Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1051910.32607/20758251-2015-7-1-109-116Research ArticlesЭкспериментальные статьиResearch ArticleInteraction with Serum Albumin As a Factor of the Photodynamic Efficacy of Novel Bacteriopurpurinimide DerivativesКомплексообразование с альбумином как фактор фотодинамической активности новых производных бактериопурпуринимидаАkimovaА. V.АкимоваА. В.
Russian Federation
alexa_karpenko@mail.ruRychkovG. N.РычковГ. Н.
Russian Federation
alexa_karpenko@mail.ruGrinМ. А.ГринМ. А.
Russian Federation
alexa_karpenko@mail.ruFilippovaN. A.ФилипповaН. A.
Russian Federation
alexa_karpenko@mail.ruGolovinaG. V.ГоловинаГ. В.
Russian Federation
alexa_karpenko@mail.ruDurandinN. A.ДурандинН. A.
Russian Federation
alexa_karpenko@mail.ruVinogradovA. M.ВиноградовA. M.
Russian Federation
alexa_karpenko@mail.ruКоkrashviliТ. А.КокрашвилиТ. А.
Georgia
alexa_karpenko@mail.ruMironovА. F.МироновА. Ф.
Russian Federation
alexa_karpenko@mail.ruShtilА. А.ШтильА. А.
Russian Federation
alexa_karpenko@mail.ruКuzminV. А.КузьминВ. А.
Russian Federation
alexa_karpenko@mail.ruN.M. Emanuel Institute of Biochemical PhysicsИнститут биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАНPetersburg Nuclear Physics InstituteПетербургский институт ядерной физикиSt.Petersburg State Polytechnical UniversityСанкт-Петербургский государственный политехнический университетM.V. Lomonosov Moscow State University of Fine Chemical TechnologiesМосковский государственный университет тонких химических технологий им. М.В. ЛомоносоваN.N. Blokhin Russian Cancer Research CenterРоссийский онкологический научный центр им. Н.Н. Блохина РАМНGeorgian Technical UniversityГрузинский технический университет1503201571VOL 7, NO1 (2015)ТОМ 7, №1 (2015)10911617012020Copyright ©; 2015, Аkimova А.V., Rychkov G.N., Grin М.А., Filippova N.A., Golovina G.V., Durandin N.A., Vinogradov A.M., Коkrashvili Т.А., Mironov А.F., Shtil А.А., Кuzmin V.А.Copyright ©; 2015, Акимова А.В., Рычков Г.Н., Грин М.А., Филипповa Н.A., Головина Г.В., Дурандин Н.A., Виноградов A.M., Кокрашвили Т.А., Миронов А.Ф., Штиль А.А., Кузьмин В.А.2015Аkimova А.V., Rychkov G.N., Grin М.А., Filippova N.A., Golovina G.V., Durandin N.A., Vinogradov A.M., Коkrashvili Т.А., Mironov А.F., Shtil А.А., Кuzmin V.А.Акимова А.В., Рычков Г.Н., Грин М.А., Филипповa Н.A., Головина Г.В., Дурандин Н.A., Виноградов A.M., Кокрашвили Т.А., Миронов А.Ф., Штиль А.А., Кузьмин В.А.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10519

Optimization of the chemical structure of antitumor photosensitizers (PSs) is aimed at increasing their affinity to a transport protein, albumin and irreversible light-induced tumor cell damage. Bacteriopurpurinimide derivatives are promising PSs thanks to their ability to absorb light in the near infrared spectral region. Using spectrophotometry, we show that two new bacteriopurpurinimide derivatives with different substituents at the N atoms of the imide exocycle and the pyrrole ring A are capable of forming non-covalent complexes with human serum albumin (HSA). The association constant (calculated with the Benesi-Hildebrand equation) for N-ethoxybacteriopurpurinimide ethyloxime (compound 1) is higher than that for the methyl ether of methoxybacteriopurpurinimide (compound 2) (1.18×10 5 M-1 vs. 1.26×10 4 M -1, respectively). Molecular modeling provides details of the atomic interactions between 1 and 2 and amino acid residues in the FA1 binding site of HSA. The ethoxy group stabilizes the position of 1 within this site due to hydrophobic interaction with the protein. The higher affinity of 1 for HSA makes this compound more potent than 2 in photodynamic therapy for cultured human colon carcinoma cells. Photoactivation of 1 and 2 in cells induces rapid (within a few minutes of irradiation) necrosis. This mechanism of cell death may be efficient for eliminating tumors resistant to other therapies.

