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 22-13-00228
НазваниеНовая стратегия создания мульти-ориентированных кандидатов в лекарственные средства на основе оксиндольного скаффолда
Руководитель Шевцова Елена Феофановна, Доктор химических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии Российской академии наук , Московская обл
Конкурс №68 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»
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 слова медицинская химия, направленный синтез, биологические мишени, скрининг, окислительный стресс, противоглаукомные средства, антидиабетические средства, митохондрии, нейропротекторы
Код ГРНТИ31.21.27
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
К научным приоритетам Стратегии НТР РФ относятся фундаментальные и фундаментально-ориентированные исследования, которые обусловлены высокой потребностью в разработке отечественных лекарственных средств, полученных методом химического синтеза и удовлетворяющих требованиям для создания в РФ импортозамещающих препаратов.
Проект посвящен решению актуальной фундаментальной проблемы – молекулярному конструированию, направленному органическому синтезу и исследованию новых низкомолекулярных мульти-ориентированных субстанций с мультитаргетным типом действия – кандидатов в лекарственные средства.
Принципиальной новизной работы является новая стратегия направленной сборки мульти-ориентированных молекул.
Подобные системы мульти-ориентированного действия предназначены для таргетной терапии заболеваний, объединенных общностью патогенеза и пересекающимися биологическими мишенями. Базовым принципом молекулярной сборки является использование единой универсальной платформы, в данном случае - оксиндола, химическая модификация которого способна обеспечить селективное связывание с фармакологически значимыми мишенями, участвующими в патогенезе выбранного ряда патологий.
Ключевым моментом в решении поставленной задачи является как выбор типов заболеваний, так и выбор мишеней.
В качестве типов патологий выбраны нейродегенеративные заболевания - такие как диабет 2 типа, глаукома и болезнь Альцгеймера. Важной объединяющей особенностью этих заболеваний является возраст-зависимое начало заболевание с последующим прогрессирующим течением. Это в значительной степени определяет перспективность коррекции окислительных нарушений, митохондриальных дисфункций и снижения порога индукции открытия проапоптотических пор митохондриальной проницаемости – нарушений, играющих важную роль в проявлении возрастных нарушений и в патогенезе данных заболеваний.
В качестве мишеней будут использованы следующие: функциональные системы оценки окислительных повреждений липидов мембран, белков и ДНК, влияния на митохондриальные функции и на состояние системы микротрубочек, а также характерные для производных оксиндолов молекулярные мишени - NRH:хинон оксидоредуктаза 2 (NQO2 или QR2) и киназа гликогенсинтазы GSK3-beta (GSK-3β), ряд ферментов системы редокс регуляции.
Данная методология позволяет осуществлять химическую модификацию выбранного универсального оксиндольного скаффолда путем введения различных функциональных групп, ответственных за эффективное взаимодействие с перечисленными мишенями, и позволит создавать мульти-ориентированные молекулы.
В проекте будет разработана общая синтетическая стратегия получения и отбора новых физиологически активных веществ - кандидатов в лекарственные средства.
Для выполнения поставленной задачи будут использованы базовые этапы создания физиологически активных соединений: выбор мишени - дизайн структур – синтез – скрининг- выбор хитов и лидеров (Hit2Lead).
Конкретными задачами проекта являются следующие:
(1) компьютерное молекулярное моделирование для отбора новых структур и для оптимизации соединений-хитов – перспективных для связывания с мишенью/мишенями;
(2) химическая оптимизация молекулярной структуры и функций мишень-ориентированных соединений на основе оксиндола как универсальной платформы с использованием методов современного органического синтеза; в этом случае будут предложены и разработаны оптимальные методы химической сборки широкого набора производных оксиндола и ряда перспективных фармакофоров (γ-карболин, мемантин, такрин, амиридин, L-каронозин, и др.);
(3) первичный скрининг in vitro с использованием как молекулярных мишеней, так и функциональных систем тестов;
(4) отбор соединений-хитов и лидеров и их дальнейшая оптимизация;
(5) верификация полученных результатов для соединений-хитов на клеточных моделях нейродегенерации, характерных для определённых нейродегенеративных заболеваний, глаукомы и диабета и для соединений-лидеров in vivo исследования эффективности на моделях соответствующих заболеваний, проведение ранних доклинических испытаний (острая токсичность, определение LD50, и др.).
