Гибридные мультифункциональные вещества на основе нейролипинов

Нейролипины участвуют в регуляции многих важных функций организма, включая деятельность нервной системы. Было установлено, что в зоне нейронального поражения наблюдается увеличение содержания нейролипинов, а именно - 2-арахидоноилглицерина и пальмитоилэтаноламина.

Однако использование нейролипинов как таковых не всегда оказывается эффективным. Для комплексного воздействия на такую многофакторную патологию, как нейродегенерация, требуются более сложно построенные вещества, а именно - гибридные полифункциональные соединения, основу которых составляют эндогенные биорегуляторы. Нами предложена и развивается соответствующая концепция (Безуглов, 2013). Согласно этой концепции, впервые разработаны комплексные конструкции соединений, сочетающих молекулярные фрагменты нейролипинов, нейроактивных пептидов, биогенных аминов (дофамина, тирамина) и доноров оксида азота, обоснован выбор компонентов, найдены способы их сочетания.

В рамках программы Президиума РАН «Фундаментальные науки - медицине» нами разрабатываются инновационные технологии создания гибридных полифункциональных лекарственных препаратов, одновременно воздействующих на несколько фармакологических мишеней патологического процесса. В зависимости от конкретного заболевания можно подобрать соответствующие составные части гибридной молекулы, однако существенно, чтобы основные компоненты были эндогенного происхождения.

Конструкции таких гибридных соединений включают в качестве липидного компонента этаноламиды жирных кислот (арахидоновой, олеиновой, пальмитиновой, докозагексаеновой) или простамид E₂. Пептидный компонент - трипептид пролин-глицин-пролин - является субстанцией лекарственного препарата прогли- прола, разработанного в ИМГ РАН под руководством академика Н.Ф. Мясоедова, обладает выраженным нейрозащитным действием. Третий компонент - доноры оксида азота (нитросерин и нитроэтаноламин) - синтезирован по оригинальной методике в ИФАВ РАН. В качестве четвертого компонента использовали дофамин и тирамин. Нами разработаны способы химического сочетания этих компонентов в различных комбинациях.

Для проверки способности модифицированного по полярной части молекулы анандамида служить транспортной формой для других биоактивных молекул впервые синтезирован новый флуоресцентный аналог анандамида, содержащий BODIPY®-FL-флуорофор, присоединенный к арахидоновой кислоте через 2,2'-(этилендиокси)-бис(этилендиамин). На клетках глиомы С6 крысы показано, что флуоресцентный аналог является субстратом клеточной системы захвата анан- дамида. Транспорт BODIPY-анандамида был специфическим (чувствительным к присутствию стандартного ингибитора транспорта анандамида AM-404), зависел от температуры и имел количественные характеристики, близкие к таковым три- тиймеченого анандамида: для флуоресцентного анандамида - КМ 4.5±0.9 мкМ, V_max 20±1 амоль/(мин-клетка) (Грецкая и др., 2014). Таким образом, была продемонстрирована способность конструкций на основе этаноламида арахидоновой кислоты (анандамида) переносить внутрь клетки молекулярные фрагменты примерно равной молекулярной массы, используя клеточную систему мембранного транспорта анандамида.

Кроме трипептида проглипрола перспективным кандидатом на пептидную часть гибридного соединения является пентапептид HFPGP. Было изучено специфическое связывание пентапептида HFPGP, меченного по С концевому остатку пролина, с плазматическими мембранами нервных клеток головного мозга крысы. Этот пептид является активным метаболитом гептапептида семакс, обладающего нейрозащитными свойствами. Было показано, что специфическое связывание [³H] HFPGP обратимо, насыщаемо при концентрации выше 150 нМ и имеет следующие характеристики: Kd=82±8 нМ, B_max=16,6±1,1 пмоль/мг белка мембран. Этот пептид, как и проглипрол, является активным метаболитом нейротропного пептида семакса и входит в его интерактон. Однако места специфического связывания про- глипрола и HFPGP в головном мозге крысы различны: для HFPGP - в гиппокампе и мозжечке, а для PGP - только с плазматическими мембранами клеток базальных ядер переднего мозга (Вьюнова и др., 2014).

Таким образом, комбинации структуры нейролипина, пептида, донора оксида азота и дофамина позволяют сочетать в молекуле гибридного соединения различные механизмы действия, что необходимо для комплексного воздействия на нейродегенеративный патологический процесс.

Литература

Андрианова Е.Л. Про- и антиапоптотическое действие нейролипинов на нормальные и трансформированные клетки нервной системы. Автореф. дисс. канд. хим. наук. М., 2009.

