Изучение структуры и биологической активности астеросапонинов и других полярных стероидных соединений морских звезд тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.10, кандидат химических наук Маляренко, Тимофей Владимирович

• Маляренко, Тимофей Владимирович
• кандидат химических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат химических наук Маляренко, Тимофей Владимирович

1 ВВЕДЕНИЕ.

2 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

2.1 Основные типы стероидных соединений морских звезд.

2.2 Астеросапонины.

2.3 Гликозиды полигидроксистероидов.

2.4 Полигидроксистероиды и их сульфаты.

2.5 Биологическая активность полярных стероидных соединений морских звезд.

3 ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.

3.1 Получение суммарных фракций полярных стероидных соединений из экстрактов морских звезд и выделение индивидуальных соединений.

3.2 Установление строения астеросапонинов и других полярных стероидных соединений морских звезд.

3.2.1 Астеросапонины из Hippasteria kurilensis.

3.2.2 Полярные стероидные соединения из Diplasterias brucei.

3.2.2.1 Астеросапонины: дипластериозиды А (99), В (100) и астериидозид А (101).

3.2.2.2 3-ОСульфат торнастерина А (102), астериидозиды Н (103) и L (104)

3.2.3 Полярные стероидные соединения из Asteropsis carinifera.

3.2.3.1 Астеросапонины: астеропсизид А (105), регуларозид А (106) и торнастерозид А (107).

3.2.3.2 Кариниферозиды A-F (108-113) и другие гликозиды полигидроксистероидов (114-119).

3.2.3.3 Полигидроксистероиды.

3.2.4 Астеросапонин офидианозид F (133) из гонад Aphelasterias japónica.

3.3 Биологическая активность выделенных соединений.

3.3.1 Цитотоксичекая активность и влияние на рост колоний опухолевых клеток гиппастериозидов А (95), В (96), С (97) и D (98).

3.3.2 Цитотоксическая активность дипластериозидов А (99), В (100) и астериидозида А (101).

3.3.3 Цитотоксическая активность и влияние на рост колоний опухолевых клеток астеросапонинов регуларозида А (106) и торнастерозида А (107) из Asteropsis carinifera.

3.3.4 Цитотоксическая активность и влияние на рост колоний опухолевых клеток гликозидов полигидроксистероидов 108,113-119 из Asteropsis carinifera.

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

5 ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Изучение структуры и биологической активности астеросапонинов и других полярных стероидных соединений морских звезд»

Актуальность проблемы. Стероидные гликозиды (сапонины) являются типичными метаболитами наземного происхождения, которые были выделены из различных видов высших растений. Так, хорошо известные сердечные гликозиды на протяжении долгого времени используются для лечения заболеваний сердца. В то же время данная группа соединений мало распространена в животном мире. Стероидные гликозиды были найдены в большинстве изученных видов морских звезд и совсем недавно в губках, кишечнополостных и некоторых рыбах. Все выделенные сапонины морского происхождения существенным образом отличаются от аналогичных метаболитов растений оригинальностью своих структур.

Класс иглокожих АБ1его1ёеа содержит разнообразные по своему химическому строению стероидные метаболиты. Наибольший интерес для исследователей представляют полярные стероидные соединения, к которым принято относить астеросапонины - олигогликозиды с пятью-шестью моносахаридными остатками, полигидроксистероиды, чаще всего имеющие от четырех до девяти гидроксильных групп, и гликозиды полигидроксистероидов (монозиды, биозиды, иногда триозиды). Большинство изученных полярных стероидных соединений морских звезд имеет своеобразное химическое строение, что делает их структурное исследование интересной химической задачей. Несомненно, большое внимание исследователей к окисленным стероидным соединениям морских звезд связано не только с их уникальным химическим строением, но и с разнообразной биологической активностью, которую проявляет данная группа веществ. Например, недавно было показано, что некоторые стероидные гликозиды морских звезд в нетоксичных концентрациях препятствуют перерождению нормальных клеток в опухолевые (канцерпревентивный эффект) и тормозят образование колоний опухолевых клеток (противоопухолевый эффект). Также было установлено, что эти соединения могут проявлять нейротрофические и нейропротекторные свойства: усиливать нейритогенное действие фактора роста нервов (синергетический эффект), стимулировать регенерацию нервных волокон, способствовать выживанию нервных клеток в условиях кислородного голодания.