На этапе молекулярного моделирования будут применяться новейшие методы (прогнозирование аффинности соединений на основе построения моделей связи «структура–активность» (MFTA), эмпирические приемы структурного дизайна и др.).
На этапе химического синтеза будет использовано два подхода:
(1) Функционализация уже готовой платформы оксиндола с целью введения мишень-связывающих групп.
(2) Сборка гетероциклического фрагмента с введенными функциональными группами. В каждом из подходов будут разработаны оптимальные синтетические методы, обеспечивающие молекулярную эффективность, простоту синтеза для разработки лабораторного и полупромышленного регламентов, энергоэффективность и минимизированную стоимость.
На этапе комплексного скрининга будет произведен отбор субстанций, эффективно взаимодействующих с пересекающимися мишенями, которые участвуют в патогенетических маршрутах приведенных выше типов заболеваний, с целью выявления новых молекул мульти-ориентированного действия. В качестве основных методов скрининга будут использованы следующие:
(1) первичный скрининг с использованием функциональных систем оценки окислительных повреждений липидов мембран, влияния на митохондриальные функции и на состояние системы микротрубочек, а также для определённых групп соединений на ряд молекулярных мишеней -NRH:хинон оксидоредуктазу 2, киназу гликогенсинтазы GSK-3β (GSK-3β), ряд ферментов клеточной системы редокс регуляции, карбоангидразу и дипептидилпептидазу 4; образование амилоидных агрегатов и активность холинэстераз (ацетил- и бутирилхолинэстеразы);
(2) отбор соединений-хитов, верификация их нейропротекторного эффекта на клеточных моделях патологий, в том числе оценка влияния на биоэнергетическое состояние клеток, выбор лидеров;
(3) оптимизация лидеров; наработка экспериментальных образцов и масштабирование методик;
(4) проведение пилотных доклинических испытаний эффективности in vivo с целью отбора кандидатов в лекарственные средства для проведение доклинических исследований.
Работа будет осуществляться при тесном взаимодействии с партнерами, с которыми заключены договора о научно-техническом сотрудничестве (МГУ имени М.В.Ломоносова) с использованием ресурсов партнеров.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1.
Волкова М.С., Ефремов А.М., Безсонова Е.Н., Цымляков М.Д., Максутова А.И., Салыкина М.А., Сосонюк С.Е., Шевцова Е.Ф., Лозинская Н.А.
Synthesis of New 2,3-Dihydroindole Derivatives and Evaluation of Their Melatonin Receptor Binding Affinity
Molecules, 27(21), 7462 (год публикации - 2022)
10.3390/molecules27217462
2.
Лозинская Н.А. , Морозов А.А., Базанов Д.Р., Милаева Е.Р., Арешидзе Д.А. , Шевцов П.Н., Петрова Л.Н., Шевцова Е.Ф.
Стратегия применения тиурониевых солей как способ повышения нейропротекторной активности производных тиомочевин
Безопасность и риск фармакотерапии, том 11, №2, стр. 165-175 (год публикации - 2023)
10.30895/2312-7821-2023-11-2-341
3.
Ефремов А.М., Безнос О.В., Еремеев Р.О., Чеснокова Н.В., Милаева Е.Р., Шевцова Е.Ф., Лозинская Н.А.
Microwave-assisted synthesis of 3-hydroxy-2-oxindoles and evaluation of their antiglaucomic activity
International Journal of Molecular Sciences, 24(6), 5101 (год публикации - 2022)
10.3390/ijms24065101
Публикации
1.
Еремеев Р.О., Безнос О.В., Ефремов А.М., Чеснокова Н.Б., Лозинская Н.А.
The rational design of novel 5-amino-2-oxindole derivatives with antiglaucomic activity
Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, V. 90, 129334 (год публикации - 2023)
10.1016/j.bmcl.2023.129334
2.
Ефремов А.М., Безнос О.В., Еремеев Р.О., Чеснокова Н.Б., Милаева Е.Р., Шевцова Е.Ф., Лозинская Н.А.
Microwave-Assisted Synthesis of 3-Hydroxy-2-oxindoles and Pilot Evaluation of Their Antiglaucomic Activity
Int. J. Mol. Sci., V.24, #6, 5101 (год публикации - 2023)
10.3390/ijms24065101
3.
