Специфическое производное диспиропиперазина, которое останавливает клеточный цикл, вызывает апоптоз, некроз и повреждение ДНК.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 8674 (2023) Цитировать эту статью

291 Доступов

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Соединения диспиропиперазина представляют собой класс молекул, которые, как известно, обладают биологической активностью, но те, которые были изучены в качестве регуляторов клеточного цикла, немногочисленны. Здесь мы сообщаем о характеристике и синтезе двух производных диспиропиперазина: ранее синтезированного спиро[2',3]-бис(аценафтен-1'-он)пергидродипирроло-[1,2-a:1,2-d]-пиразина. (SPOPP-3, 1) и его ранее неописанный изомер спиро[2',5']-бис(аценафтен-1'-он)пергидродипирроло-[1,2-a:1,2-d]-пиразин ( СПОПП-5, 2). Было показано, что SPOPP-3 (1), но не SPOPP-5 (2), обладает антипролиферативной активностью против группы из 18 линий раковых клеток человека со значениями IC50 в диапазоне от 0,63 до 13 мкМ. Анализ проточной цитометрии показал, что SPOPP-3 (1) способен останавливать клеточный цикл на стадии G2/M в раковых клетках человека SW480. Вестерн-блот-анализ также подтвердил, что остановка клеточного цикла находится в фазе М. Кроме того, было показано, что SPOPP-3 (1) вызывает апоптоз, некроз и повреждение ДНК, а также нарушает положение митотического веретена в клетках SW480. Эти результаты требуют дальнейшего изучения SPOPP-3 (1) как нового противоракового агента, особенно из-за его потенциальной способности повышать чувствительность раковых клеток к радиационно-индуцированной гибели клеток, усиливать иммунотерапию рака, преодолевать лекарственную устойчивость, связанную с апоптозом, и для возможного использования. в синтетических летальных методах лечения рака.

Использование химических веществ и радиации для повреждения ДНК является наиболее часто используемым методом терапии рака. В последнее время возрос интерес к манипулированию клеточным циклом с целью вызвать митотическую катастрофу в качестве новой стратегии противораковой терапии1,2,3,4,5. Митотическая катастрофа характеризуется клетками, которые обычно задерживаются в фазе G2/M из-за повреждения ДНК или митотического веретена, но ложно переходят к митозу из-за дефектных контрольных точек клеточного цикла6. Конечным результатом является старение или гибель клеток в результате апоптоза, некроза или аутофагии7. Эта стратегия основана на использовании агентов, повреждающих ДНК, или радиации в сочетании с ингибиторами контрольных точек клеточного цикла. Действительно, несколько ингибиторов контрольных точек фазы G2/M1,2,3,4,5, включая иринотекан, химиотерапевтический препарат, используемый в настоящее время при метастатическом колоректальном раке, продемонстрировали потенциал повышения чувствительности опухолевых клеток к ионизирующему излучению. Таким образом, открытие новых соединений, вызывающих остановку клеточного цикла G2/M, остается важной областью исследований рака8,9,10.

В настоящее время известно мало биологически активных производных диспиропиперазина. Одним из них является хлорид проспидия. Это соединение, также известное как проспидин, обладает цитостатическими, противовоспалительными и иммунодепрессивными свойствами11,12,13. Он был классифицирован как противоопухолевое соединение на основании его способности ингибировать митогенез Т- и В-клеток во время лимфобластной трансформации11, а также снижать объемы опухолей молочной железы, вызванных канцерогенами, у крыс12. В настоящее время хлорид проспидия используется в качестве противоревматического препарата при рефрактерном ревматоидном артрите14.

Несмотря на предыдущие сообщения о биологически активных соединениях диспиропиперазина, другие химические производные недостаточно изучены. Здесь мы впервые сообщаем об антипролиферативной активности спиро[2',3]-бис(аценафтен-1'-он)пергидродипирроло-[1,2-a:1,2-d]-пиразина (SPOPP -3, 1), ранее синтезированное производное диспиропиперазина. SPOPP-3 (1) обладает антипролиферативной активностью в отношении ряда линий раковых клеток человека и способен останавливать клеточный цикл в фазе G2/M, индуцировать апоптоз, некроз и повреждение ДНК, а также нарушать позиционирование митотического веретена.

Недавний отчет продемонстрировал синтез двух производных диспиропиперазина, спиро[2',3]-бис(аценафтен-1'-он)пергидродипирроло-[1,2-a:1,2-d]-пиразина (называемого здесь SPOPP-3, 1) и спиро[2',5]-бис(аценафтен-1'-он)пергидродипирроло-[1,2-a:1,2-d]-пиразин посредством реакции циклоприсоединения азометинилида с использованием аценафтенхинона. (AcQ) и l-пролин в качестве субстратов15. Мы провели аналогичную реакцию с небольшими модификациями, как описано в разделе «Материалы и методы», для получения SPOPP-3 (1) (рис. 1). Неожиданно мы также получили небольшое количество спиро[2',5']-бис(аценафтен-1'-он)пергидродипирроло-[1,2-a:1,2-d]-пиразина (называемого здесь SPOPP -5, 2) (рис. 1 и дополнительные рисунки S2, S3, S6–S11), изомер, который ранее не был выделен из-за предсказанного неблагоприятного пути образования15,16. Здесь мы впервые сообщаем о чистоте (дополнительный рисунок S2) и структуре SPOPP-5 (2), определенных методами FTIR (дополнительный рисунок S3), ЯМР (дополнительные рисунки S6–S10) и рентгеновского излучения. дифракционный анализ (дополнительный рисунок S11).

100 µM (Fig. 2; Table 1). To determine whether SPOPP-3 (1) and SPOPP-5 (2) have different effects on different types of cancer cells, we assessed them on an additional 15 human cancer cell lines comprising another 8 different types of human cancers. Doxorubicin was used as a positive control on the cell lines and the summary is shown in Table 1. SPOPP-3 (1) remains inhibitory with IC50 values ranging from 0.63 ± 0.17 µM in human T lymphoblastoid cell line CEM to 13.0 ± 1.96 µM in human hepatoma cell line HepG2. Again, SPOPP-5 (2) showed insignificant activity in four additional cancer cell lines (MiaPaca-2, Panc-1, SKOV3 and MDA-MB-231) (Table 1). Based on the results that SPOPP-5 (2) had no significant anti-cell viability effect on 7 cancer cell lines, it was not further assessed on the other cell lines. The anti-proliferative effect of SPOPP-3 (1) was greatest against human leukemia cells lines (IC50 from 0.63 to 3.60 µM), human glioblastoma cell lines (IC50 from 2.95 to 6.30 µM), human colon cancer cell lines (IC50 from 2.44 to 5.42 µM), human cervical cancer cell lines (IC50 of 4.23 µM), human ovarian cancer cell lines (IC50 of 6.30 µM) and human breast cancer cell lines (IC50 from 4.00 to 6.17 µM). SPOPP-3 (1) has slightly weaker anti-proliferative activity against human liver cancer cell line (IC50 of 13.03 µM), human pancreatic cancer cell lines (IC50 from 8.62 to 9.17 µM) and human prostate cancer cell line (IC50 of 9.80 µM). Overall, the results showed that SPOPP-3 (1) has a relatively strong anti-proliferative effect on a panel of human cancer cell lines. To understand the mechanism whereby SPOPP-3 (1) exerts its anti-proliferative effect on cells, the following studies were conducted./p>