для успешного синтеза полициклических полиметоксизамещенных ламелларинов предполагается использовать редкие полиметоксибензальдегиды с орто-метоксизаместителем. Интересным сырьем для их синтеза может служить минорный метаболит одного из сортов петрушки – 2,4,5-триметоксиаллилбензол или изомеры пропенилбензола (α-азарон (транс) и β-азарон (цис)), содержащиеся в больших количествах в эфирном масле некоторых сортов корневищ аира болотного. Планируется найти подходящее дешевое сырье для синтеза производных 2,4,5-триметоксибензола, исследовать способы выделения необходимых метаболитов и отладить лабораторную технологию их синтеза. На основе доступного отечественного сырья будут разрабатываться новые эффективные схемы синтеза природных антиоксидантов и их аналогов ряда полиалкоксинафтохинонов – метаболитов насекомоядного растения Непентес и иглокожих. Одно из лекарственных средств этого класса Эхинохром А (Гистохром), производилось в небольших количествах из иголок морских ежей, а препараты на его основе несколько лет назад продавались в аптеках для лечения болезни сердца, катаракты, глаукомы, атеросклероза, хронических воспалительных заболеваний легких и возрастных изменений. В отличие от существующих методов, новый синтез полиалкоксинафтахинонов планируется на основе доступных полиалкоксиалиллбензолов (апиола и диллапиола), метансульфохлорида и ацетонциангидрина с образованием промежуточных полиметокситетралонов, из которых в 2-3 стадии можно получить целевые полиалкоксинафтохиноны. Технология СО2-экстракции новых полиметоксиметаболитов из доступного сырья позволит упростить синтез ламелларинов и полиметоксинафтохинонов. Цитоcтатическая активность ламелларинов и аналогов комбретастатина будет определена in vitro на 60 линиях опухолевых клеток человека , а также изучены in vivo антипролиферативные и антитубулиновые эффекты на модели зародышей морского ежа. В случае избирательной цитотоксичности по отношению к раковым клеткам такие молекулы могут быть новыми перспективными лекарственными кандидатами для химиотерапии онкологических заболеваний.

Ожидаемые результаты
На основе легкодоступного и безопасного для человека отечественного растительного сырья будут разработаны методы синтеза аналогов эффективных природных полиалкокси-цитостатиков и -антиоксидантов с различными механизмами действия – о-диарилизоксазолов, пирролокумаринов, нафтохинонов. Благодаря невысокой стоимости выделения полиалкоксибензолов из некондиционных семян петрушки и укропа, а также корневищ аира болотного методом СО2-экстракции, разрабатываемые противоопухолевые препараты будут доступны. Цитоcтатическая активность и селективность данных соединений будет исследована путем сравнения эффектов in vitro на 60 линиях опухолевых клеток человека, а антитубулиновые свойства - на модели зародышей морского ежа in vivo. Совпадение результатов математического моделирования и экспериментальной активности аналогов комбретастатина в ряду о-диарилизоксазолов позволяет надеяться на создание более эффективных ингибиторов полимеризации тубулина. Будет разработана также реальная схема синтеза пентациклического скелета ламелларинов и нингалинов - выделяемых из морских организмов цитотоксичных алкалоидов. На этом же сырье будет разрабатываться синтез природных антиоксидантов и их аналогов ряда полиалкоксинафтохинонов – метаболитов насекомоядного растения Непентес и иглокожих. Одно из лекарственных средств этого класса препарат Гистохром несколько лет назад продавался в аптеках для лечения болезни сердца, катаракты, глаукомы. Однако его производство, базировавшееся на экстракции микроколичеств Эхинохрома А из иголок и панцирей морских ежей, в настоящее время прекратилось. Планируется разработать синтез Эхинохрома А из эфирных масле петрушки (или укропа), что может оказаться существенно дешевле экстракционного способа производства. Таким образом усовершенствованная технология СО2-экстракции метаболитов из дешевых сельско-хозяйственных культур и уже отработанная на заводе компании Караван (г. Краснодар), может являться фундаментальной основой для разработки эффективных противоопухолевых средств с различным механизмом действия. По материалам проведенных исследований предполагается опубликовать серию научных статей в журналах по медицинской химии и химии природных соединений.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Разработан подход к синтезу аналогов ламелларинов (Схема 4) – природных пиррол-содержащих алкалоидов, выделяемых из морских организмов и обладающих высокой и разнообразной биологической активностью (прежде всего, противоопухолевой), а также способностью преодолевать множественную лекарственную устойчивость. Использование в качестве исходных соединений нитростильбенов ArCH=C(NO2)Ar’позволило синтезировать ACDEF-фрагмент ламелларинов (до их "полного" пентациклического скелета там не хватает только лактонного цикла) при помощи реакции [3+2] диполярного циклоприсоединения c участием илидов изохинолиния, генерируемых in situ из соответствующих солей (Схема 6). Была проведена серия экспериментов по подбору оптимальных условий проведения реакции окислительного циклоприсоединения с варьированием окислителя, основания и растворителя (Табл. 1). Наилучший выход был получен при кипячении реакционной смеси в толуоле в присутствии избытка активной формы MnO2 в качестве окислителя и DABCO в качестве основания. В этих условиях взаимодействием бромида N-(этоксикарбонилметил)изохинолиния с сответствующими нитростильбенами получены этил 1,2-бис(4-метоксифенил)пирроло[2,1-a]изохинолин-3-карбоксилат (выход 74%) и этил 1-фенил-2-(2-метоксифенил)пирроло[2,1-a]изохинолин-3-карбоксилат (выход 73%), что позволяет говорить о достаточной общности разработанной методики. Наличие в последнем продукте орто-метоксиарильного заместителя в положении 2 и сложноэфирной группы в положении 3 открывает путь к замыканию "недостающего" лактонного кольца и, тем самым, к формированию «полного» пентациклического ламелларинового остова. Действительно, О-деметилирование под действием BBr3 с последующей циклизацией в присутствии щёлочи с высоким выходом (80%) приводило к образованию целевого соединения с пентациклическим конденсированным ламеллариновым скелетом (Схема 8). В данный момент проводится работа по синтезу других ламеллариновых производных.