Ефремов А.М., Бабков Д.А., Безнос О.В., Соколова Ел.В., Спасов А.А., Иванов В.Н., Куркин А.В., Чеснокова Н.Б., Лозинская Н.А.
Microwave-assisted synthesis of 5-aryl-3-hydroxy-2-oxindole derivatives and evaluation of their antiglaucomic activity
Mendeleev Communications, V.33, #4, pp.550-552 (год публикации - 2023)
10.1016/j.mencom.2023.06.035
4.
Веселов И.М., Виноградова Д.В., Мальцев А.В., Шевцов П.Н., Спиркова Е.А., Бачурин С.О., Шевцова Е.Ф.
Mitochondria and Oxidative Stress as a Link between Alzheimer’s Disease and Diabetes Mellitus
Int. J. Mol. Sci., V. 24, #19 : 14450 (год публикации - 2023)
10.3390/ijms241914450
5. Ефремов А.М., Еремеев Р.О., Безнос О.В., Шевцова Е.Ф., Лозинская Н.А. Методы синтеза 3-гидрокси-2-оксиндолов с выраженной антиглаукомной активностью сборник тезисов докладов Международной конференции по химии «Байкальские чтения-2023», стр 170 (год публикации - 2023)
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Разработан метод ковалентного связывания производных оксиндола с такрином с использованием линкеров различной длины. Показана принципиальная возможность применения оксиндола для модификации молекулы такрина как с использованием традиционного аминокислотного линкера, так и с помощью создания мочевинного фрагмента созданного на базе трифосгена. Созданы конъюгаты такрина с 5-аминобензимидазолонами, содержащие группы СН2COOEt и СН2CN как фармакофорные фрагменты. В качестве линкера для связывания с такрином была выбрана 6-аминокапроновая кислота. Практически все конъюгаты являются ингибиторами хиноноксидоредуктазы 2 и способны связывать супероксид-анион-радикал, но не проявляют in vivo способности снижать внутриглазное давление (ВГД) у нормотензивных кроликов.
Попытки создания конъюгатов оксиндолов с мемантином, гамма-карболином и карнозином приводили к неразделимым смесям продуктов в связи с тем, что активность амидного азота в оксиндоле сравнима с активностью аминогруппы в вышеперечисленных активных молекулах, что вызывает конкурирующую реакцию связывания линкера с N1 оксиндола. Впервые предложено использовать азот в первом положении оксиндола для введения линкера, что позволяет избежать необходимости использовать именно амино-оксиндолы и расширяет круг вводимых в реакцию индолинонов
С целью создания ингибитора карбоангидразы II (CAII), снижающего ВГД и обладающего мультинаправленным действием (нейропротекция, нормализация митохондриальных функций) синтезирован ряд сульфамидных производных оксиндолов: сульфонамиды, содержащие свободную NH2-группу и производные сульфонамидов на основе замещенных аминов, содержащие RNHSO2 и R2NSO2 группы в различных положениях оксиндольного цикла. Синтез серии N-тозиламидзамещенных изатинов включал алкилирование атома азота изатинов 4-(бромметил)бензолсульфонамидом с последующей конденсацией с цианоуксусной и малоновой кислотами. Впервые получен целевой 4-(бромметил)бензолсульфонамид с выходом 90% используя бромирование молекулярным бромом в хлористом метилене. Также был проведен синтез ряда новых 3-цианометил и 3-карбоксиметил замещённых 3-гидрокси-5-сульфонамид-2-оксиндолов, содержащих сульфонамидную группу в положении 5.
Все новые сульфамидные производные оксиндолов проявляют слабую антиоксидантную активность, не влияют на функции митохондрий и не токсичны для клеток нейробластомы SH-SY5Y. Но если практически все представители N-тозиламидзамещенных изатинов явились эффективными ингибиторами CAII с IC50 в диапазоне от 20 до 220 нМ, то в ряду новых 3-карбоксиметил замещённых 3-гидрокси-5-сульфонамид-2-оксиндолов только у двух представителей IC50 ниже 10 мкМ. Изучение способности синтезированных соединений снижать ВГД было изучено на нормотензивных кроликах и крысах при локальном применении в виде капель. Наибольший гипотензивный эффект у кроликов проявил представитель ряда N-карбоксиметилсодержащих тозиламидзамещенных изатинов 5i, содержащий нитрогруппу в 5-м положении оксиндола, Это же соединение наиболее активно снижает ВГД и у крыс и ингибирует hCAII с IC50=211нМ. Важно, что это соединение содержит легко восстанавливаемую до амина нитро-группу в пятом положении, что делает его перспективным для дальнейших модификаций, в том числе и для введения новых фармакофорных фрагментов. При изучении влияния сульфамидные производных оксиндолов на ВГД обнаружены межвидовые отличия, что требует дальнейшего изучения.
