Антигликирующая активность производных изоиндола и ее предсказание с использованием энергий граничных молекулярных орбиталей

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Внеклеточный матрикс обеспечивает механическую поддержку клеток и участвует в регуляции клеточной активности. Нарушение функций внеклеточного матрикса при метаболических отклонениях или старении может приводить к развитию заболеваний. Разработка протекторов внеклеточного матрикса актуальна для этиотропной профилактики и лечения патологий, связанных с изменением внеклеточного матрикса. Ключевыми механизмами формирования патологических изменений во внеклеточном матриксе являются неэнзиматические реакции, такие как гликирование и гликоксидация. Перспективность потенциальных протекторов внеклеточного матрикса можно оценить по их способности ингибировать гликирование и гликоксидацию. Изучена способность соединений на основе гетероциклических скаффолдов, содержащих частично гидрированный изоиндольный фрагмент, замедлять образование конечных продуктов гликирования. Исследование проведено методами in silico и in vitro. В ходе исследования in silico с применением метода ab initio с базисным набором функций 6-311G(d, p) мы определили энергии граничных молекулярных орбиталей соединений. Затем оценили их антигликирующую активность в реакции гликирования бычьего сывороточного альбумина глюкозой (альбумин рассматривали в качестве модельного белка). В качестве соединения сравнения использовали пиридоксамин. Антигликирующую активность соединений оценивали спектрофлуориметрически путем измерения флуоресцирующих продуктов при длинах волн возбуждения/испускания 440/520 нм (обычно не используемых для оценки антигликирующих свойств). Использование этих длин волн позволяет выявлять продукты гликирования и окисления в коже человека, количество которых, в отличие от некоторых других продуктов гликирования, коррелирует с календарным возрастом. Экспериментально установлено, что значения энергий граничных молекулярных орбиталей могут служить предикторами способности соединений замедлять образование флуоресцирующих продуктов, определяемых при длинах волн возбуждения/испускания 440/520 нм. Ингибирование образования указанных флуоресцирующих продуктов может иметь значение для лечения и профилактики заболеваний, в том числе метаболических, фиброзирующих или возрастных. Установлено также, что антигликирующие свойства наиболее выражены в ряду гидрированных 3a,6-эпоксиизоиндоло-7-карбоновых кислот (соединения типа XIII) и циклопента[b]фуро[2,3-c]пиррол-3-карбоновых кислот (структуры типа XIX), взятых в концентрации 100 мкМ.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

У. М. Ибрагимова

Волгоградский государственный медицинский университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: litvinov.volggmu@mail.ru
Россия, Волгоград, 400066

Н. В. Валуйский

Волгоградский государственный медицинский университет

Email: litvinov.volggmu@mail.ru
Россия, Волгоград, 400066

С. А. Сорокина

Волгоградский государственный медицинский университет

Email: litvinov.volggmu@mail.ru
Россия, Волгоград, 400066

К. И. Жукова

Волгоградский государственный медицинский университет

Email: litvinov.volggmu@mail.ru
Россия, Волгоград, 400066

В. Р. Райберг

Волгоградский государственный медицинский университет

Email: litvinov.volggmu@mail.ru
Россия, Волгоград, 400066

Р. А. Литвинов

Волгоградский государственный медицинский университет; Волгоградский медицинский научный центр