АндриановаЕ.Л., БобровМ.Ю., ГрецкаяН.М. и др. Действие нейролипинов и их синтетических аналогов на нормальные и трансформированные глиальные клетки H Нейрохимия. 2010. Т. 27. № 1. С. 1-10.

Безуглов В.В. Новая парадигма медицинской химии - мультифункциональные лекарственные препараты // На стыке наук. Физико-химическая серия: 1 Международная научная интернет-конференция: материалы конф. Казань: ИП Синяев Д.Н., 2013.

Безуглов В.В., Маневич Е.М., Бобров М.Ю. и др. Искусственно функционализированные полиеновые жирные кислоты - новые липидные биорегуляторы // Биоорганическая химия. 1997. Т. 23. № 3. С. 211-220.

Безуглов В.В., Грецкая Н.М., Блаженова А.В. и др. Арахидоноиламинокислоты и арахидоноилпепти- ды: синтез и свойства // Биоорганическая химия. 2006. Т. 32. № 3. С. 258-267.

Бобров М.Ю., Лыжин А.А., Андрианова Е.Л. и др. Антиоксидантные и нейропротекторные свойства N-докозагексаеноилдофамина // Бюлл. эксперим. биол. и мед. 2006. Т. 142. № 10. С. 406-408.

Бобров М.Ю., Шевченко В.П., Юдушкин И.А. и др. Гидролиз анандамида и этаноламида эйкозапента- еновой кислоты в спленоцитах мышей // Биохимия. 2000. Т. 65. № 5 . С. 721-726.

Ведунова М.В., Митрошина Е.В., Сахарнова Т.А. и др. Влияние N-арахидоноилдофамина на функционирование нейронной сети первичной культуры гиппокампа при моделировании гипоксии // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2013. Т. 156 . С. 447-450.

Васильева Т.М., Петрухина Г.Н., Макаров В.А. и др. Влияние дофаминамидов полиненасыщенных жирных кислот на свертываю-щую систему крови и мозговое кровообращение // Экспериментальная и клиническая фармакология. 2002. Т. 65. № 6. С. 41-45.

Вьюнова Т.В., Андреева Л.А., Шевченко К.В. и др. Особенности специфического связывания пентапептида HFPGP, меченного по С концевому остатку пролина, с плазматическими мембранами нервных клеток головного мозга крысы. // Докл. РАН. 2014. Т. 456. № 4. С. 490-456.

Генрихс Е.Е., Барсков И.В., Бобров М.Ю. и др. Нейропротекторные свойства модуляторов эндогенной каннабиноидной системы in vivo и in vitro // Современные направления исследований функциональной межполушарной асимметрии и пластичности мозга. Экспериментальные и теоретические аспекты нейропластичности. М.: Научный мир, 2010а. С. 338-342.

Генрихс Е.Е., Бобров, М.Ю. Андрианова Е.Л., Грецкая Н.М. и др. Модуляторы эндогенной каннабино- идной системы как нейропротекторы // Анналы клинической и экспериментальной неврологии.

Грецкая Н.М., Акимов М.Г., Безуглов В.В. Новый флуоресцентный аналог для исследования транспорта анандамида в клеточных культурах // Биоорганическая химия. 2014. Т. 40. № 2. С. 248-252.

Митрошина Е.В., Ведунова М.В., Миронов А.А. и др. Нейропротекторное действие каннабиноида N-арахидоноилдофамина при моделировании острой гипобарической гипоксии мозга // Неврологический вестник. 2012. Т XLIV № 1. С. 14-19.

Рогов С.И., Шевченко В.П., Нагаев И.Ю. и др. Использование метода твердофазного гетерогенного каталитического гидрирования для получения меченного тритием этаноламина и селективно меченных тритием этаноламидов арахидоновой, эйкозапентаеновой и докозагексаеновой кислот // Радиохимия. 1997. Т. 39. № 5. С. 458-463.

Фрумкина Л.Е., Бобров М.Ю., Лыжин А.А. и др. Пластическая реорганизация синапсов гиппокампа при фармакологической блокаде каннабиноидных рецепторов 1-го типа // Анналы клинической и экспериментальной неврологии. 2007. Т. 1. № 2. С. 17-22.

Фрумкина Л.Е., Бобров М.Ю., Лыжин А.А. и др. Влияние фармакологической блокады каннабино- идных рецепторов 1-го типа на ультраструктуру синапсов в органотипической культуре ткани гиппокампа // Неврологический вестник. 2007. Т. 39. № 4. С. 60-63.

