Связь структура-активность в ряду противоопухолевых антибиотиков, их аналогов и производных - новых ингибиторов топоизомеразы I тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.10, кандидат химических наук Деженкова, Любовь Георгиевна

• Деженкова, Любовь Георгиевна
• кандидат химических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат химических наук Деженкова, Любовь Георгиевна

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

ТОПОИЗОМЕРАЗАI - СПЕЦИФИЧЕСКАЯ МИШЕНЬ ДЕЙСТВИЯ ПРОТИВООПУХОЛЕВЫХ АГЕНТОВ (Обзор литературы).

1. Топоизомеразы - ферменты, изменяющие конформацию ДНК. Механизм их действия и функции в клетке. Определение понятий: «отрицательная и положительная суперспирализация», «формы ДНК», «ДНК-топоизомеры».

1.1. Топоизомеразы: определение, функции в клетке.

1.2. Общие принципы механизма действия ДНК-топоизомераз.

1.3. Формы ДНК.

2. Основные классы ДНК-топоизомераз.

2.1. Топоизомеразы 1.

2.2. Топоизомеразы II.

3. Механизмы ингибирования ДНК-топоизомераз низкомолекулярными химическими соединениями.

4. Ингибиторы топоизомеразы 1.

4.1. Камптотецин - специфический ингибитор топоизомеразы 1.

4.2. Некамптотециновые ингибиторы топоизомеразы 1.

5. Ингибиторы топоизомеразы II.

6. «Двойные» ингибиторы топоизомераз I и II.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Связь структура-активность в ряду противоопухолевых антибиотиков, их аналогов и производных - новых ингибиторов топоизомеразы I»

Являясь важными компонентами современной химиотерапии опухолей, противоопухолевые антибиотики, такие как доксорубицин, даунорубицин, блеомицин и другие, включены в важнейшие схемы химиотерапевтического лечения. Однако, наряду с эффективным действием, они имеют ряд существенных недостатков, основные из которых -высокая токсичность, низкая избирательность действия в отношении злокачественных новообразований и развитие множественной лекарственной устойчивости (МЛУ). Пути преодоления этих недостатков - создание противоопухолевых препаратов с улучшенными свойствами и изучение механизма их действия в клетке. Понимание механизма действия поможет подобрать режимы применения лекарственных средств, укажет на возможность комбинирования с другими препаратами, позволяя повысить избирательность и эффективность проводимого лечения. Таким образом, в настоящее время, наряду с активно развивающимся поиском новых препаратов, воздействующих на механизмы регулирования жизнедеятельности опухолевой клетки (ингибиторы протеинкиназ, различных факторов роста и другие), крайне актуальным и высоко востребованным остается детальное изучение механизмов действия противоопухолевых антибиотиков. Современный уровень поиска новых лекарственных препаратов, включающий известные классические подходы, такие как изучение цитотоксической активности и противоопухолевой активности на животных, предполагает также изучение воздействия химиотерапевтических агентов на различные биологические мишени в клетке. Идентификация молекулярных мишеней и исследование их взаимодействия с изучаемыми препаратами является важным этапом направленного создания и модификации высоко активных антибиотиков с целью разработки новых противоопухолевых средств.

Воздействуя на биологическую мишень, главным образом, на ДНК и ДНК-зависимые ферменты опухолевой клетки, противоопухолевые антибиотики нарушают структуру дуплекса и/или ее функции, индуцируя гибель клетки [1]. Поэтому в последние годы большое внимание уделяется поиску новых ингибиторов ферментов, синтезирующих или модифицирующих нуклеиновые кислоты. Одним из основных в этом ряду является ДНК-зависимый фермент топоизомераза, катализирующий топологические перестройки ДНК и играющий ключевую роль во всех аспектах функционирования генома [2]. Внесение топоизомеразами одно- (топоизомераза I или топо I) и двухцепочечных (топоизомераза II или топо II) разрывов, с последующей их сшивкой и восстановлением целостности молекулы ДНК, обуславливает мобильность, необходимую для конформационных изменений ДНК в процессах матричного синтеза и подвижности хромосом в митозе [3]. Топоизомеразы рассматриваются в качестве внутриклеточных мишеней действия химиотерапевтических препаратов [4,5], так как, препятствуя репарации разрывов, такие вещества способны вызывать накопление повреждённых молекул ДНК, форсируя, таким образом, гибель клетки [6].

В настоящее время ведётся интенсивный поиск и отбор природных ингибиторов топоизомеразы I, а также создание новых синтетических аналогов и полусинтетических производных известных противоопухолевых соединений, способных изменять каталитическую активность фермента, стабилизируя ковалентные ДНК-белковые комплексы [7]. Существует два основных подхода к такому отбору. Первый — это система направленного поиска лекарственных соединений, исходя из их структурных особенностей и молекулярного механизма действия. Именно к такому типу относится поиск мишень-специфических противоопухолевых агентов. Вторым подходом является, так называемый, «случайный скрининг», когда для выявления противоопухолевой активности изучаются все доступные соединения, как синтетические, так и выделенные из природных источников. При этом оба указанных подхода взаимно дополняют друг друга. Особенно перспективным представляется направленное изучение новых производных антибиотиков - известных ингибиторов топоизомераз. Это позволяет с большей долей вероятности найти среди них высоко активные ингибиторы фермента, имеющие улучшенные химические и фармакологические характеристики в сравнении с исходными антибиотиками.

Основной целью нашей работы было изучение влияния противоопухолевых антибиотиков, их производных и аналогов различной химической структуры на каталитическую активность ДНК-зависимого фермента топоизомеразы I. Были сформулированы следующие задачи:

• отработка и оптимизация метода, позволяющего in vitro изучать влияние соединений на каталитическую активность фермента топо I в реакции релаксации суперскрученной ДНК;

• отбор наиболее активных ингибиторов топо I в ряду следующих классов соединений: антрациклины, производные ауреоловой кислоты и гетероарилантрахиноны;

• выявление закономерностей влияния химической структуры исследуемых соединений на каталитическую активность топо I, позволяющих путем дальнейшей химической модификации получать более активные ингибиторы фермента.