Email: litvinov.volggmu@mail.ru
Россия, Волгоград, 400066; Волгоград, 400066

Список литературы

  1. Kular J.K., Basu S., Sharma R.I. (2014) The extracellular matrix: structure, composition, age-related differences, tools for analysis and applications for tissue engineering. J. Tissue Eng. 5, 2041731414557112. https://doi.org/10.1177/2041731414557112
  2. Zhang W., Liu Y., Zhang H. (2021) Extracellular matrix: an important regulator of cell functions and skeletal muscle development. Cell Biosci. 11, 65. https://doi.org/10.1186/s13578-021-00579-4
  3. Godfrey M. (2009) Extracellular matrix. In: Asthma and COPD. Elsevier Ltd. 265–274. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-374001-4.00022-5
  4. Dalal A.R., Pedroza A.J., Yokoyama N., Nakamura K., Shad R., Fischbein M.P. (2021) Abstract 13386: Extracellular matrix signaling in Marfan syndrome induced pluripotent stem cell derived smooth muscle cells. Circulation. 144, A13386. https://doi.org/10.1161/circ.144.suppl_1.13386
  5. Kingsbury K.D., Skeie J.M., Cosert K., Schmidt G.A., Aldrich B.T., Sales C.S., Weller J., Kruse F., Thomasy S.M., Schlötzer-Schrehardt U., Greiner M.A. (2023) Type II diabetes mellitus causes extracellular matrix alterations in the posterior cornea that increase graft thickness and rigidity. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 64(7), 26. https://doi.org/10.1167/iovs.64.7.26
  6. Ziyadeh F.N. (1993) The extracellular matrix in diabetic nephropathy. Am. J. Kidney Dis. 22(5), 736–744. https://doi.org/10.1016/s0272-6386(12)80440-9
  7. Statzer C., Park J.Y.C., Ewald C.Y. (2023) Extracellular matrix dynamics as an emerging yet understudied hallmark of aging and longevity. Aging. Dis. 14(3), 670–693. https://doi.org/10.14336/AD.2022.1116
  8. Wight T.N., Potter-Perigo S. (2011) The extracellular matrix: an active or passive player in fibrosis? Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol. 301(6), G950–G955. https://doi.org/10.1152/ajpgi.00132.2011
  9. Voziyan P., Uppuganti S., Leser M., Rose K.L., Nyman J.S. (2023) Mapping glycation and glycoxidation sites in collagen I of human cortical bone. BBA Adv. 3, 100079. https://doi.org/10.1016/j.bbadva.2023.100079
  10. Duran-Jimenez B., Dobler D., Moffatt S., Rabbani N., Streuli C.H., Thornalley P.J., Tomlinson D.R., Gardiner N.J. (2009) Advanced glycation end products in extracellular matrix proteins contribute to the failure of sensory nerve regeneration in diabetes. Diabetes. 58(12), 2893–2903. https://doi.org/10.2337/db09-0320
  11. Sant S., Wang D., Agarwal R., Dillender S., Ferrell N. (2020) Glycation alters the mechanical behavior of kidney extracellular matrix. Matrix Biol. Plus. 8, 100035. https://doi.org/10.1016/j.mbplus.2020.100035
  12. Kim H.J., Jeong M.S., Jang S.B. (2021) Molecular characteristics of RAGE and advances in small-molecule inhibitors. Int. J. Mol. Sci. 22(13), 6904. https://doi.org/10.3390/ijms22136904
  13. Ashwitha Rai K.S., Jyothi Rasmi R.R., Sarnaik J., Kadwad V.B., Shenoy K.B., Somashekarappa H.M. (2015) Preparation and characterization of (125) i labeled bovine serum albumin. Indian J. Pharm. Sci. 77(1), 107–110. https://doi.org/10.4103/0250-474x.151589
  14. Rombouts I., Lagrain B., Scherf K. A., Lambrecht M.A., Koehler P., Delcour J.A. (2015) Formation and reshuffling of disulfide bonds in bovine serum albumin demonstrated using tandem mass spectrometry with collision-induced and electron-transfer dissociation. Sci. Rep. 5, 12210. https://doi.org/10.1038/srep12210