Первые работы по изучению строения полярных стероидных соединений морских звезд были осуществлены в Японии, а затем были продолжены в Европе (Италия, Испания) и России, однако в настоящее время основные исследования продолжаются в Азиатско-Тихоокеанском регионе: в нашей лаборатории (Лаборатория химии морских природных соединений ТИБОХ ДВО РАН им. Г. Б. Елякова), а также группами китайских, корейских, японских и вьетнамских коллег, чьи статьи по данной тематике публикуются в ведущих журналах мира.

Целью настоящей работы являлось изучение структуры и биологической активности астеросапонинов, как наиболее сложно устроенных полярных стероидных соединений морских звезд, а также других сопутствующих им полярных стероидных метаболитов. Знания, полученные в результате их изучения, способствуют дальнейшему развитию исследований в области структурной химии стероидных соединений, их экологической и биологической роли.

Задачами настоящей работы были: 1) выделение индивидуальных астеросапонинов и других полярных стероидных соединений из четырех видов морских звезд: Hippasteria kurilensis, Diplasterias brucei, Asteropsis carinifera и Aphelasterias japónica; 2) установление строения новых соединений, включая определение абсолютной стереохимии асимметрических центров и определение принадлежности к D- или L-ряду моносахаридных остатков; 3) структурная идентификация известных ранее соединений, найденных в изучаемых морских звездах; 4) изучение цитотоксической активности выделенных соединений и их влияния на рост колоний опухолевых клеток.

Положения, выносимые на защиту:

1) Морские звезды Hippasteria kurilensis, Diplasterias brucei, Asteropsis carinifera и Aphelasterias japónica являются богатым источником полярных стероидных соединений: астеросапонинов, полигидроксистероидов и их гликозидов.

2) В морской звезде Hippasteria kurilensis найдены астеросапонины -гиппастериозиды А, В, С и D, которые содержат новую гексасахаридную цепь.

3) В морской звезде Diplasterias brucei найдены астеросапонины - дипластериозиды А и В, которые содержат новую пентасахаридную цепь.

4) В морской звезде Asteropsis carinifera обнаружены новые соединения: астеросапонин астеропсизид А, гликозиды полигидроксистероидов -кариниферозиды А, В, С, D, Е и F и три полигидроксистероида: (2AR,25S)-24-метил-5а-холестан-3 р,6а,8,15 Р, 16р,26-гексаол, (22£,24Д,25£>24-метил-5а-холест-22-ен-З р,6а,8,15р, 16р,26-гексаол и (22£,24Д,255>24-метил-5а-холест-22-ен-3 р,4р,6а,8,15(3,16 р,26-гептаол.

5) Некоторые полярные стероидные гликозиды морских звезд эффективно ингибируют рост колоний опухолевых клеток.

Научная новизна и практическая ценность работы. В ходе проведенной работы исследованы экстракты 4 видов морских звезд, собранных в разных районах Японского, Охотского и Южно-китайского морей и моря Росса. Выделено 39 индивидуальных полярных стероидных соединений. С помощью спектральных методов и химических превращений установлено полное химическое строение 16 новых соединений (7 астеросапонинов, 6 гликозидов полигидроксистероидов и 3 полигидроксистероидов). Проведена структурная идентификация 23 известных веществ.