На первом этапе работы была исследована топо I-ингибирующая активность антрациклиновых антибиотиков и их полусинтетических производных. Одной из основных мишеней действия соединений этого класса является топоизомераза II, их действие на топоизомеразу I изучалось меньше. Выявление в ряду природных антибиотиков и их новых производных структурных закономерностей, характерных для проявления наибольшего ингибирующего эффекта, дает возможность наметить основные пути химической модификации антрациклинов, позволяющие получить активные ингибиторы топо I с улучшенными свойствами.

Синтетические гетероарилантрахиноны - новый класс структурных аналогов агликонов антрациклиновых антибиотиков. Механизм их действия в клетке только изучается. В свете этого представляется важным идентифицировать молекулярные мишени их направленного воздействия, в частности в отношении топо I Установление зависимости структура-активность в ряду этих потенциальных противоопухолевых препаратов позволит выделить наиболее приоритетные направления химической модификации гетероарилантрахинонов.

В отличие от антрациклиновых антибиотиков, которые активно интеркалируют в ДНК, GC- специфические производные ауреоловой кислоты, образуя комплекс с катионами двухвалентных металлов, располагаются в узкой бороздке ДНК. Известно, что некоторые АТ-специфические узкобороздочные лиганды могут увеличивать время жизни ковалентного комплекса топо I -ДНК, препятствуя восстановлению целостности дуплекса [5], действие же GC-специфических производных ауреоловой кислоты на этот фермент практически не изучалось. Нами впервые было исследовано ингибирующее действие на топоизомеразу I природных противоопухолевых антибиотиков этого класса, а также новых полусинтетических производных оливомицина 1, и изучена связь между их структурой и их топо I-ингибирующей активностью.

Оптимизация и отработка метода, позволяющего сравнительно быстро оценивать способность соединений воздействовать на изучаемый фермент, помогает вести направленный поиск ингибиторов топо I - потенциальных противоопухолевых агентов среди представителей исследуемых классов антибиотиков.

Выполненная работа являлась частью научных исследований, проводимых в ГУ НИИ по изысканию новых антибиотиков им. Г.Ф.Гаузе РАМН, и была определена планом НИР в соответствии с государственной программой «Приоритетное направление развития науки, технологии и техники в РФ - Живые системы», утвержденной Президентом РФ. Работа была поддержена следующими грантами РФФИ:

06-03-32233-а «Синтез и изучение полициклических индольных производных нового типа, направленные на поиск индукторов апоптоза опухолевых клеток»;

07-03-92000-ННСа «Получение новых противоопухолевых веществ, направленных на мишени противоопухолевой терапии - топоизомеразы I и II, теломеразу и р53»;

06-04-08127-офи «Создание мишень-специфического противоопухолевого антибиотика нового поколения на основе исследования молекулярных механизмов гибели опухолевых клеток».

ТОПОИЗОМЕРАЗА I - СПЕЦИФИЧЕСКАЯ МИШЕНЬ ДЕЙСТВИЯ ПРОТИВООПУХОЛЕВЫХ АГЕНТОВ (Обзор литературы).

Заключение диссертации по теме «Биоорганическая химия», Деженкова, Любовь Георгиевна

выводы.

1.Проведен анализ цитотокеичееких свойств антрациклиновых антибиотиков, гетероарилантрахинонов, антибиотиков группы ауреоловой кислоты и их новых производных в отношении клеток опухолей человека и мыши.

2. Оптимизирован метод изучения воздействия соединений на важную мишень опухолевого роста - топоизомеразу I в реакции релаксации суперскрученной ДНК: подобраны диапазоны концентраций для каждого анализируемого соединения, определены соотношения исходных продуктов реакции, составы буферных растворов для релаксации и разделения продуктов реакции методом электрофореза. Исследована релаксация суперскрученной ДНК под действием ядерных экстрактов из клеток аденокарциномы толстой кишки человека линии НСТ116, содержащих топоизомеразу I. Показана возможность скрининга топо I-ингибирующей активности серий препаратов, как с очищенным ферментом, так и с экстрактами клеток.

3. Изучено воздействие на активность топоизомеразы I антрациклиновых антибиотиков доксорубицина, даунорубицина, карминомицина, а также четырех их полусинтетических производных. Все три природных антибиотика ингибируют топоизомеразу I, производные карминомицина, как и карминомицин, являются наиболее активными в отношении топоизомеразы I и проявляют наибольшую цитотоксическую активность, введение гидроксиалкильных заместителей по 3'-аминогруппе доксорубицина и карминомицина увеличивает их топо I-ингибирующую активность.

4. Изучено воздействие на активность топоизомеразы I двадцати двух гетероарилантрахинонов, содержащих пиррольный, фурановый или тиофеновый цикл, и установлена зависимость способности к ингибированию фермента от структуры аннелированного гетероцикла. Исследовано влияние геометрии и места присоединения фармакофорной группы, структуры введенного заместителя и расположения его в хромофоре на топо I-ингибирующую и цитотоксическую активность соединения.

5. Впервые изучено влияние на активность топоизомеразы I антибиотиков группы ауреоловой кислоты: оливомицина 1, хромомицина Аз и митрамицина, а также десяти полусинтетических производных оливомицина 1. Природные антибиотики, а также производные по 2'-карбонильной группе боковой цепи оливомицина 1 дозозависимо ингибируют фермент в субмикромолярном диапазоне концентраций. Производные по ароматической части агликона оливомицина 1 активны в отношении топоизомеразы I, но менее цитотоксичны. На примере агликона оливомицина 1 - оливина показано, что присутствие углеводных цепей необходимо для ингибирования активности топоизомеразы I, а также цитотоксической активности антибиотиков этого ряда.