  15. Kılıç Süloğlu A., Selmanoglu G., Gündoğdu Ö., Kishalı N.H., Girgin G., Palabıyık S., Tan A., Kara Y., Baydar T. (2020) Evaluation of isoindole derivatives: antioxidant potential and cytotoxicity in the HT-29 colon cancer cells. Arch. Pharm. (Weinheim). 353(11), e2000065. https://doi.org/10.1002/ardp.202000065
  16. Jahan H., Siddiqui N.N., Iqbal S., Basha F.Z., Khan M.A., Aslam T., Choudhary M.I. (2022) Indole-linked 1,2,3-triazole derivatives efficiently modulate COX-2 protein and PGE2 levels in human THP-1 monocytes by suppressing AGE-ROS-NF-kβ nexus. Life Sci. 291, 120282. https://doi.org/10.1016/j.lfs.2021.120282
  17. Shono T., Matsumura Y., Tsubata K., Inoue K., Nishida R. (1983) A new synthetic method of 1-azabicyclo[4.n.0]systems. Chem. Lett. 12(1), 21–24. https://doi.org/10.1246/cl.1983.21
  18. Varlamov A.V., Boltukhina E.V., Zubkov F.I., Sidorenko N.V., Chernyshev A.I., Grudinin D.G. (2004) Preparative synthesis of 7-carboxy-2-R-isoindol-1-ones. Chem. Heterocycl. Comp. 40, 22–28. https://doi.org/10.1023/B: COHC.0000023763.75894.63
  19. Toze F.A., Poplevin D.S., Zubkov F.I., Nikitina E.V., Porras C., Khrustalev V.N. (2015) Crystal structure of methyl (3RS,4SR,4aRS,11aRS,11bSR)-5-oxo-3,4,4a,5,7,8,9,10,11,11a-deca-hydro-3,11b-epoxyazepino[2,1-a]isoindole-4-carboxylate. Acta Cryst. E Crystallogr. Commun. 71(Pt 10), o729–o730. https://doi.org/10.1107/S2056989015016679
  20. Zubkov F.I., Airiyan I.K., Ershova J.D., Galeev T.R., Zaytsev V.P., Nikitina E.V., Varlamov A.V. (2012) Aromatization of IMDAF adducts in aqueous alkaline media. RSC Adv. 2(10), 4103. https://doi.org/10.1039/c2ra20295f
  21. Boltukhina E.V., Zubkov F.I., Nikitina E.V., Varlamov A.V. (2005) Novel approach to isoindolo[2,1-a]quinolines: synthesis of 1- and 3-halo-substituted 11-oxo-5,6,6a,11-tetrahydroisoindolo[2,1-a]quinoline-10-carboxylic acids. Synthesis. 2005(11), 1859–1875. https://doi.org/10.1055/s-2005-869948
  22. Zubkov F.I., Boltukhina E.V., Turchin K.F., Borisov R.S., Varlamov A.V. (2005) New synthetic approach to substituted isoindolo[2,1-a]quinoline carboxylic acids via intramolecular Diels–Alder reaction of 4-(N-furyl-2)-4-arylaminobutenes-1 with maleic anhydride. Tetrahedron. 61(16), 4099‒4113. https://doi.org/10.1016/j.tet.2005.02.017
  23. Varlamov A.V., Zubkov F.I., Boltukhina E.V., Sidorenko N.V., Borisov R.S. (2003) A general strategy for the synthesis of oxoisoindolo[2,1-a]quinoline derivatives: the first efficient synthesis of 5,6,6a,11-tetrahydro-11-oxoisoindolo[2,1-a]quinoline-10-carboxylic acids. Tetrahedron Lett. 44(18), 3641–3643. https://doi.org/10.1016/S0040-4039(03)00705-6
  24. Firth J.D., Craven P.G.E., Lilburn M., Pahl A., Marsden S.P., Nelson A. (2016) A biosynthesis-inspired approach to over twenty diverse natural product-like scaffolds. Chem. Commun. 52, 9837–9840. https://doi.org/10.1039/c6cc04662b
  25. Zubkov F.I., Zaytsev V.P., Nikitina E.V., Khrustalev V.N., Gozun S.V., Boltukhina E.V., Varlamov A.V. (2011) Skeletal Wagner–Meerwein rearrangement of perhydro-3a,6;4,5-diepoxyisoindoles. Tetrahedron. 67(47), 9148–9163. https://doi.org/10.1016/j.tet.2011.09.099
  26. Antonova A.S., Vinokurova M.A., Kumandin P.A., Merkulova N.L., Sinelshchikova A.A., Grigoriev M.S., Novikov R.A., Kouznetsov V.V., Polyanskii K.B., Zubkov F.I. (2020) Application of new efficient Hoveyda-Grubbs catalysts comprising an N→Ru coordinate bond in a six-membered ring for the synthesis of natural product-like cyclopenta[b]furo[2,3-c]pyrroles. Molecules. 25(22), 5379. https://doi.org/10.3390/molecules25225379