Оптимизация химической структуры противоопухолевых фотосенсибилизаторов (ФС) направлена на повышение аффинности к белку-транспортеру - альбумину, и на индукцию необратимыхповреждений при освещении опухолевых клеток. Производные бактериопурпуринимида - перспективные ФС, поглощающие свет в ближней инфракрасной области спектра. Спектрофотометрически показано, что новые производные бактериопурпуринимида, отличающиеся заместителями при атомах азо- та в имидном экзоцикле и пиррольном кольце А, образуют нековалентные комплексы с сывороточным альбумином человека (ЧСА). Величина конcтанты комплексообразования метилового эфира этилоксима N-этоксибактериопурпуринимида (соединение 1) существенно выше, чем у метилового эфира оксима N-метоксибактериопурпуринимида (соединение 2) (1.18 × 105 и 1.26 × 104 M-1 соответственно) (метод Бенеши-Хильдебрандта). Молекулярное моделирование комплексообразования с ЧСА выявило структурные особенности и энергии межатомных взаимодействий 1 и 2 с аминокислотными остатками в сайте связывания гемоподобных молекул белка. Установлено, что этоксильные группы стабилизируют расположение соединения 1 в этом сайте за счет гидрофобных взаимодействий с белком. Более высокая аффинностьсоединения 1 к ЧСА позволила использовать его в меньшей концентрации, чем соединения 2, для фото- повреждения культивируемых клеток рака толстой кишки. Фотоактивация 1 и 2 приводила к быстрому (в течение первых минут) некрозу опухолевых клеток. Этот механизм гибели может иметь практическое значение для элиминации опухолевых клеток, устойчивых к другим противоопухолевым воздействиям.

photosensitizersalbuminassociation constantphotodynamic therapycancernecrosisальбуминконстанта комплексообразованиянекрозракфотодинамическая терапияфотосенсибилизаторыThis work was supported by the Russian Federal Property Fund (grant No. 11-03-00620) and the Federal Target Program “Research and Development in Priority Directions for the Development of the Russian Science and Technology Complex for 2007-2013” (state contract No. 14.512.11.0016).Работа поддержана РФФИ (грант №11-03-00620) и Федеральной целевой программой «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2007–2013 годы» (госконтракт № 14.512.11.0016).[1] Phillips D. // Int. Rev. J. 1997, V.22, №3-4, P.3-50[2] Ashur I., Goldschmidt R., Pinkas I., Salomon I., Szewczyk G., Sarna T., Scherz A. // J. Phys. Chem. A. 2009, V.113, P.8027-8037[3] Josefsen L.B., Boyle R.W. // Theranostics. 2012, V.3, №9, P.916-966[4] Chen Y., Li G., Pandey R.K. // Curr. Org. Chem. 2004, №8, P.1105-1134[5] Moisenovich M.M., Ol’shevskaya V.A., Rokitskaya T.I., Ramonova A.A., Nikitina R.G., Savchenko A.N., Tatarskiy V.V., Kaplan M.A., Kalinin V.N., Kotova E.A. // PLoS ONE.2010. V. 5, 2010, V.5, №9, P.e12717[6] Grin M.A., Mironov A.F., Shtil A.A. // Anti-Cancer Agents Med. Chem. 2008, V.8, №6, P.683-697[7] Oertel M.l., Schastak S.I., Tannapfel A., Hermann R., Tannapfel A., Hermann R., Sack U., Mossner J., Berr F. // J. Photochem. Photobiol. B: Biology. 