7. Заключение.

Для выявления наиболее перспективных природных и синтетических агентов, проявляющих противоопухолевую активность, важно уже на ранних стадиях их доклинического изучения сузить круг испытуемых соединений. Изучение мишень-специфического воздействия на ДНК-зависимый фермент топоизомеразу I позволяет не только решить данную задачу, но и создает основу для целенаправленного получения новых противоопухолевых соединений с заранее прогнозируемыми свойствами. Выявление закономерностей в ряду структура-активность для подобных соединений ведет к созданию лекарственных препаратов, аналогичных по своей противоопухолевой активности известным ингибиторам топо I, но менее токсичных и имеющих более выгодные физико-химические характеристики. Так на смену высоко токсичному и плохо растворимому камптотецину пришли его растворимые аналоги — топотекан и иринотекан, которые в настоящее время широко применяются в клинике для лечения онкологических заболеваний.

Оптимизация методов, позволяющих сравнительно быстро оценить способность вещества действовать на молекулярную мишень в клетке (например, топоизомеразу), проявляя цитотоксические свойства, делает возможным проведение подобных экспериментов in vitro. Изучение молекулярных механизмов действия противоопухолевых соединений является важным этапом на пути создания лекарственных препаратов нового поколения. Несмотря на значительные достижения в изучении и накоплении знаний по действию исследуемых соединений в отношении топоизомеразы I, остается ещё много неясного.

Недостаточно изучено действие двойных ингибиторов топоизмераз типа I и типа И, существуют трудности в интерпретации получаемых результатов, недостаточно ясны механизмы связывания веществ с ДНК, изменяющие структуру дуплекса, а также влияния разных концентраций на ингибирующую способность соединения. Так, в случае акларубицина увеличение концентрации вносимого вещества кардинально меняет механизм ингибирования топоизомеразы I. В целом изучение направленного действия противоопухолевых агентов на специфические молекулярные мишени является одной из наиболее актуальных проблем, стоящих перед современной химиотерапией.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ *

В работе иееледованнно действие на топоизомеразу I высоко активных противоопухолевых препаратов доксорубицина, даунорубицина, карминомицина, оливомицинов 1 и 2, хромомицина Аз, митрамицина, а также полусинтетических производных доксорубицина, карминомицина и оливомицина 1. Помимо этого, было изучено действие ряда веществ, относящихся к новому классу синтетических аналогов противоопухолевых соединений - гетероарилантрахинонам. Гидрохлориды даунорубицина, доксорубицина, карминомицина и оливомицин были получены на опытной установке НИИ по изысканию новых антибиотиков им. Г.Ф.Гаузе РАМН, а также на заводе г. Омутнинска (Россия). Хромомицин А3 и митрамицин А - коммерческие препараты (Sigma Chemical Co., США). Остальные анализируемые соединения были получены синтетически в лаборатории химической трансформации антибиотиков ГУ НИИ по изысканию новых антибиотиков им. Г.Ф.Гаузе РАМН и переданы нам для дальнейшего изучения их биологической активности. Чистота изучаемых соединений контролировалась методами ТСХ, ВЭЖХ и ЯМР.

Выбор веществ для изучения мишень-специфического влияния на топоизомеразу I базировался на результатах исследований антипролиферативного действия этих препаратов на разные линии опухолевых клеток: лейкоз человека К562 и аденокарциному толстой кишки НСТ116, а также их сублинии с лекарственной устойчивостью, обусловленной гиперэкспрессией Pgp (K562i/S9; фенотип МЛУ) или делецией р53 (НСТ116р53КО), проведенных в лаборатории механизмов гибели опухолевых клеток НИИ канцерогенеза ГУ РОНЦ им. Н.Н.Блохина РАМН под руководством д.м.н. А.А.Штиля. Результаты эксперимента дополнены данными, полученными в Институте медицинских исследований Рега Католического университета г. Лейвен (Бельгия) под руководством проф. Я.Бальзарини на клетках лейкоза мышей линии L1210/0 и линиях Molt4/C8 и СЕМ/О (трансформированные нумерация рисунков, схем и таблиц отлична от использованной в Обзоре литературы

Т-лимфоциты человека). Всего было изучено цитотоксическое действие тридцати девяти соединений.

1. Цитотоксическая активность исследованных классов соединений

Практически любые воздействия, повреждающие различные клеточные структуры, способны вызывать апоптоз - вид гибели клетки, характеризующийся функциональными, морфологическими, биохимическими и генетическими изменениями [80]. Например, ингибиторы белкового синтеза вызывают апоптоз клеток одного тканевого происхождения (лимфоидных), блокируют апоптоз других (тромбоцитов) и не действуют на третьи (карцинома), таким образом, можно говорить об определенной специфике их действия.

Применение в процессе интенсивной химиотерапии комбинаций лекарственных препаратов, отличных по структуре и механизму действия, оказывает значительное токсическое воздействие на организм в целом, приводя к развитию множественной лекарственной устойчивости (МЛУ, MDR-multidrug resistance). Механизмы биохимических процессов, лежащих в основе МЛУ, весьма разнообразны: от снижения накопления лекарственного препарата внутри клетки до ингибирования программы её гибели [81].

Одним из основных факторов в системе противоопухолевого надзора организма является продукт гена р53, участвующий в устранении клеток с повреждениями в ДНК. Это подтверждается обнаружением мутантных форм р53 в значительном числе новообразований многих локализаций. Лица с наследственным дефектом одного из аллелей гена р53 составляют группу риска в отношении развития опухолей, а клетки таких индивидуумов более резистентны к действию излучений и химических агентов. В связи с этим перспективно проведение исследований цитотоксических свойств возможных противоопухолевых агентов параллельно на культурах клеток с интактным геном р53 и изогенных клетках с не функционирующим р53 [82]. Мутации, приводящие к инактивации р53, часто встречаются в опухолях больных и в трансформированных клетках в культуре.