Фрумкина Л.Е., Бобров М.Ю., Лыжин А.А. и др. Ультраструктурные перестройки синапсов гипппо- кампа при генетической и фармакологической блокаде каннабиноидных рецепторов 1-го типа // Структурно-функциональные, нейрохимические и иммунохимические зако-номерности асимметрии и пластичности мозга. М., 2007. С. 656-660.

Berger C., Schmid PC., Schabitz W-R. et al. Massive accumulation of N-acylethanolamines after stroke. Cell signalling in acute cerebral ischemia? // J. Neurochem. 2004. Т 88. № 5. P. 1159-1167.

Bermudez-Silva F.J., Viveros M.P., McPartland J.M. et al. The endocannabinoid system, eating behavior and energy homeostasis: the end or a new beginning? // Pharmacol. Biochem. Behav. 2010. Т 95. № 4. P. 375-382.

Bezuglov V., Bobrov M., Gretskaya N.

Bisogno T., Melck D., Bobrov M. N-acyl-dopamines: novel synthetic CB1 cannabinoid-receptor ligands and inhibitors of anandamide inactivation with cannabimimetic activity in vitro and in vivo // Biochem. J. 2000. Т 824. P. 817-824.

Bisogno T., Melck D., Petrocellis L.De. et al. Arachidonoylserotonin and other novel inhibitors of fatty acid amide hydrolase // Biochem. Biophys. Res. Commun. 1998. Т 248. № 3. P. 515-522.

Bobrov M., Gretskaya N., Payet O. et al. Different pharmacological profile of two closely related endocannabinoid ester analogs // Life Sci. 2005. Т 77. № 13. P. 1425-1440.

Bobrov M.Y., Lizhin A.A., Andrianova E.L. et al. Antioxidant and neuroprotective properties of N-arachido- noyldopamine // Neurosci. Lett. 2008. Т 431. № 1. P. 6-11.

Buemi M.R., Luca L. De., Chimirri A. et al. Indole derivatives as dual-effective agents for the treatment of neurodegenerative diseases: synthesis, biological evaluation, and molecular modeling studies // Bioorg. Med. Chem. 2013. Т 21. № 15. P 4575-4580.

Castillo P.E., Younts T.J., Chavez A.E. et al. Endocannabinoid signaling and synaptic function // Neuron. 2012. Т 76. № 1. P. 70-81.

Degn M., Lambertsen K.L., Petersen G. et al. Changes in brain levels of N-acylethanolamines and 2-arachi- donoylglycerol in focal cerebral ischemia in mice // J. Neurochem. 2007. Т 103. № 5. P 1907-1916.

Deutsch D.G., Ueda N., Yamamoto S. The fatty acid amide hydrolase (FAAH) // Prostaglandins. Leukot. Essent. Fatty Acids. 2002. Т. 66. № 2-3. P 201-210.

D’Mello S.R., Galli C., Ciotti T. et al. Induction of apoptosis in cerebellar granule neurons by low potassium: inhibition of death by insulin-like growth factor I and cAMP // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1993. Т 90. № 23. P 10989-10993.

Edwards F.A. Anatomy and electrophysiology of fast central synapses lead to a structural model for longterm potentiation // Physiol. Rev. 1995. Т 75. № 4. P 759-787.

Fride E., Perchuk A., Hall F.S. et al. Behavioral methods in cannabinoid research // Methods Mol. Med. 2006. Т 123. С. 269-290.

Galiegue S., Mary S., Marchand J. et al. Expression of central and peripheral cannabinoid receptors in human immune tissues and leukocyte subpopulations // Eur. J. Biochem. 1995. Т. 232. № 1. P 54-61.

Gay C.A., Gebicki J.M. Perchloric acid enhances sensitivity and reproducibility of the ferric-xylenol orange peroxide assay // Anal. Biochem. 2002. Т 304. № 1. P 42-46.

Guindon J., Hohmann A.G. The endocannabinoid system and pain // CNS Neurol. Disord. Drug Targets. 2009. Т 8. № 6. P 403-421.

Hillard C.J., Campbell W.B. Biochemistry and pharmacology of arachidonylethanolamide, a putative endogenous cannabinoid // J. Lipid Res. 1997. Т. 38. № 12. P. 2383-2398.

Hou S.T., MacManus J.P. Molecular mechanisms of cerebral ischemia-induced neuronal death // Int. Rev. Cytol. 2002. Т 221. P 93-148.

Huang S.M., Bisogno T., Petros T.J. et al. Identification of a new class of molecules, the arachidonyl amino acids, and characterization of one member that inhibits pain // J. Biol. Chem. 2001. Т 276. № 46. P. 42639-44.