Показано, что некоторые из выделенных соединений имеют структурные фрагменты, которые ранее не встречались в стероидных метаболитах морских звезд. В частности, в астеросапонинах обнаружены новые углеводные цепи: Р-О-ксилопиранозил-( 1 —»3)-р-0-фукопиранозил-( 1 —>2)- р-В-хиновопиранозил-( 1 —>4)-[Р-0-хиновопиранозил-( 1 —>2)]- Р-0-ксилопиранозил-( 1 —>3)-Р-В-хиновопиранозная гексасахаридная цепь и Р-В-фукопиранозил-(1-*2)-р-0-галактопиранозил-(1—>4)-[ р-В-хиновопиранозил-( 1 —>2)] - р-0-хиновопиранозил-( 1 —>3)- Р-О-хиновопиранозная пентасахаридная цепь. Впервые проведено исследование влияния астеросапонинов и гликозидов полигидроксистероидов морских звезд на формирование колоний опухолевых клеток и показано, что некоторые полярные стероидные соединения эффективно ингибируют рост колоний этих клеток.

Практическое значение данного исследования состоит в развитии методов выделения и установления строения новых полярных стероидных метаболитов морских звезд. А новые данные о физиологической активности этих соединений открывают перспективы их дальнейшего исследования в качестве потенциальных противоопухолевых агентов.

Апробация работы. Материалы работы были представлены на I Региональной научной конференции «Исследования в области физико-химической биологии и биотехнологии» (ТИБОХ ДВО РАН, Владивосток, 2004); на X Международной молодежной Школе-конференции по актуальным проблемам химии и биологии (МЭС ТИБОХ ДВО РАН, 2006); на Российской конференции по иглокожим (Москва, 2011); на 9-ом Азиатско-Тихоокеанском симпозиуме по животным, растительным и микробиальным токсинам (Владивосток, 2011) и на 5-ом международном симпозиуме «Химия и химическое образование» (Владивосток, 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 статей и 5 тезисов докладов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из Введения, Литературного обзора, посвященного исследованию стероидных метаболитов морских звезд и их биологической активности, Обсуждения результатов, Экспериментальной части, Выводов и Списка цитируемой литературы. Работа изложена на 134 страницах, содержит 13 таблиц, 4 рисунка и 2 схемы. Список литературы включает 122 цитируемые работы.

Заключение диссертации по теме «Биоорганическая химия», Маляренко, Тимофей Владимирович

5 ВЫВОДЫ

1. Исследован состав фракций полярных стероидных соединений четырех видов морских звезд: Hippasteria kurilensis, Diplasterias brucei, Asteropsis carinifera и Aphelasterias japónica. Выделено 39 полярных стероидных соединений. Установлено химическое строение 16 новых соединений, из них 7 астеросапонинов, 6 гликозидов полигидроксистероидов и 3 полигидроксистероидов. Проведена структурная идентификация 23 соединений с известными веществами.

2. Установлено строение новых астеросапонинов: гиппастериозидов А, В, С и D, дипластериозидов А и В и астеропсизида А.

3. Впервые в астеросапонинах найдены углеводные цепи: p-D-ксилопиранозил-(1-^3)-р-0-фукопиранозил-(1—>2)-Р-0-хиновопиранозил-(1—»4)-[p-D-хиновопиранозил-(1—>2)]-р-0-ксилопиранозил-(1-^3)-р-0-хиновопиранозная гексасахаридная цепь и р-0-фукопиранозил-(1—^-Р-В-галактопиранозил-(1 —>4)-[р-0-хиновопиранозил-( 1 —>2)]-р-0-хиновопиранозил-( 1 —>3)-P-D-хиновопиранозная пентасахаридная цепь.

4. Установлено строение новых гликозидов полигидроксистероидов: кариниферозидов А, В, С, D, Е и F.