Эти мутации могут обусловливать устойчивость к ДНК-связывающим химиотераиевтическим агентам, (например, доксорубицину, ДР), уменьшая их противоопухолевый эффект. Наряду с этим одной из наиболее распространенных причин возникновения МЛУ в клетках является экспрессия АВС-транспотера Р-гликопротеина (Pgp) [83]. Активность в отношении клеток с множественной лекарственной устойчивостью, обусловленной дисфункцией р53 и экспрессией Р-гликопротеина (Pgp), может дать дополнительные преимущества новым химиотерапевтическим препаратам.

Для оценки цитотоксичности в клинико-лабораторных и экспериментальных исследованиях широкое распространение получил МТТ-тест, основанный на способности митохондриальных дегидрогеназ метаболически активных клеток восстанавливать водорастворимый 3-(4,5~диметилтиазол-2-ил)-2,5-дифенил-2Н-тетразолий бромид (МТТ) в формазан, который кристаллизуется внутри клетки с образованием темно-синих кристаллов [84, 85, 86]. Перевод формазана в раствор с помощью органических растворителей диметилсульфоксида (ДМСО) или изопропанола с последующей спектрофотометрией позволяет сопоставить изменение оптической плотности раствора по отношению к контролю с изменением количества жизнеспособных клеток. Контролем служат клетки, не обработанные испытуемым препаратом. Для каждого исследуемого препарата определяют ингибирующую концентрацию (IC50), замедляющую рост 50% анализируемых клеток. Дальнейшее сравнение таких концентраций позволяет оценить эффективность воздействия различных препаратов на данную клеточную линию.

Необходимо заметить, что в дальнейшем, используя термин «антипролиферативная активность», мы подразумеваем цитотоксическую активность изучаемого соединения, так как в течение эксперимента прекращалась не только пролиферация клеток, но и происходила их гибель, что подтверждалось, в частности, изучением морфологии клеток. На основании результатов МТТ-теста (таблицы 1-6) были отобраны наиболее перспективные соединения для изучения мишень-специфического действия в отношении топоизомеразы I.

1.1. Антрациклиновые антибиотики и их полусинтетические производные

На рисунке 1 представлен ряд антрациклиновых антибиотиков и их полусинтетических производных (1-4), полученных в лаборатории химической трансформации антибиотиков ГУ НИИ по изысканию новых антибиотиков им. Г.Ф.Гаузе РАМН по методу, описанному ранее [87, 88]. 3'-7\г-(1-Дезокси-/,-арабит-1-ил)-14-гидроксикарминомицин (3) был получен,

CH2R2

ОН R3

СН2-СНОН-СН2ОН N *

СН2-СНОН-СН2ОН X

Название/№ Структура заместителя

Rt R2 R3

Доксорубицин СН3 он nh2

Даунорубицин СНз н nh2

Карминомицин Н н nh2

1 Н он X

2 СНз он X

3 Н он Y

4 Н он z

HN-I сн2 н-но-но

-он

-н

-н

-NH-CH2-(CHOH)4-CH? он 0но сн2он Y он о но

Рис. 1. Антрациклиновые антибиотики и их полусинтетические производные 1-4 исходя из карминомицина и Z-арабинозы, методом восстановительного jV-алкилирования промежуточного интермедиата (13-диметилкеталя-14-бромкарминомицина) в присутствии NaBH3CN; по аналогичной схеме был синтезирован 3'-ЛЦа-£)-галакто1шранозил-(1—-^-O-l-flesoKCH-ZJ-raronHT-l-miJ-M-rHflpOKCH-KapMHHOMHnHH (4), исходя из карминомицина и мелибиозы. 3|-Лг-£'«с(2,3-дигидроксипропил)-14-гидроксикарминомицин (1) и 3'-АЧ)ис(2,3-дигидроксипропил)доксорубицин (2) в виде смеси трёх оптических изомеров были получены аналогичным методом, исходя из 13-диметилкеталь-14-бром-карминомицина и даунорубицина соответственно и DL-глицеринового альдегида.

Цитотоксическая активность четырех производных доксорубицина и 14-гидроксикарминомицина была исследована в сравнении с даунорубицином (ДНР), карминомицином (КР) и доксорубицином (ДР) на клетках лейкоза человека линии К562 и его Pgp-положительной сублинии K562i/S9. Полученные данные показаны в таблице 1. Все исследованные соединения были цитотоксичными в отношении опухолевых клеток, использованных в эксперименте. Анализ результатов проведенного скрининга аминозамещенных производных доксорубицина и 14-гидроксикарминомицина показывает, что наибольшую активность в отношении клеток лейкоза человека линии К562 проявили карминомицин и его производные 1 и 3 (1С5о= 0,060; 0,3 и 0,4 мкМ соответственно). Цитотоксическая активность производных 1, 3 оказалась почти на порядок ниже, чем КР, однако она была близка к действию ДР на клетки этой линии (1С5о=0,14 мкМ). Менее цитотоксичным оказалось производное доксорубицина 2, отличающееся от 1 заменой гидроксильной группы в 4 положении агликона на метоксигруппу (ICso^ 12,8 мкМ и 0,3 мкМ соответственно). Введение дигликозидного остатка (4) приводило к понижению цитотоксических свойств по сравнению с производным 3 (1С50= 5,85 мкМ и 0,40 мкМ соответственно).