Публикации

1. Максименко А.С., Коблов И.А., Чернышева Н.Б., Кислый В.,П., Семенов В.В. Convenient preparation of arylnitromethanes by oxidation of benzaldoximes with urea hydrogen peroxide. Mendeleev Communications, т. 31, вып. 6, стр. 818-820 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1016/j.mencom.2021.11.016

2. Русанов Д.А., Самет А.В., Русак В.В., Семёнов В.В. Synthesis of functionalized 1-methylchromeno[3,4-b]pyrrol-4(3H)-ones via the Barton–Zard reaction starting from pseudonitrosites Chemistry of Heterocyclic Compounds, т. 57, вып. 9, с. 944-948 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1007/s10593-021-03004-3

3. Семенов В.В., Райхштат М.М., Конюшкин Д.Д., Семенов Р.В., Бланкович М.А.Т., Зуегг Дж., Элиот А.Г., Хансфорд К.А., Купер М.А. Antimicrobial screening of a historical collection of over 140 000 small molecules. Mendeleev Communications, т. 31, вып. 4, стр.484-487 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1016/j.mencom.2021.07.015

4. Коблов И.А, Максименко А.С., Кислый В.П., Семенов В.В. Селективный синтез 3,4-диарил-5-незамещенных изоксазолов и их антитубулиновая активность IX Молодежная конференция ИОХ РАН, Тезисы, Москва, г. Москва, стр. 168 (год публикации - 2021)

5. Максименко А.С., Кислый В.П., Коблов И.А, Семенов В.В., Семенова М.Н. Cинтез, биологическая активность и антипролиферативные свойства α-нитростильбенов Сборник тезисов докладов Седьмой Междисциплинарной конференции «Молекулярные и Биологические аспекты Химии, Фармацевтики и Фармакологии, г. Москва (год публикации - 2021)

6. Максименко А.С., Кислый В.П., Семенова М.Н., Семенов В.В. Cинтез и исследование зависимости структура активность антитубулиновых соединений на основе арилнитрометанов. Первая всероссийская школа по медицинской химии для молодых ученых, г. Новосибирск (год публикации - 2021)

7. Русанов Д. А., Самет А. В., Семёнов В. В. Подход к синтезу пирролокумаринового фрагмента алкалоидов морских организмов исходя из растительного сырья IX Молодежная конференция ИОХ РАН, 11-12 ноября 2021 г., Москва, с. 40 (год публикации - 2021)

8. Русанов Д.А., Самет А.В., Русак В.В., Семенов В.В. Синтез структурного ядра морских алкалоидов из эфирных масел растений по реакции Бартона-Зарда с участием псевдонитрозитов Сборник тезисов 5-й Российской конференции по медицинской химии с международным участием "МедХим-Россия 2021" (MedChem-Russia 2021), г. Волгоград, 5-8 октября 2021 г., с. 337 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.19163/MedChemRussia2021-2021-337

9. Семенов В.В. Семена петрушки и укропа – ценное сырье для синтеза противоопухолевых веществ Первая всероссийская школа по медицинской химии для молодых ученых, г. Новосибирск (год публикации - 2021)

10. Сильянова Е.А., Самет А.В., Семенов В.В. Новые синтетические подходы к пентациклическому скелету ламелларинов и его фрагментам Всероссийский конгресс по химии гетероциклических соединений «КOST-2021», г. Сочи, 12-16 октября 2021 г., с. 381 (год публикации - 2021)

