ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ МОНО- И ДИАЦЕТИЛЕНЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НОВЫХ ВЕЩЕСТВ С ПРОТИВООПУХОЛЕВОЙ АКТИВНОСТЬЮ И СОЕДИНЕНИЙ ДЛЯ ОПТИЧЕСКОГО БИОИМИДЖИНГА (промежуточный, этап 1)

По направлению дизайна и синтеза гетероциклических аналогов природных ендииновых антибиотиков на основании результатов биологических исследований полученных модельных бензотиофенсопряженных 10-членных О-,N-,C-ендиинов установлено, что наибольшей антипролиферативной активностью в ряду обладает азаендиин, что коррелирует с данными расчетов с применением молекулярного докинга, выявившими для этой структуры наибольшее сродство с малой бороздкой ДНК. Наименее активным в ряду оказался С-ендиин, который по данным докинга является лучшим интеркалятором. Для дальнейшего направленного дизайна гетероциклических аналогов природных ендиинов проведены расчеты методом молекулярного докинга для определения влияния как природы аннелированного гетероцикла так и природы ендиинового кора на характер связывания с ДНК. В первой серии расчеты выполнены для двенадцати оксаендиинов, аннелированных с пяти- и шестичленными S-, O, N-гетероциклами, как с незамещенными, так и имеющими различные заместители в аннелированном гетерцикле. Полученные расчетные данные позволяют сделать вывод, что на характер связывания большее влияние оказывает не природа гетероцикла, а общая геометрия молекулы: незамещенный по гетероциклическому фрагменту ендиин лучше укладывается и связывается с малой бороздкой, тогда как наличие заместителей в гетероцикле цикле меняет характер связывания в сторону интеркаляции. Данные докинга для десяти карбо-, тиа- и азаендиинов, сопряженных с бензотиофеном, позволяют заключить, что именно аза- ендиины имеют большую способность связываться с малой бороздкой, а не интеркалировать, а введение заместителя к атому азота, имеющего структурное сходство с лигандами малой бороздки, существенно повышает энергетическую выгодность укладки в малую бороздку ДНК. Проведенные исследования позволили выбрать для дальнейшей модификации азаендиин, сопряженный с незамещенным в ядре бензотиофеном, в качестве удобной и эффективной базовой структуры. Наряду с циклическими аналогами природных ендиинов скрининг ДНК-повреждающего и цитотоксического действия был проведен для обширной серии ациклических ендиинов, сопряжённых с различными гетероциклическими ядрами (бензотиофеном, индолом, триазолом) и с различной природой заместителей на концах ендииновой системы. В результате оценки цитотоксического действия синтезированных ендиинов триазольного ряда, а также их предшественников — 5-иод-4-этинил1,2,3- триазолов, на 5 линиях раковых клеток (A549, T98G, MDA-MB-231, Caki-2, MC F7) были выявлены три соединения- хита, что показывает перспективность развития этого направления. По направлению поиска и создания новых реагентов для биоимиджинга разработан новый тип флуорогенного и флуорохромного зонда, основанный на восстановлении слабо флуоресцирующего 4-азидо-6-(4-цианофенил)циннолина до соответствующего флуоресцирующего циннолин-4-амина. Мы обнаружили, что на флуоресценцию 6-(4-цианофенил)циннолин-4-амина сильно влияет природа растворителя. Флуорогенный эффект для амина обнаружен в полярных растворителях с наиболее сильным увеличением флуоресценции в воде. Чувствительные к окружающей среде флуорогенные свойства циннолин-4-амина в воде были объяснены комбинацией двух типов флуоресцентных механизмов: эмиссии, вызванной агрегацией (AIE) и межмолекулярного переноса протонов в возбужденном состоянии (ESPT). Применение пары азид-амин в качестве флуорогенного зонда было протестировано in vivo с использованием раковой клеточной линии HepG2 с помощью флуоресцентной микроскопии, проточной цитометрии и ВЭЖХ-анализа клеточных лизатов. Полученные результаты подтверждают возможность превращения азида в амин в клетках и потенциальную применимость обнаруженного флуорогенного и флуорохромного зонда для различных аналитических и биологических применений в водной среде. Результаты исследования опубликованы в Molecules, 2021, 26(24), 7460. Для расширения возможностей молекулярного дизайна и настройки фотофизических свойств циннолин-4-аминов показана возможность функционализации по 6-му положению циннолинового ядра с помощью реакции Сузуки-Мияуры 6-бромциннолин-4-амина в качестве базовой структуры, что дает дивергентный подход к получению подобных структур. Для создания принципиально новых эффективных SPAAC реагентов для биоконъюгации: активных, стабильных и легкодоступных при получении, нами были предложены неизвестные ранее гетероциклононины, имеющие в своем составе гетероатом (азот, кислород или серу) и конденсированные с гетероциклами. Как часть масштабной задачи в рамках проекта осуществлен синтез нового SPAAC реагента для биоимиджинга - азациклононина, сопряженного с изокумарином, модифицированного через атом азота циклоалкинового цикла флуоресцентным красителем BDP-FL (IC9N-BDP-FL). С использованием клеток HEK293, содержащих метаболически меченые азидо-гликаны или азидо-ДНК показано, что флуоресцентное мечение как гликанов, так и ДНК было специфическим. С помощью МТТ-анализа также было продемонстрировано, что IC9N-BDP-FL нетоксичен для клеток, культивируемых до 12 часов, что достаточно для завершения реакции SPAAC в живых клетках. Таким образом созданный реагент имеет хороший потенциал для визуализации пролиферирующих клеток и дальнейшего количественного определения флуоресцентно меченых клеток с использованием анализа изображений и проточной цитометрии. Результаты масштабной работы были опубликованы в JACS, 2021 143 (40), 16519. В рамках настоящего проекта также решалась задача, связанная с разработкой нового метода получения ендииновых систем, конденсированных с гетероциклами. Была изучена возможность использования подхода, основанного на иод-промотируемых циклизациях иодэтиниларенов с образованием 2,3-диодгетероциклов и последующем постадийном региоселективном замещении атомов иода на этинильные фрагменты при помощи реакции Соногаширы. Эффективность нового пути синтеза ендииновых систем была продемонстрирована на примере синтеза 2,3-дииодбензотиофена, для которого были подобраны условия региоселективного замещения атома иода в положении С2 в условиях реакции Соногаширы.