Проведенное исследование показало, что производные доксорубицина и карминомицина, содержащие по З'-аминогруппе даунозамина гидрофильный гидроксилсодержащий алкильный фрагмент, обладали меньшей цитотоксической активностью в отношении клеток лейкоза человека линии К562, чем исходные антибиотики, причём производные карминомицина 1 и 3 оказались более активными, чем производные доксорубицина 2 и 4. Дальнейшей задачей в отношении исследованных антибиотиков класса антрациклинов и их полусинтетических производных было изучение ингибирующей активности при действии на фермент ДНК-топоизомеразу I и выявление закономерностей влияния структуры этих соединений на их способность к ингибированию фермента. Таблица 1. Лнтипролиферативная активность (1С5о) антрациклинов и их производных 1-4.

Название/№ 1С50а( >ikM) RI6

К562 K562i/S9

Доксорубицин 0,14 1,99 14,2

Даунорубицин 0,20 нив

Карминомицин 0,060 0,060 1

1 0,30 ни

2 12,8 ни

3 0,40 ни

4 5,85 ни а ICso ~ концентрация ингибирования роста 50% клеток; 6 индекс резистентности = IC5o(K562i/S9)/IC5o(K562); в ни — соединение не исследовалось.

1.2. Производные группы ауреоловой кислоты и полусинтетические производные оливомицина 1

Оливомицин 1: Ri = Н; R2 = СН(СН3)2; R= СОСН3; Митрамицин

Оливомицин 2: R, = Н; R2 = СН(СН3)2; R = Н; Хромомицин А2: Ri= СН3; R2= СН(СН3)2; R = СОСН3; Хромомицин А3: Ri = R2 = СН3; R = СОСН3

Рис. 2. Производные группы ауреоловой кислоты Антибиотики группы ауреоловой кислоты являются высокоэффективными природными противоопухолевыми препаратами, некоторые из которых разрешены к применению в качестве антинеопластических агентов для лечения ряда опухолевых заболеваний. Важнейшие представители этого класса антибиотиков представлены на рисунке 2.

Наряду с ценными свойствами, у представителей этой группы соединений имеется ряд недостатков, основными из которых являются высокая токсичность, а также мутагенность, канцерогенность, миело- и иммунодепрессивное действие. Поэтому, важно получить новые, менее токсичные производные антибиотиков группы ауреоловой кислоты, обладающие противоопухолевой активностью.

Оливомицин 1: R= О

5: R= N-OCH3; 6: R=N-0-CHrC00H; НзСО^^О/^^А 7: R=N-0-CH2-C0NH2; ch3

ОСНз он

8: R= 00 H

9: R=N-0-CH2-C0NH-CH2-CH20H; 10: R=N-0-CH2-C0NH-C(CH3)3; 11: R=N-0-CH2-C0NH-C(CH20H)2CH3

9CH3 он i-PrCO

CH3

СНз HO .

HO

AcO CH3

НзСО^/ЬбВ HO —

H,C- CH" i-PrC02

HO

OH ORi о сн3 ноле

12: Rr= CH3;R2=R4=H;R3= 13: Ri= R3= R4-H; R2=-N=N'0> ACQ СНз 14: R,= H; R2= R4= ^ ^ ; R3= Hoi^ZcT

Рис. 3. Новые производные оливомицина 1

Влияние химической модификации на цитотоксическую активность соединений изучалось на примере десяти полусинтетических производных оливомицина 1, полученных модификацией 2'-карбонильной группы боковой цепи агликона или модификацией по хромофору (см. рис. 3). В эксперименте были использованы культуры опухолевых клеток лейкоза мышей линии L1210/0 и Т-лимфоцитов человека линий Molt4/C8, СЕМ/0. Также было исследовано воздействие изучаемых веществ на клетки лейкоза человека линии К562. Полученные данные приведены в таблице 2.

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Деженкова, Любовь Георгиевна, 2008 год

1. Химиотерапия злокачественных опухолей.// Блохин Н.Н.-М.: Медицина.-1977.

2. Liu L.F. DNA topoisomerase poisons as antitumor drugs.// Ann.Rev.Biochem.-1989.-V.58.-P.351-375.

3. Якубовская E.A., Габибов А.Г. Топоизомеразы. Механизмы изменения топологии ДНК.// Мол.биология,-1999.-Т. ЗЗ.-С. 368-384.

4. Garcia-Carbonero R., Supko J.G. Current perspectives on the clinical experience, pharmacology, and continued development of the camptothecins.// Clinical Cancer Research.- 2002,- V. 8.-P. 641-661.

5. Meng L-h., Liao Z-y„ Pommier Y. Non-camptothecin DNA topoisomerase I inhibitors in cancer therapy.// Current Topics in Medicinal Chem.-2003.-V. 3.- P. 305-320.

6. Denny W. A. Emerging DNA topoisomerase inhibitors as anticancer drugs.// Expert Opin.Emerg.Drugs.-2004.-V. 9.-P. 105-133.

7. Staker B.L., Freese M.D., Cushman M., Pommier Y., Zembower D., Stewart L., Burgin A.B. Structures of three classes of anticancer agents bound to the human topoisomerase I-DNA covalent complex.// J.Med.Chem.-2005.-V. 48.-P. 2336-2345.

8. Биоорганическая химия: химические подходы к механизму действия ферментов.// Дюга Г., Пенни К.-М.: Мир.-1983.

9. Гены.//ЛьюинБ.-М.: Мир.-1987.

10. Portugal J., Rodrigez-Campos А. Т7 RNA polymerase cannot transcribe through a highly knotted DNA template.// Nucl.Acids Res.-1996.-V. 24.- P. 4890-4894.

11. Uemura Т., Ohkura H., Adachi Y., Morino K., Shiozaki K., Yanagida M. DNA topoisomerase II is required for condensation and separation of mitotic chromosomesin S.pombe.// Cell.-1987.-V. 50.-P. 917-925.

12. Основы молекулярного действия антибиотиков.// Гэйл Э.-М.: Мир.-1975.

13. Методы исследования белков и нуклеиновых кислот. Электрофорез и ультрацентрифугирование.// Остерман JI.А.-М.: Наука.-1981.

