Новые молекулярные каркасы для разработки противоопухолевой терапии.

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 22-14-00099

НазваниеНовые молекулярные каркасы для разработки противоопухолевой терапии.

Руководитель Скворцов Дмитрий Александрович, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова» , г Москва

Конкурс №68 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-205 - Клеточная биология, цитология, гистология

Ключевые слова механизмы действия противоопухолевых препаратов, противоопухолевые препараты, сокультивирование, фенотипические модели, высокопроизводительный скрининг, цитотоксичность

Код ГРНТИ34.15.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Несмотря на значительное количество известных к настоящему моменту противоопухолевых препаратов злокачественные опухоли остаются одной из основных причин смертности. Так, в 2020 году в мире зафиксировано примерно 19,3 миллиона новых случаев онкозаболеваний и почти 10 миллионов случаев смерти от рака. Наиболее распространенными типами рака являются опухоли легкого и молочной железы. Представленный проект направлен на поиск новых молекулярных каркасов с противоопухолевым потенциалом против клеток этих типов опухолей; оценку их механизмов действия и создание базы данных структурно новых биологически активных соединений. Для нескольких лидерных групп структурно родственных соединений будут получены фундаментальные данные о вызываемых в клетке эффектах и молекулярных механизмах действия. Это позволит не только отобрать лидерные соединения в рамках данного проекта, но и построить для них зависимости структура-активность для направленного синтеза противоопухолевых соединений следующих поколений. Для поиска лидерных групп молекул будут проанализированы на цитотоксичность и селективности действия против человеческих клеток опухолевой и неопухолевой этиологии порядка пяти тысяч эволюционно новых соединений и трех тысяч отобранных in silico соединений с предсказанной противоопухолевой активностью. На основании данных запланированного высокопроизводительного скрининга обеих коллекций и полученных в ходе задела результатов будет создана оригинальная база данных о действии свыше десяти тысяч структурно разнообразных соединений на использованные в данном проекте клеточные линии человека. С помощью изучения механизма действия, скрининга и оптимизации отобранных в скрининге молекул мы планируем идентифицировать несколько новых химических каркасов (структурных ядер для групп активных молекул) с высоким противоопухолевым потенциалом.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Филатов Вадим Е., Юзабчук Дмитрий А., Тафеенко Виктор А., Гришин Юрий К., Рознятовский Виталий А., Лукьянов Д.А. , Федотова Ю.А., Суконников М.А., Скворцов Д.А., Зык Николай В. и Елена К. Белоглазкина Dispirooxindole-β-Lactams: Synthesis via Staudinger Ketene-Imine Cycloaddition and Biological Evaluation MDPI, Int. J. Mol. Sci. 2022, 23, 6666. (год публикации - 2022)
10.3390/ijms23126666

2. П. Камзеева, Н. Дагаев, С. Лизунова, Ю. Ходарович, А. Согомонян, А. Колчанова, В. Покровский, В. Алферова, А. Чистов, А. Ештуков-Щеглов, Е. Эштукова-Щеглова, Е. Беляев, Д. Скворцов, А. Варижук, А. Аралов, Synthesis and Biological Evaluation of Benzo [4,5]- and Naphtho[2',1':4,5]imidazo[1,2-c]pyrimidinone Derivatives Biomolecules, 2023, 13, 1669 (год публикации - 2023)
10.3390/biom13111669

3. Д.Е. Шибанов, М.Е. Кукушкин, Ю.С. Гриценюк, Ю.К. Гришин, В.А. Рознятовский, В.А. Тафеенко, Д.А. Скворцов, Н.В. Зык, Е.К. Белоглазкина, [4+2]-Cycloaddition to 5-Methylidene-Hydantoins and 5-Methylidene-2-Thiohydantoins in the Synthesis of Spiro-2-Chalcogenimidazolones, International Journal of Molecular Sciences, Int. J. Mol. Sci. 2023, 24, 5037 (год публикации - 2023)
10.3390/ijms24055037

4. Я.А. Иваненков, М.Е. Кукушкин, А.А. Белоглазкина, Р.Р. Шафиков, А.А. Барашкин, А.А. Айгинин, М.С. Серебрякова, А.Г. Мажуга, Д.А. Скворцов, В.А. Тафеенко, Е.К. Белоглазкина, Synthesis and Biological Evaluation of Novel Dispiro-Indolinones with Anticancer Activity Molecules, 2023, 28, 1325 (год публикации - 2023)
10.3390/molecules28031325

5. С. Р. Кляцкина, А. С. Ольшанова, Н. Д. Дагаев, Н. И. Ворожцов, Д. А. Скворцов, Д. А. Василенко, Е. Б. Аверина, Н. В. Зык, Е.К. Белоглазкина Synthesis of 8-carboxamide-substituted angelicin derivatives Известия Академии наук. Серия химическая, 2023, том 72, № 7 (год публикации - 2023)
10.1007/s11172-023-3939-2

6. К.Н. Седенкова, Д.Н. Лещуков, Ю.К. Гришин, Н.А. Зефиров, Ю.А. Грачева, Д.А. Скворцов, Ю.С. Гриценюк, Л.А. Васильева, и др. Verubulin (Azixa) Analogues with Increased Saturation: Synthesis, SAR and Encapsulation in Biocompatible Nanocontainers Based on Ca(2+) or Mg(2+) Cross-Linked Alginate Pharmaceuticals, Pharmaceuticals 2023, 16, 1499 (год публикации - 2023)
10.3390/ph16101499

7. Скворцов Д.А., Жиркина И.В., Ипатова Д.А., Писарев А.Р., Малышев А.С., Иваненков Я.А., Карцев В.Г., Донцова О.А. Новые ингибиторы киназ, избирательно цитотоксичные для опухолевых клеток Журнал «Доклады Российской академии наук. Науки о жизни» (год публикации - 2024)