  27. Cho S.J., Roman G., Yeboah F., Konishi Y. (2007) The road to advanced glycation end products: a mechanistic perspective. Curr. Med. Chem. 14(15), 1653–1671. https://doi.org/10.2174/092986707780830989
  28. Beisswenger P.J., Howell S., Mackenzie T., Corstjens H., Muizzuddin N., Matsui M.S. (2012) Two fluorescent wavelengths, 440(ex)/520(em) nm and 370(ex)/440(em) nm, reflect advanced glycation and oxidation end products in human skin without diabetes. Diabetes Technol. Ther. 14(3), 285–292. https://doi.org/10.1089/dia.2011.0108
  29. Weintraub R.A., Wang X. (2023) Recent developments in isoindole chemistry. Synthesis. 55(04), 519–546. https://doi.org/10.1055/s-0042-1751384
  30. Speck K., Magauer T. (2013) The chemistry of isoindole natural products. Beilstein J. Org. Chem. 9, 2048–2078. https://doi.org/10.3762/bjoc.9.243
  31. Upadhyay S.P., Thapa P., Sharma R., Sharma M. (2020) 1-Isoindolinone scaffold-based natural products with a promising diverse bioactivity. Fitoterapia. 146, 104722. https://doi.org/10.1016/j.fitote.2020.104722
  32. Csende F., Porkoláb A. (2020) Antiviral activity of isoindole derivatives. J. Med. Chem. Sci. 3(3), 254–285. https://doi.org/10.26655/jmchemsci.2020.3.7
  33. Bhatia R.K. (2017) Isoindole derivatives: propitious anticancer structural motifs. Curr. Top. Med. Chem. 17(2), 189–207. https://doi.org/10.2174/1568026616666160530154100
  34. Kirby I.T., Cohen M.S. (2019) Small-molecule inhibitors of PARPs: from tools for investigating ADP-ribosylation to therapeutics. Curr. Top. Microbiol. Immunol. 420, 211–231. https://doi.org/10.1007/82_2018_137
  35. Papeo G., Orsini P., Avanzi N.R., Borghi D., Casale E., Ciomei M., Cirla A., Desperati V., Donati D., Felder E.R., Galvani A., Guanci M., Isacchi A., Posteri H., Rainoldi S., Riccardi-Sirtori F., Scolaro A., Montagnoli A. (2019) Discovery of stereospecific PARP-1 inhibitor isoindolinone NMS-P515. ACS Med. Chem. Lett. 10(4), 534–538. https://doi.org/10.1021/acsmedchemlett.8b00569
  36. Ozerov A., Merezhkina D., Zubkov F.I., Litvinov R., Ibragimova U., Valuisky N., Borisov A., Spasov A. (2024) Synthesis and antiglycation activity of 3-phenacyl substituted thiazolium salts, new analogs of Alagebrium. Chem. Biol. Drug Des. 103(1), e14391. https://doi.org/10.1111/cbdd.14391
  37. Litvinov R.A., Vasil'ev P.M., Brel' A.K., Lisina S.V. (2021) Frontier molecular orbital energies as descriptors for prediction of antiglycating activity of N-hydroxybenzoyl-substituted thymine and uracil. Pharm. Chem. J. 55(7), 648–654. https://doi.org/10.1007/s11094-021-02474-1
  38. Savateev K., Fedotov V., Butorin I., Eltsov O., Slepukhin P., Ulomsky E., Rusinov V., Litvinov R., Babkov D., Khokhlacheva E., Radaev P., Vassiliev P., Spasov A. (2020) Nitrothiadiazolo[3,2-a]pyrimidines as promising antiglycating agents. Eur. J. Med. Chem. 185, 111808. https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2019.111808

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Структуры соединений I‒XIX.

Скачать (334KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Графическое представление корреляции рангов антигликирующей активности соединений и их расчетных значений EHOMOα.

Скачать (121KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024