5. Строение новых полигидроксистероидов установлено как (24Я,255)-24-метил-5а-холестан-Зр,6а,8,15р,1бр,26-гексаол, (22£,24Л,25£)-24-метил-5а-холест-22-ен-Зр,6а,8,15р,16р,26-гексаол и (22£,247г,255)-24-метил-5а-холест-22-ен-Зр,4р,6а,8,15р,1бр,26-гептаол.

6. Впервые исследовано влияние астеросапонинов и гликозидов полигидроксистероидов морских звезд на формирование колоний опухолевых клеток. Установлено, что некоторые полярные стероидные соединения эффективно ингибируют рост колоний этих клеток. Показано, что сульфатированные стероидные биозиды обладают более ярко выраженным ингибирующим эффектом по сравнению с близкими по строению несульфатированными соединениями.

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Маляренко, Тимофей Владимирович, 2012 год

1. Goad L.J., Rubinstein I., Smith A.G. The sterols of echinoderms // Proc. R. Soc. bond. B. Biol. Sci. 1972. V.180, No. 59. P. 223-246.

2. Goodfellow R.M., Goad L.J. The steryl sulphate content of echinoderms and some other marine invertebrates // Сотр. Biochem. Physiol. 1983. V. 76B, No. 3. P. 575578.

3. Goad L.J. Sterol biosynthesis and metabolism in marine invertebrates // Pure Appl. Chem. 1981. V. 53, No. 4. P. 837-852.

4. Stonik V.A., Elyakov G.B. Secondary metabolites from Echinoderms as chemotaxonomic markers. // In: Scheuer P. (Ed.). Mar. Bioorg. Chem. 1988. V. 2. P. 43-86.

5. D'Auria M.V., Minale L., Riccio R. Polyoxygenated steroids of marine origin // Chem. Rev. 1993. V. 93. P. 1839-1895.

6. Kornprobst J.M., Sallenave C., Barnathan G. Sulfated compounds from marine organisms // Сотр. Biochem. Physiol. 1998. V. 119B, No. 1. P. 1-51.

7. De Riccardis F., Minale L., Riccio R., Giovannitti В., Iorizzi M., Debitus C. Phosphated and sulfated marine polyhydroxylated steroids from the starfish Tremaster novaecaledoniae И Gazz. Chim. Ital. 1993. V. 123. P. 79-86.

8. Pradeep Kumar S.V.A.S., Dhananjaya N., Reddy G.B.S. Two new hydroxylated sterol xylosides from the sea cucumber Synapta muculata II J. Chem. Res. (S). 1998. No. 6. P. 404-405.

9. Kicha A.A., Ivanchina N.V., Stonik V.A. Seasonal variations in polyhydroxysteroids and related glycosides from digestive tissues of the starfish Patiria (=Asterina) pectinifera II Comp. Biochem. Physiol. 2004. V. 139B, No. 4. P. 581-585.

10. Garneau F.X., Harvey C., Simard J.L., ApSimon J.W., Burnell D.J., Himmelman J.H. The distribution of asterosaponins in various body components of the starfish Leptasteriaspolaris II Comp. Biochem. Physiol. 1989. V. 92B, No. 2. P. 411-416.

11. Ikegami S. Role of asterosaponin A in starfish spawning induced by gonad-stimulating substance and 1-methyladenine // J. Exp. Zool. 1976. V. 198, No. 3. P. 359-366.

12. Voogt P.A., Huiskamp R. Sex-dependence and seasonal variations of saponins in the gonads of the starfish Asterias rubens: relation to reproduction // Сотр. Biochem. Physiol. 1979. V. 62A, No. 4. P. 1049-1055.

13. Стоник В.А. Морские полярные стероиды // Успехи химии. 2001. V. 70, № 8. С. 763-808.

14. Iorizzi М., De Marino S., Zollo F. Steroidal oligoglycosides from the Asteroidea // Curr. Org. Chem. 2001. V. 5. P. 951-973.

15. Stonik V.A., Ivanchina N.V., Kicha A.A. New polar steroids from starfish // Nat. Prod. Comm. 2008. V. 3, No. 10. P. 1587-1610.