11. Шинкарев И. Ю., Муравский Е. А., Варакутин А. Е., Семенов В. В. Получение полиалкокситетралонов на основе аллибензолов из промышленных эфирных масел семейства IX Молодежная конференция ИОХ РАН, Тезисы, Москва, стр. 275 (год публикации - 2021)

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Реакцией [3+2] диполярного циклоприсоединения илидов изохинолиния и нитростильбенов ArCH=C(NO2)Ar’ получен широкий круг 1,2-диарилпирроло[2,1-a]изохинолин-3-карбоксилатов, содержащих различные арильные заместители (АCDEF-фрагмент ламелларинов) (17 примеров). Наличие орто-метокси заместителя в арильном кольце А и сложноэфирной группы в пиррольном кольце С открыло путь к замыканию на их основе лактонного фрагмента (кольцо B) и, тем самым, к формированию «полного» гексациклического АBCDEF ламелларинового скелета. Использование 1 экв. BBr3 привело к селективному О-деметилированию орто-метокси-группы в арильном кольце А, а избыток BBr3 - к полному деметилированию всех имеющихся в молекуле алкокси-групп, что позволило получить как метокси-замещённые аналоги ламелларинов, так и их гидрокси-замещённые аналоги (9 примеров). В частности, таким образом синтезирован триметиловый эфир ламелларина D, и, тем самым, осуществлён формальный синтез ламелларина Н. Лучшие 4 изомера диарилизоксазолов с 4-метоксифенильным и 3,4,5-триметоксифенильным фрагментами, оказавшиеся мощными дестабилизаторами микротрубочек, проходят предклинические испытания в Национальном медицинском центре им. П. А. Герцена на клетках карциномы легкого А-549 и аденокарциномы предстательной железы РС-3. Два соединения угнетали рост опухолевых клеток человека в значительно более низких концентрациях (наномолярной, а в ряде случаев субнаномолярной) , чем природный митостатик СА4P. Для одного из лучших соединений разработана водорастворимая форма с использованием полимера плюроника F-127 (5%), что позволило увеличить концентрацию его в водной среде более чем в 10 раз, до 0.34%. В тестах на зародышах морского ежа было установлено, что F-127 как минимум в 10 раз менее токсичен, чем применяемые в клинике солюбилизирующие добавки кремофор, твин-20 и твин-80. В Институте им. П.А. Герцена эта препаративная форма проходит доклинические испытания на мышах с привитыми опухолями рака простаты РС-3 и рака легкого А-549 По предварительным данным, это соединение при однократной дозе 10 мг/кг на четвертые сутки после введения ингибирует рост саркомы мышей S37 на 50%.

Публикации

1. E. A. Сильяновa, В. И. Ушкаров, A. В. Самет, A. C. Максименко, И.А. Коблов, В. П. Кислый, M. Н. Семеновa, В. В. Семенов A comparative evaluation of monomethoxy substituted o-diarylazoles as antiproliferative microtubule destabilizing agents Mendeleev Communications, Vol. 32, p. 120-122 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1016/j.mencom.2022.01.039

2. А. Е. Варакутин, Е. А. Муравский, Д. В. Цыганов, И. Ю. Шинкарев, М. Е. Миняев, А. И. Самигуллина, Т. С. Купцова, Р. Н. Чупров-Неточин, А. В. Смирнова, А. А. Хомутов, С. В. Леонов, М. Н. Семенова, В. В. Семенов Синтез халконов с метилендиоксиполиметоксифрагментами на основе растительных метаболитов и их антипролиферативные свойства Известия Академии наук. Серия химическая, - (год публикации - 2023)

3. А. С. Максименко, П.А. Буйкин, Е.Д. Даева, В.П. Кислый, В.В. Семенов Preparation of Ring-Methoxylated Arylnitromethanes By The Victor Meyer Reaction Synthesis, v. 54 (11), p. 2724-2730 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1055/s-0041-1737534

4. Д. В. Цыганов, A. В. Самет, E. A. Сильяновa, В. И. Ушкаров, A. E. Варакутин, Н. Б. Чернышевa, Р. Н. Чупров--Неточин, A. A. Хомутов, A. С. Волковa, С. В. Леонов, M. Н. Семеновa, В. В. Семенов Synthesis and Antiproliferative Activity of Triphenylphosphonium Derivatives of Natural Allylpolyalkoxybenzenes ACS Omega, Vol. 7 (4), p. 3369-3383 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1021/acsomega.1c05515

5. Сильянова Е.А., Самет А. В., Бруннер М.Д., Семенов В.В Синтез ламелларинов и их фрагментов на основе альдегидов из эфирных масел растений Тезисы XII Всероссийской научной конференции с международным участием «Химия и технология растительных веществ», г. Киров, 29 ноября – 02 декабря 2022 г., Тезисы докладов XII Всероссийской научной конференции "Химия и технология растительных веществ", с. 175 (год публикации - 2022)

Возможность практического использования результатов
не указано