8. Каретников Г.Л., Васильева Л.А., Бабаева Г., Покровский В. С., Скворцов Д.А., Бондаренко О.Б. 3,4-Diarylisoxazoles─Analogues of Combretastatin A-4: Design, Synthesis, and Biological Evaluation In Vitro and In Vivo ACS Pharmacology and Translational Science, в журнале ACS Pharmacology and Translational Science, издательство American Chemical Society (United States), том 7, № 2, с. 384-394 (год публикации - 2024)
10.1021/acsptsci.3c00239

9. Скворцов Д. А., Жиркина И. В., Ипатова Д.А., Васильева Л.А., Иваненков Я.А., Рубцова М.П., Карцев В.Г., Сергиев П.В., Донцова О.А. Coculture-Based Screening Revealed Selective Cytostatic Effects of Pyrazol–Azepinoindoles wiley (год публикации - 2025)
10.1002/cmdc.202500052

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Был проведен анализ структура-активность для групп молекул, найденных в ходе скрининга библиотеки MCE-18, основанной на дескрипторе мед химической эволюции и новизны молекул. Для двух больших кластеров получены оптимизированные производные. Так, в группе L700 получены несколько упрощенные соединения, которые показывают более селективное действие против линии MCF7 в сокультурах (~3 мкМ IC50 против MCF7 и нецитотоксичны против трех других линий до 150 мкМ, то есть индекс селективности ~50). Они также селективны и в классическом MTT-тесте хотя здесь индекс селективности был чуть больше порядка. Производные группы F835 в ходе анализа собранных по SAR соединений привели к веществу, не только действовующему в сокультурах MCF7' c MCF10А, но и вызывавшему селективную гибель (порядок и более) клеток MCF7 в монокультурах. В сокультурах же его рейтинг селективности SR= 5.5. Это соответствует избирательному подавлению роста MCF7' в два и более раз в диапазоне концентраций 120 мкМ – 6 нМ! Готовится патентная заявка. В собранной библиотеке тиазолов, бензотиазолов, имидазолов и амидоксимов были обнаружены соединения с селективной и воспроизводимой цитотоксичностью против опухолевых линий клеток, в том числе, соединения с преимущественной по сравнению с VA13 цитотоксичность против линий HEPG2, SiHa и PC3 (до 75 раз против HEPG2 до 30 раз против SiHa. У части соединений серии тиазолов и бензотиазолов оказались структурные элементы, характерные для ингибиторов киназ. Было показано, что несколько таковых являются новыми мультикиназными ингибиторами. Было найдено соединение, селективное на порядок по действию на клетки HCT116 по сравнению с быстро делящимися клетками неопухолевой этиологии HEK293T. Оно основанно на анализе структура-антивность класса веществ, найденных в начале проекта при анализе библиотеки трех тысяч соединений, отобранных in silico по подструктурным элементам, обогащенным в соединениях противоопухолевой активностью. В литературе описаны и запатентованы структурно родственные ингибиторы киназ, в частности ROCKII киназы. Мы показали, что несмотря на структурную близость к этим соединениям наше вещество является представителем нового класса биоактивных соединений с избирательной цитотоксичностью. Для берберинов в литературе не нашлось прямого сопоставления двух основных механизмов действия берберинов - интеркаляции ДНК и деполяризации митохондриальной мембраны. Для найденных производных берберина, действующих in vitro в наномолярном диапазоне было показано, что механизм селективности этих соединений основан преимущественно на интеркаляции ДНК. Для соединения исходно природного происхождения 65841, на которые в декабре 2023 уже был получен патент как на действующее на опухолевые клетки - был разработан стереоселективный синтез и показано, что действие соединения качественно зависит от его стереоизомерии. Соединения STOCK1S-53456 и STOCK3S- 29349 интересны тем, что относятся к одному структурному каркасу, действуют в наномолярном дапазоне концентраций, имеют схожий паттерн цитотоксичности и селективности действия на клетки, но отличаются по эффектам на клеточный цикл. Мы полагаем, что при мультитаргетности действия их основной механизм действия на клетки одинаков, а неспецифические эффекты различаются. Поэтому для этой пары соединений получены данные об изменении транскриптомов для сопоставления с данными Cmap и подана патентная заявка. Препарат STOCK1S-53456 показал противоопухолевый эффект in vivo против ксенотрансплантантов клеток А549. Терапия им приводил сильному замедлению роста опухоли (хотя и меньшему чем в случае контрольной терапии доксорубицином), что мы рассматриваем как успех для соединения с новым молекулярным каркасом. Изоксазолы GK-352 (43) и GK-475 (45) были эффективны в моделях L1210 и P388 у мышей. Оба соединения более эффективны для терапии мышиного лейкоза, чем CA-4-P. Хотя GK-352 менее цитотоксичный in vitro чем GK-475, но при терапии GK-475 и CA-4-P выживаемость мышей составляла порядка 2-3 недель, в то время как для GK-352 месяц или более. Это наблюдение косвенно свидетельствует о значимости C5-модификации изоксазольного кольца и выбора препаратов по селективности, а не цитотоксичности. В ксенотрансплантатах рака толстой кишки человека SW620 препараты кратно уменьшали объем опухоли по сравнению с контролем. Лечение с использованием CA-4-P было несколько менее эффективным. GK-475 показал самое большое снижение роста опухоли на 74% по сравнению с контролем, не наблюдалось существенных изменений массы тела во всех группах мышей в течение 14-дневного эксперимента.

Публикации

Возможность практического использования результатов
Несколько наиболее селективных молекул, в том числе показавших эффективность в in vivo тестах мы рассматриваем как задел для разработки противоопухолевых лекарств