16. Ivanchina N.V., Kicha A.A., Stonik V.A. Steroid glycosides from marine organisms // Steroids. 2011. V. 76. P. 425-454.

17. Dong G., Xu Т.Н., Yang В., Lin X.P., Zhou X.F., Yang X.W., Liu Y.H. Chemical constituents and bioactivities of starfish // Chem. Biodivers. 2011. V. 8, No. 5. P. 740-791.

18. Kitagawa I., Kobayashi M. Saponin and sapogenol. XXVI. Steroidal saponins from the starfish Acanthaster planci L. (Crown of thorns). (2). Structures of the major saponin thornasteroside A // Chem. Pharm. Bull. 1978. V. 26, No. 6. P. 1864-1873.

19. Turner A.B., Smith D.S.H., Mackie A.M. Characterization of the principal steroidal saponins of the starfish Marthasterias glacialis: structures of the aglycones // Nature. 1971. V. 233. N 5316. P. 209-210.

20. Itakura Y., Komori T. Biologically Active Glycosides from Asteroidea, X. Steroid oligoglycosides from the starfish Acanthaster planci L., 3. Structures of four new oligoglycoside sulfates // Liebigs Ann. Chem. 1986. No. 3. P. 499-508.

21. Riccio R., Iorizzi M., Minale L., Oshima Y., Yasumoto T. Starfish saponins. 34. Novel steroidal glycoside sulfates from the starfish Asterias amurensis // J. Chem. Soc. Perkin Trans. I. 1988. No. 6. P. 1337-1347.

22. Riccio R., Iorizzi M., Squillace-Greco O., Minale L., Debray M., Menou J.L. Starfish saponins. 22. Asterosaponins from the starfish Halityle regularis: a novel22,23-epoxysteroidal glycoside sulfate // J. Nat. Prod. 1985. V. 48, No. 5. P. 756765.

23. Riccio R., Pizza C., Squillace-Greco O., Minale L. Starfish saponins. 17. Steroidal glycoside sulphates from the starfish Ophidiaster ophidianus (Lamarck) and Hacelia attenuata (Gray) // Chem. Soc. Perkin Trans. I. 1985. No. 4. P. 655-660.

24. Itakura Y., Komori T., Kawasaki T. Biologically active glycosides from asteroidea,1.. Steroid oligoglycosides from the starfish Astropecten latespinosus Meissner // Liebigs Ann. Chem. 1983. No. 1. P. 56-68.

25. Findlay J.A., He Z.-Q. Novel sulfated sterol glycosides from Asterias forbesi II J. Nat. Prod. 1990. V. 53, No. 3. P. 710-712.

26. Riccio R., Iorizzi M., Minale L. Starfish saponins. 30. Isolation of sixteen steroidal glycosides and three polyhydroxysteroids from the Mediterranean starfish Coscinasterias tenuispina II Bull. Soc. Chim. Belg. 1986. V. 95, No. 9-10. P. 869893.

27. Tang H.F., Yi Y.H., Li L., Sun P., Zhang S.Q., Zhao Y.P. Asterosaponins from the starfish Culcita novaeguineae and their bioactivities // Fitoterapia. 2006. V. 77, No. l.P. 28-34.

28. Tang H.F., Cheng G., Wu J., Chen X.L., Zhang S.Y., Wen A.D., Lin H.W. Cytotoxic asterosaponins capable of promoting polymerization of tubulin from the starfish Culcita novaeguineae II J. Nat. Prod. 2009. V. 72, No. 2. P. 284-289.

29. Ma X.G., Tang H.F., Zhao C.H., Ma N., Yao M.N., Wen A.D. Two new 24-hydroxylated asterosaponins from Culcita novaeguineae II Chin. Chem. Lett. 2009.

30. V. 20, No. 10.P.1227-1230.