Важной частью выполнения проекта, дополняющей знания о возможных механизмах митопротекторного действия как основы нейропротекции, явилась работа по детальному анализу влиянию на митохондриальные функции биоизостерного аналога ранее исследованных производных тиурониевых солей – производного тиомочевины NT-1505. Механизм нейропротекторного эффекта этого соединения, хотя бы отчасти, связан со способностью NT-1505 предотвращать открытие пМП. Но одновременная деполяризация митохондрий, снижение входа кальция в митохондрии и, главное - стимуляция поглощения кислорода митохондриями позволили предположить, что NT-1505 разобщает дыхательную цепь митохондрий. Это было доказано в опытах на бислойных мембранах (протонофорный эффект), клетках SH-SY5Y (деполяризация и стимуляция дыхания в присутствии ингибитора АТФ-синтазы олигомицина), изолированных митохондриях (стимуляция разобщающего эффекта пальмитатом и блокада стимуляции альбумином). Таким образом, тиомочевина NT-1505 является «мягким разобщителем» и предотвращает открытие пМП, что может обеспечить нейропротекторный эффект этого соединения и делает это соединение перспективным кандидатом для лечения неврологических и нейродегенеративных заболеваний.
Продолжено исследование метаболических нарушений у трансгенных мышей с β-амилоидной патологией (5xFAD) по формированию сочетанной модели диабета и болезни Альцгеймера. Признаки нарушений метаболизма глюкозы, а именно – увеличенное содержание глюкозы в крови, но без существенных нарушений в скорости потребления глюкозы (тест глюкозотолерантности) были выявлены у мышей 5xFAD только на 80 день после введения стрептозотоцина. Ранее в этом же проекте нами было показано, что у 7-8 месячных мышей с таупатией (P301s) при выраженных моторных нарушениях нет отличий в уровне глюкозы по сравнению с дикотипными мышами, более того в этих животных даже снижет уровень глюкозы, но и снижена скорость её потребления. Таким образом, генетические нарушения, характерные для БА не приводят к развитию выраженных характеристик диабета и к стимуляции стрептозотоцин-вызванных нарушений. Поэтому мы предполагаем разработать модель с интраназальным введением стрептозотоцина для индукции диабетоподобных нарушений с первичной инсулиновой недостаточностью в мозге, что характерно для БА.
Публикации
1.
Антоненко Ю.Н., Веселов И.М., Рокитская Т.И., Виноградова Д.В., Хаилова Л.С., Котова Е.А., Мальцев А.В., Бачурин С.О., Шевцова Е.Ф.
Neuroprotective thiourea derivative uncouples mitochondria and exerts weak protonophoric action on lipid membranes
Chemico-Biological Interactions, Volume 402, 1 October 2024, 111190 (год публикации - 2024)
10.1016/j.cbi.2024.111190
2. Лозинская Н.А., Бухаловский Ф.Г., Виноградова Д. В., Ефремов А.М., Безнос О. В., Павленко Т.А., Науменко Л.В., Таран А.С., Чебанько А.М., Веселов И.М., Спасов А.А., Шевцова Е.Ф. СИНТЕЗ НОВЫХ 5-СУЛЬФОНАМИД-ЗАМЕЩЕННЫХ 3-ГИДРОКСИ-2-ОКСИНДОЛОВ С 3-ЦИАНОМЕТИЛЬНЫМИ И 3-КАРБОКСИМЕТИЛЬНЫМИ ЗАМЕСТИТЕЛЯМИ И ИХ БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ Известия Академии Наук - Серия химическая (год публикации - 2025)
Возможность практического использования результатов
Полученные результаты предполагается использовать в дальнейших работах по созданию лекарственных препаратов. Показана перспективность эффекта "мягкого" разобщения для цитопротекторного эффекта соединений, в этой связи предполагается модификация методов первичного скрининга митопротекторов. Для ряда соединений рассматривается возможность патентования: в частности, для сульфамидных и аминных производных оксиндолов в качестве антиглаукомных препаратов