14. Bailly С. DNA relaxation and cleavage assays to study topoisomerase I inhibitors.// Methods in Enzymology.-2001.-V. 340.-P. 610-623.

15. Facompre M., Carrasco C., Colson P., Houssier C., Chisholm J.D., Van Vranken D.L., Bailly C. DNA bilding and topoisomerase I poisoning activities of novel disaccharide indolocarbazoles.// Mol.Pharmacol.-2002.-V. 62.-P. 1215-1227.

16. Roca J. The mechanism of DNA topoisomerases.// TIBS.-1995.-V. 20.-P. 156-160.

17. Gupta M., Fujimori A., Pommier Y. Eukaryotic DNA topoisomerases I.// Biochem.Biophys.Acta.-1995.-V. 1262.-P. 1-14.

18. Stewart L., Champoux J.J. Assaying DNA topoisomerase I relaxation activity.// In: Methods in molecular biology.DNA Topoisomerase Protocols. Part II: Enzymology and Drugs.- 2001.-V. 95.-P.1-11.

19. Kim R.A., Wang J.C. Identification of the yeast TOP3 gene product as a single strand-specific DNA topoisomerase.// J.Biol.Chem.-1992.-V.267.-P.17178-17185.

20. Champoux J.J. Mechanism of catalysis by eukaryotic DNA topoisomerase I.// Adv.Pharmacology.-1994.-V. 29A.-P. 71-82.

21. Fortune J.M., Osheroff N. Topoisomerase II-catalyzed relaxation and catenation of plasmid DNA.// In: Methods in molecular biology.DNA Topoisomerase Protocols. Part II: Enzymology and Drugs.-2001.-V. 95.-P. 275-281.

22. Kingma P.S., Fortune J.M., Osheroff N. Topoisomerase II-catalyzed ATP hydrolysis as monitored by thin-layer chromatography.// In: Methods in molecular biology. DNA Topoisomerase Protocols. Part II: Enzymology and Drugs.-2001.- V.95.-P. 5156.

23. Beretta G.L., Zunino F. Relevance of extracellular and intracellular interactions of camptothecins as determinants of antitumor activity.// Biochem.Pharmacol.-2007.-V.74.-Р. 1437-1444.

24. Staker B.L., Hjerrild К., Freese M.D., Behnke C.A., Burgin A.B., Steward Jr.and L. The mechanism of topoisomerase I poisoning by a camptothecin analog.// PNAS.-2002.-V. 99.-P. 15387-15392.

25. Madden K.R., Champoux J.J. Overexpression of human topoisomerase I in baby hamster kidney cells: hypersensitivity of clonal isolates to camptothecin.// Cancer Res.-1992.-V. 52.-P. 525-532.

26. Pommier Y., Gupta M., Valenti M., Nieves-Niera W. Cellular resistance to camptothecins.// Ann.NY Acad.Sci.-1996.-V. 803.-P.-60-73.

27. Wang J.C. Interaction between DNA and an Escherichia coli protein omega.// J.Mol.Biol.-1971.-V. 55.-P. 523-533.

28. Horowitz M.S., Horowitz S.B. Intracellura degradation of HeLa adenovirus type 2 DNA induced by camptothecin.// Biochem.Biophys.Res.Commun.-1971.-V. 45.-P. 723-727.

29. Ryan A. J., Squires S., Strutt H.L., Johnson R.T. Camptothecin cytotoxicity in mammalian cells is associated with the induction of persisted double strand breaksin replicating DNA.//Nucleic Acids Res.-1991.-V. 19.-P. 3295-3300.

30. Thomas С J., RahierN.J., Hecht S.M. Camptothecin: current perspectives.// Bioorg.Med.Chem.-2004.-V. 12.-P. 15 85-1604.

31. Pommier Y., Jaxel C., Heise C., Kerrigan D., Kohn K.W. In: DNA topoisomerase in cancer.// New York.: Oxford University Press.-1991.- P. 121-132.

32. Abelson H.T., Penmann S. Selective interruption of high molecular weight RNA synthesis in HeLa cells by camptothecin.//Nat.New Biol.-1972.-V.237.- P. 144-146.

33. Li Т.К., Liu L.F. Tumor cell death induced by topoisomerase-targeting drugs.// Annu.Rev.Pharmacol.Toxicol.-2001.-V. 41.-P. 53-77.

34. Goldwasser F., Bae I., Valenti M., Torres K., Pommier Y. Topoisomerase I- related parameters and camptothecin activity in the colon carcinoma cell lines from the National Cancer Institute anticancer screen.// Cancer Res.-1995.-V. 55.-P. 21162121.

35. Shin C.-G., Snapka R.M. Exposure to camptothecin breaks leading and lagging strand simian virus 40 DNA replication fork.// Biochem.Biophys.Res.Commun.-1990.-V.168.-P. 135-140.

36. Yang L., Wold M.S., Li J. J., Kelly T.J., Liu L.F.Roles of DNA topoisomerases in sirrian virus 40 DNA replication in vitro.// Proc.Natl.Acad.Sci.USA.-1987.-V. 84.-P. 950-954.

37. Bendixen C., Thomsen В., Alsner J,, Westergaard O. Camptothecin- stabilized topoisomerase I DNA adducts cause premature termination of transcription.// Biochemictry.- 1990.-V. 29.-P. 5613-5619.

38. Kaufmann S. DNA topoisomerases in chemotherapy.// Cancer Cells.-1991 .-V. 3.-P. 24-27.

39. Ren J., Bailly С., Chaires J.B. N-506, an indolocarbazole topoisomerase I inhibitor binds preferentially to triplex DNA.// FEBS Letters.- 2000.-V. 470.-P. 355-359.

40. Zembower D.E., Zhang H., Lineswala J.P., Kuffel M.J., Aytes S.A., Ames M.M. Indolocarbazole poisons of human topoisomerase I: regioisomeric analogues of ED-110.// Bioorg.Med.Chem.Lett.-1999.-V. 9.-P. 145-150.