Huang S.M., Bisogno T., Trevisani M. et al. An endogenous capsaicin-like substance with high potency at recombinant and native vanilloid VR1 receptors // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2002. Т 99. № 12. P. 8400-8405.

Kim H.-Y., Spector A.A. Synaptamide, endocannabinoid-like derivative of docosahexaenoic acid with can- nabinoid-independent function // Prostaglandins. Leukot. Essent. Fatty Acids. 2013. Т 88. № 1. P 121125.

Khaspekov L.G., Korotchenko S.A., Vedunova M.V. et al. Modulation of spontaneous network activity in hippocampal cell culture by glutamate and N-arachidonoyldopamine // Proceedings of III International symposium «Topical problems of biophotonics». Nizhny Novgorod, 2011. P 232-233.

LemakM.S., Bravarenko N.I., Bobrov M.Y. et al. Cannabinoid regulation in identified synapse of terrestrial snail // Eur. J. Neurosci. 2007. Т 26. № 11. P 3207-3214.

Marsicano G., Goodenough S., Monory K. et al. CB1 cannabinoid receptors and on-demand defense against excitotoxicity // Science. 2003. Т. 302. № 5642. P. 84-88.

Mechoulam R., Parker L.A. The endocannabinoid system and the brain // Annu. Rev. Psychol. 2013. Т. 64. P. 21-47.

Parmentier-Batteur S., Jin K., Mao X.O. et al. Increased severity of stroke in CB1 cannabinoid receptor knock-out mice // J. Neurosci. 2002. Т. 22. № 22. P 9771-9775.

Petrocellis L. De, Melck D., Palmisano A. et al. The endogenous cannabinoid anandamide inhibits human breast cancer cell proliferation. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1998. Т. 95. № 14. P. 8375-8380.

Pertwee R.G. The pharmacology of cannabinoid receptors and their ligands: an overview // Int. J. Obes. (Lond). 2006. Т 30. Suppl. 1. P S13-S18.

Sagar D.R., Smith P., Millns P.J. et al. TRPV1 and CB(1) receptor-mediated effects of the endovanilloid/en- docannabinoid N-arachidonoyl-dopamine on primary afferent fibre and spinal cord neuronal responses in the rat // Eur. J. Neurosci. 2004. Т. 20. № 1. P 175-184.

Smart D., Gunthorpe M.J., Jerman J.C. et al. The endogenous lipid anandamide is a full agonist at the human vanilloid receptor (hVR1) // Br. J. Pharmacol. 2000. Т. 129. № 2. P 227-230.

Stasiuk M., Kozubek A. Biological activity of phenolic lipids // Cell. Mol. Life Sci. 2010. Т. 67. № 6. P 841-860.

Sugiura T., Kodaka T., Kondo S. et al. Is the cannabinoid CB1 receptor a 2-arachidonoylglycerol receptor? Structural requirements for triggering a Ca2+ transient in NG108-15 cells // J. Biochem. 1997. Т. 122. № 4. P 890-895.

Sugiura T., Kodaka T., Nakane S. et al. Evidence that the cannabinoid CB1 receptor is a 2-arachidonoylg- lycerol receptor. Structure-activity relationship of 2-arachidonoylglycerol, ether-linked analogues, and related compounds // J. Biol. Chem. 1999. Т. 274. № 5. P. 2794-2801.

Sugiura T., Kondo S., Sukagawa A. et al. 2-Arachidonoylglycerol: a possible endogenous cannabinoid receptor ligand in brain // Biochem. Biophy s. Res. Commun. 1995. Т. 215. № 1. P. 89-97.

Svennerholm L. Distribution and fatty acid composition of phosphoglycerides in normal human brain // J. Lipid Res. 1968. Т 9. № 5. P 570-579.

ToniN., BuchsPA., NikonenkoI., et al. LTP promotes formation of multiple spine synapses between a single axon terminal and a dendrite // Nature. 1999. Т. 402. № 6760. P. 421-425.

Verhoeckx K.C.M., Voortman T., Balvers M.G.J. et al. Presence, formation and putative biological activities of N-acyl serotonins, a novel class of fatty-acid derived mediators, in the intestinal tract // Biochim. Biophys. Acta. 2011. Т 1811. № 10. P 578-586.

Zhang M., Martin B.R., Adler M.W. et al. Modulation of the balance between cannabinoid CB(1) and CB(2) receptor activation during cerebral ischemic/reperfusion injury // Neuroscience. 2008. Т 152. № 3. P. 753-760.

ZygmuntP.M., ErmundA., MovahedP. et al. Monoacylglycerols Activate TRPV1 - A link between phospholipase C and TRPV1 // PLoS One. 2013. Т 8. № 12. P e81618.