Введение к работе
Актуальность темы. Согласно данным Всемирной Организации Здравоохранения, СПИД унес жизни более 30 млн. человек по всему миру, и в настоящее время около 34 млн. человек имеют подтвержденный статус ВИЧ-инфицированных [2013 Report on the Global AIDS Epidemic]. Общее число зарегистрированных ВИЧ-инфицированных в Российской Федерации на ноябрь 2012 года составило более 700 тыс. человек, при этом темпы распространения ВИЧ-инфекции остаются относительно стабильными. Развитие СПИДа на тот же период зафиксировано у около 19 тыс. человек [Федеральный научно-методический центр по профилактике и борьбе со СПИДом, 2012]. ВИЧ-инфекция остается одной из ведущих медико-социальных проблем мирового масштаба в связи с отсутствием средств фармакотерапии, способных полностью останавливать ее течение и эффективно подавлять развитие оппортунистических заболеваний, а также из-за колоссальных затрат на высокоактивную антиретровирусную терапию (ВААРТ).
Недостатками большинства современных схем ВААРТ является высокая токсичность, связанная с применением в качестве их основы нуклеозидных ингибиторов обратной транскриптазы [Balcarek et al., 2010; Kohler, Hosseini, Lewis, 2008], а также развитием резистентности вируса к нуклеозидным (НИОТ) и ненуклеозидным (ННИОТ) ингибиторам его репродукции [Kulkarni et al., 2012; Nikolenko, Delviks-Frankberry, Pathak, 2010]. Достоинством ННИОТ является меньшая по сравнению с НИОТ токсичность вследствие отсутствия влияния на внутриклеточный пул тимидинтрифосфата и митохондриальную полимеразу , что наблюдается при использовании НИОТ. Это обстоятельство делает перспективной разработку новых классов ННИОТ.
Анализ литературных данных позволил установить, что соединения, содержащие диарильный (диарилэфирный или бензофеноновый) остаток, связанный с гетероциклическим фрагментом, обладают выраженной инги-бирующей активностью в отношении ВИЧ. С другой стороны, известны произ-
водные урацила, обладающие свойствами ННИОТ ВИЧ. Представляет сущест-венный интерес синтез соединений, объединяющих в своей структуре два фармако-форных фрагмента.
Степень разработанности темы исследования. В настоящее время идентифицированы различные классы антивирусных агентов, содержащих в своей структуре два арильных фрагмента. Как правило, в их структуре ароматические остатки связаны с гетероциклическим ядром, представленным во многих случаях азотистым основанием, через атом азота последнего. Однако влияние длины мостика, связывающего арильные фрагменты, на противовирусную активность подобных структур в литературе освещено недостаточно подробно. Помимо этого, антивирусный потенциал гетероциклических структур, содержащих диарильный фрагмент, связанный с гетероциклическим ядром через углеродный атом, проиллюстрирован лишь небольшим количеством примеров.
Среди ННИОТ известны различные структурные классы, такие, как ароматические аналоги ГЭФТ – 1-[(2-гидроксиэтокси)метил]-6-(фенилтио)тимина [Tanaka et al., 1991], соединения диарилпиримидиновой структуры – ДАПИ [Andries et al., 2004; Mordant et al., 2007], а также некоторые N1, N3-дизамещенные урацилы [Sakakibara et al., 2013], отличительной особенностью которых является наличие двух арильных фрагментов, непосредственно не связанных между собой и соединенных с гетероциклическим ядром посредством коротких мостиков. Данные соединения являются перспективными ингибиторами репродукции вируса, проявляющими активность на субмикро- и наномолярном уровне концентраций и обладающие низкой токсичностью. Большинство из них в качестве мостиковых фрагментов содержат метиленовую группу, атомы кислорода, серы, NH- или карбонильную группу. Детальный анализ влияния структуры и длины данных мостиковых фрагментов на антивирусную активность и токсичность ННИОТ проводился лишь в некоторых из вышеприведенных классов. В связи с этим интерес представляет объединение концепций ГЭФТ-подобных и диарилэфирных ННИОТ и создание на их основе структурных «химер», обладающих признаками обоих классов.
Цели и основные задачи исследования. Целью настоящей работы является разработка новых производных урацила, содержащих два арильных фрагмента, способных эффективно ингибировать репродукцию ВИЧ-1.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
разработать простой и эффективный метод синтеза 1-[(бензоилокси)-
бензил]производных урацила;
разработать условия введения бензильного заместителя в положение 3
гетероциклического фрагмента 1-[(бензоилокси)бензил]производных урацила;
разработать эффективный метод синтеза 6-[(бензилокси)метил]произ
водных урацила;
разработать условия конденсации 6-[(бензилокси)метил]производных
урацила с -хлорэфирами;
изучить противовирусную активность синтезированных соединений in vitro
и на основе данных скрининга выявить основные закономерности «структура-
противовирусная активность».
Научная новизна работы. В результате проведенных исследований были обнаружены новые классы ненуклеозидных ингибиторов репродукции ВИЧ-1, принадлежащих к группе диарилзамещенных аналогов урацила.
Разработан новый эффективный способ синтеза 1-[(бензоилокси)бензил]-урацилов.
Разработаны условия введения бензильного заместителя в положение 3 гетероциклического фрагмента 1-[(бензоилокси)бензил]производных урацила.