41. Yamashita Y., Fujii N., Murakata C., Ashizawa Т., Okabe M., Nakano H. Induction of mammalian DNA topoisomerase I mediated DNA cleavage by antitumor indolocarbazole derivatives.//Biochemistry.- 1992.-V. 31.-P. 12069-12075.

42. Long B.H., Rose W.C., Vyas D.M., Matson J.A., Forenza S. Discovery of antitumor indolocarbazoles: rebeccamycin, NSC655649, and fluoroindolocarbazoles.// Curr.Med.Chem.: Anticancer Agents.-2002.-V. 2.-P. 255-266.

43. Prudhomme M. Recent developments of rebeccamycin analogues as topoisomerase I inhibitors and antitumor agents.// Curr.Med.Chem.-2000.-V. 7.-P. 1189-1212.

44. Bailly C., Riou J.F., Colson P., Houssier C., Rodrigues-Pereira E., Prudhomme M., DNA cleavage by topoisomerase I in the presence of indolocarbazole derivatives of rebeccamycin.// Biochemistry.-1997.-V.36.-P. 3917-3929.

45. Cushman M., Cheng L. Stereoselective oxidation by thionyl chlorid leading to the indenol ,2-c.isoquinoline system.//J.Org.Chem.-1978-V. 43.-P. 3781-3783.

46. Kohlhagen G., Paull K.D., Cushman M., Nagafuji P., Pommier Y. Protein-linked strand breaks induced by NSC 314622, a novel noncamptothecin topoisomerase I poison.// Mol.Pharmacol.-;1998.-V. 54.-P. 50-58.

47. Strumberg D., Pommier Y., Paull K., Jayaraman M., Nagafuji P., Cushman M. Synthesis of cytotoxic indenoisoquinoline topoisomerase I poison.// J.Med.Chem.-1999.-V. 42.-P. 446-457.

48. Fujii N., Yamashita Y., Mizukami Т., Nakano H. Correlation between the formation of cleavable complex with topoisomerase I and growth-inhibitory activity for Saintopin type antibiotics.// Mol.Pharmocol.-1997.-V. 51.-P. 269-276.

49. Yamashita Y., Kawada S.-Z., Fujii N., Nakano H. Induction of mammalian topoisomerase I and II mediated DNA cleavage by saintopin, a new antitumor agent from fungus.//Biochemistry.-1991.-V. 30.-P. 5838-5845.

50. Wang L.K., Johnson R.K., Hecht S.M. Inhibition of topoisomerase I function by nitidine and fagaronine.// Chem.Res.Toxicol.-1993.-V. 6.-P. 813-818.

51. Larsen A.K., Grondard L., Couprie J., Desoize В., Сотое L., Jardillier J.-C., Rion J.-F. The antileukemic alkaloid fagaronine is an inhibitor of DNA topoisomerases I and II.// Biochem.Pharmacol.- 1993.-V. 46.-P.1403-1412.

52. Wang L.K., Rogers B.D., Hecht S.M. Inhibition of topoisomerase I function by coralyne and 5,6-dihydrocoralyne.// Chem.Res.Toxicol.- 1996.-V. 9.-P. 75-83.

53. ДНК-специфичные низкомолекулярные соединения.// Колесникова Д.В., Жузе А.Л., Заседателев А.С.-М.: МФТИ.-1998.

54. Larsen Т.А., Goodsell D.S., Cascio D.C., Grzeskowiak К., Dickerson R.E. The structure of DAPI bound to DNA.11 J.Biomol.Struct.Dyn.-1989.-V. 7.-P. 477-491.

55. Brown D.G., Sandersen M.R., Skelly J.V., Jenkins T.C., Brown Т., Garman E., Stuart D.I., Neidle S. Crystal structureof a berenil-dodecanucleotide complex:thc role of water in sequence-specific ligand binding.// EMBO J.- 1990.-V. 9.-P. 1329-1334.

56. Михайлов M.B., Заседателев A.C., Крылов A.C., Гурский Г.В. Механизм «узнавания» AT пар ДНК молекулами красителя «Хехст 33258».// Мол.биология.-1981.-Т. 15.-С. 690-704.

57. Beerman Т.А., McHugh М.М., Sigmund R., Lown J.W., Rao K.E., Bathini Y.

58. Effects of analogs of the DNA minor groove binder Hoechst 33258 ontopoisomerase II and I mediated activities.// Biochem.Biophys.Acta.-1992.-V. 1131.-P. 53-61.

59. Sun Q., Gatto В., Yu Ch., Liu L.F., LaVoie E.J. Synthesis and evaluation of terbenzimidazoles as topoisomerase I inhibitors.// J.Med.Chem.-1995.-V. 38.-P: 3638-3644.

60. Chen A. Y., Yu C., Gatto В., Liu L.F. DNA minor groove-binding ligands: a different class of mammalian DNA topoisomerase I inhibitors.// Proc.Natl.Acad.Sci. USA.-1993.-V. 90.-P. 8131-8135.

61. Foglesong P.D., Reckord C., Swink S. Doxorubicin inhibits human DNA topoisomerase I.// Cancer Chemother Pharmacol.-1992.-V. 30.-P. 123-125.

62. Trask D.K., Muller M.T. Stabilization of type I topoisomerase-DNA covalent complexes by actinomycin D.// Proc.Natl.Acad.Sci.USA.-1998.-V. 85.- P. 14171421.

63. Hajji N., Mateos S., Pastor N., Dominguez I., Cortes F. Induction of genotoxic and cytotoxic damage by aclarubicin, a dual topoisomerase inhibitor.// Mutation Research.-2005.-V. 583.-P. 26-35.