Разработан и осуществлен синтез производных урацила, содержащих в положении 6 пиримидинового цикла (бензилокси)метильный заместитель.
Разработаны условия конденсации 6-[(бензилокси)метил]производных урацила с алифатическими и ароматическими -хлорэфирами.
Обнаружено, что некоторые 1-[(бензоилокси)бензил]производные урацила проявляют ингибиторный эффект в отношении обратной транскриптазы ВИЧ-1.
Найдено, что 1,6-бис[(бензилокси)метил]урацилы проявляют выраженный ингибиторный эффект в отношении ОТ ВИЧ-1. Выявлены соединения-лидеры в данном ряду соединений, для которых осуществлен докинг. Обнаружено, что некоторые соединения данного класса обладают также выраженной активностью в отношении вируса гриппа (H1N1) в клеточной культуре.
Теоретическая и практическая значимость. Теоретическая значимость. Осуществлен синтез новых диарильных производных урацила. Все целевые соединения исследовались в ФГБУН «Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН (ИМБ РАН)» (Москва) под руководством докт. хим. наук, профессора, чл.-корр. РАН Кочеткова С. Н. на предмет ингибиторной активности в отношении вирусспецифического фермента обратной транскриптазы (ОТ) ВИЧ и в Рега Институте Медицинских Исследований (Левен, Бельгия) под руководством Я. Бальзарини для выявления противовирусной и цитостатической активности на клеточных культурах. Анализ полученных данных скрининга в отношении ОТ ВИЧ-1 позволил установить закономерности «структура-активность» в ряду 1,6-бис[(бензилокси)метил]производных урацила и выявить соединения-лидеры, перспективные для дальнейшей разработки противовирусных лекарственных средств на их основе.
Практическая значимость. На основании результатов исследования составлено информационное письмо «Синтез и противовирусная активность новых диарильных производных урацила», материалы которого внедрены ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет» для проведения научных исследований студентами и аспирантами кафедры органической химии (акт внедрения от 3. 10. 2013 г.), а также лабораторией лекарственной безопасности ФГУП «Научно-исследовательский институт гигиены, токсикологии и профпатологии» ФМБА России (акт внедрения от 24. 01. 2014 г.).
Методология и методы исследования. Анализ данных литературы о закономерностях «структура-противовирусная активность» в рядах известных ненуклеозидных ингибиторов обратной транскриптазы позволил выявить фармако-
форные элементы, являющиеся ключевыми для проявления антивирусной активности. Данные наблюдения послужили основой для разработки основных направлений конструирования новых потенциальных противовирусных агентов ряда 1-[(бензоилокси)бензил]производных урацила и 1,6-бис[(бензилокси)метил]-производных урацила. Молекулярный докинг полученных веществ проводился с применением пакета AutoDock Vina 1.1.2. Оптимальные методики синтеза для решения поставленных задач подобраны с учетом обзора литературных данных.
В ходе диссертационного исследования применялись современные методы выделения (препаративная колоночная хроматография, вакуумная перегонка) и определения чистоты веществ (тонкослойная хроматография с закрепленным слоем сорбента). Структуры целевых соединений были доказаны современными спектральными методами – 1Н и 13С ЯМР-спектроскопией и масс-спектрометрией высокого разрешения.
Положения, выносимые на защиту:
1. Селективное введение (бензоилокси)бензильного заместителя в
положение 1 остатка урацила и его аналогов в условиях силильного варианта
реакции Гилберта-Джонсона путем конденсации соответствующих (бензоилокси)-
бензилбромидов и 2,4-бис(триметилсилилокси)пиримидинов.
-
1-[(Бензоилокси)бензил]производные урацила проявляют ингибиторный эффект в отношении ОТ ВИЧ-1.
-
Синтез 6-диарилзамещенных аналогов урацила на основе конденсации -кетоэфиров с производными тиомочевины и гуанидина.
-
Синтез 1,6-бис[(бензилокси)метил]производных урацила конденсацией 6-[(бензилокси)метил]урацилов с -хлорэфирами в условиях силильного варианта реакции Гилберта-Джонсона.
5. 1,6-Бис[(бензилокси)метил]производные урацила демонстрируют выра
женную активность в отношении ОТ ВИЧ-1 на микро- и субмикромолярном
уровне. Наиболее активные соединения данной серии превосходят невирапин по
действию на ОТ ДТ ВИЧ-1 более, чем в 10 раз.
6. Некоторые 1,6-бис[(бензилокси)метил]производные урацила проявляют мощную активность в отношении вируса гриппа (H1N1) и характеризуются низкой токсичностью.
Степень достоверности и апробация работы. Достоверность результатов исследования обеспечивается современными методами химического синтеза и анализа структуры соединений, а также методами установления биологической активности веществ.
Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на XVII региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области (г. Волгоград, 2012), IV всероссийском научно-практическом семинаре молодых ученых с международным участием «Современные проблемы медицинской химии. Направленный поиск новых лекарственных средств» (г. Волгоград, 2012), международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные науки сегодня» (г. Москва, 2013). По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 6 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, из них 2 – в международных изданиях.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 130 страницах печатного текста и состоит из введения, обзора литературы, разделов, посвященных результатам собственных исследований, заключения, списка используемых сокращений, списка литературы и иллюстративного материала. Список используемой литературы включает 222 источника, из них 209 зарубежных и 13 русскоязычных. Диссертация содержит 55 рисунков и 12 таблиц.