64. Larsen A.K., Escargueil A.E., Skladanowski A. From DNA damage to G2 arrest: the many roles of topoisomerase II.// Progress in Cell Cycle Research.-2003.-V. 5,- P. 295-300.

65. Larsen A.K., Escargueil A.E., Skladanowski A. Catalytic topoisomerase II inhibitors in cancer therapy.// Pharmacology and Therapeutics.-2003.-V. 99,-P. 167-181.

66. Nitiss J.L., Pourquier P., Pommier Y. Aclacinomycin A stabilizes topoisomerase I covalent complexes.// Cancer Res.-1997.-V. 57.-P. 4564-4569.

67. Bridewell D.J., Finlay G.J., Baguley B.C. Differential actions of aclarubicinand doxorubicin: the role of topoisomerase I.// Oncol.Res.-1997.-V. 9.-P. 535-542.

68. Гибель клетки (апоптоз).// Душников Е.Ф., Абросимов А.Ю.-М.: Медицина. 2001.

69. Ставровская А. А. Механизмы лекарственной устойчивости опухолевых клеток.// Биохимия.-2000.-Т.65.-С.111-126.

70. Bourdon J.-C. р53 and its isoforms in cancer.// British Journal of Cancer.-2007.-V. 97.-P. 277-282.

71. Veerman A.J.P., Pieters R. Drug sensitivity assay in leukemia and lymphoma.// J.Br.Haematol.-l990.-V. 74.-P. 381-384.

72. Леонтьева О.В., Тренин А.С., Бухман В.М., Дудник Ю.В. Цитотоксичность мевалоната, ловастатина и карминомицина в отношении человеческих злокачественных Т-лимфобластов MOLT-4 in vitro.// Антибиотики и химиотерапия.-1999.-Т.44.-№ 2.-С. 13-18.

73. Тевяшова А.Н. Модификация углеводной части противоопухолевых антибиотиков антрациклиновой группы.// Диссертация на соискание учёной степени кандидата химических наук.- М.-2005.

74. Tevyashova A.N. Novel derivatives of antibiotic olivomycin 1.// Annals of Oncology.-2008.-V. 19.-P. 28-29.

75. Turner P.R., Denny W.A., The genome as a drug target: sequence specific minor groove binding ligands.// Curr.Drug Targets.-2000.-V. l.-P. 1-14.

76. Adjei A.A., Charron M., Rowinsky E.K., Svingen P.A., Miller J., Reid J.M., Sebolt-Leopold J., Ames M.M., Kaufmann S.H., Effect of pyrazoloacridine (NSC 366140) on topoisomerase I and topoisomerase II.// Clin. Cancer Res.-1998.-V. 4.-P. 683691.

77. Moreau P., Gaillard N., Marminon C. et al. Semi-synthesis, topoisomerase I and kinases inhibitory properties, and antiproliferative activities of new rebeccamycin derivaties.// Bioorg. Med. Chem.-2003.-V. ll.-P. 4871-4879.

78. Gewirtz D. A. A critical evaluation of the mechanisms of action proposed for the antitumor effects of the anthracycline antibiotics adriamycin and daunorubicin.// Biochem.Pharmacol.-1999.-V. 57.-P. 727-741.

79. Dal Ben D., Palumbo M., Zagotto G., Capranico G., Moro S. DNA-topoisomerase II structures and anthracycline activity: insights into ternary complex formation.// Curr. Pharm.Des.-2007.-V. 13.-P. 2766-2780.

80. Bates S.E., Mickley L.A., Chen Y.N., Richert N., Rudick J., Biedler J.L., Fojo A.T. Expression of a drug resistance gene in human neuroblastoma cell lines: modulation by retinoic acid-induced differentiation.// Mol.Cell Biol.-1989.-V. 9.-P. 4337-4344.

81. Chaires J.B., Priebe W., Graves D.E., Burke T.G. Dissection of the free energy of antracycline antibiotic binding to DNA: electrostatic contributions.//

82. J.Am.Chem.Soc.-1993.- V. 115.- P. 5360-5364.

83. Olsufyeva E.N, Tevyashova A.N., Treshalin I.D., Preobrazhenskaya M.N., Piatt D., Klyosov A. Synthesis and antitumor activity of new D-galactose-containing derivatives of doxorubicin//Carbohydrate Res.-2003.-V. 338.-P. 1359-1367.

84. Shen L., L. DNA-unwinding test using eukaryotic DNA topoisomerase I // In: Methods in Molecular Biology: DNA topoisomerase protocols.Part II: Enzymology and Drugs.-2001 .-V.95.-P. 149-160.

85. Lombo F., Menendez N., Salas J.A., Mendez C. The aureolic acid family of antitumor compounds: structure, mode of action, biosynthesis, and novel derivatives.//Appl.Microbiol.Biotechnol.-2006.-V. 73 .-P. 1-14.

86. Hou M.-H., Lu W.-J., Lin H.-Y., Yuann J.-M. P. Studies of sequence-specific DNA binding, DNA cleavage, and topoisomerase I inhibition by the dimeric chromomycin A3 complexed with FeI1+.// Biochemistry.-2008.-V. 47.-P. 5493-5502.

87. Behr W., Honikel К., Hartmann G. Interaction of the RNA polymerase inhibitor chromomycin with DNA.// Eur.J.Biochem.-1969.-V. 9.-P. 82-92.

88. Hayasaka Т., Inoue Y. Chromomycin A3 studies in aqueous solutions. Spectrophotometric evidence for agregation and interaction with herring sperm deoxyribonucleic acid.//Biochemistry.-1969.-Vol. 8.-P. 2342-2347

89. Kim J.S., Sun G.,Gatto B.,Yu C., Liu A., Liu L.F., LaVoie E.J. Structure-activity relationships of benzimidazoles and related heterocycle as topoisomerase I poisons.// Bioorg.Med.Chem.-1996.-V. 4.-P. 621-630.