2003, V.71, P.1-10[8] Dąbrowski J.M., Arnaut L.G., Pereira M.M., Urbańska K., Simões S., Stochel G., Cortes L. // Free Rad. Biol. Med. 2012, V.52, P.1188-1200[9] Meerovich I.G.., Grin M.A., Tsiprovskiy A.G., Meerovich G.A., Oborotova N.A., Loschenov V.B., Baryshnikov A.Y., Mironov A.F. // Russian Biotherapeutic J. 2007, V.6, №1, P.22[10] Ol’shevskaya V.A., Nikitina R.G., Guiul’malieva M.A., Zaitsev A.V., Luzgina V.N., Kononova E.G., Ivanov O.G., Burmistrova N.V., Kaplan M.F., Kalinin V.N. // Org. Biomol. Chem. 2006, V.4, P.3815-3821[11] Ol’shevskaya V.A., Nikitina R.G., Savchenko A.N., Malshakova M.V., Vinogradov A.M., Golovina G.V., Belykh D. V., Kutchin A.V., Kaplan M.A., Kalinin V.N. // Bioorg. Med. Chem. 2009, V.17, №3, P.1297-1306[12] Ol’shevskaya V.A., Savchenko A.N., Zaitsev A. V., Kononova E. G., Petrovskii P.V., Ramonova A.A., Tatarskiy V.V. Jr., Moisenovich M.M., Kalinin V.N., Shtil A.A. // J. Organometal. Chem. 2009, V.694, №11, P.1632-1637[13] Pshenkina N.N. // Med. Academ. J. 2011, V.11, №3, P.3-15[14] Sharman W.M., van Lier J.E., Allen C.M. // Adv. Drug Delivery Rev. 2004, V.56, P.53-76[15] Tsuchida T., Zheng G., Pandey R.K., Potter W.R., Bellnier D.A., Henderson B.W., Kato H., Dougherty T.J. // Photochem. Photobiol. 1997, V.66, №2, P.224-228[16] Mironov A.F., Grin M.A., Tsiprovskiy A.G., Meerovich G.A., Meerovish I.G., Oborotova N.A., Treshalina E.M., Loschenov V.B., Baryshnikov A.Y., Tsigankov A.A. // Patent of Russia № 2411943. Bull. № 29. 2011[17] Mironov A.F., Grin M.A., Tsiprovskiy A.G. // J. Porph. Phthalocyan. 2002, V.6, №5, P.358-361[18] Benesi H.A., Hildebrant J.H. // J. Am. Chem. Soc. 1949, V.71, P.2703-2707[19] Abagyan R., Totrov M., Kuznetsov D. // J. Comput. Chem. 1994, V.15, P.488-506[20] Hanwell M.D., Curtis D.E., Lonie D.C., Vandermeersch T., Zurek E., Hutchison G.R. // J. Chem. Inform. 2012, V.4, №1, P.17[21] Schmidt M.W., Baldridge K.K., Boatz J.A., Elbert S.T., Gordon M.S., Jensen J.H., Koseki S., Matsunaga N., Nguyen K.A., Su S., Windus T.L., Dupuis M., Montgomery J.A. // J. Comput. Chem. 1993, V.14, №11, P.1347-1363[22] Huzinaga S., Andzelm J., Klobukowski M., Radzio-Andzelm E., Sakai Y., Tatewaki H. // Gaussian Basis Sets for Molecular Calculations.Amsterdam: Elsevier 1984, P.240[23] Roothaan C.C.J. // Rev. Modern Phys. 1951, V.23, №2, P.69[24] Wardell M., Wang Z., Ho J.X., Robert J., Ruker F., Ruble J., Carter D.C. // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2002, V.291, №4, P.813-819[25] Fernández-Recio J., Totrov M., Abagyan R. // Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics. 2003, V.52, №1, P.113-117[26] Totrov M. and Abagyan R. // Proteins. 1997, S1, P.215-220[27] Totrov M., Abagyan R. // Peptide Sci. 2001, V.60, №2, P.124-133[28] Eisfeld A., Briggs J.S. // Chem. Phys 2006, V.324, P.376-384[29] Yao-Bing Y., Wang Y.N., Ma J.B. // Spectrochim. Acta 2006, V.64, PtA, P.1032-1038[30] Ascenzi P., Fasano M. // IUBMB Life. 2009, V.61, №12, P.1118-1122[31] Garg A.D., Bose M., Ahmed M.I., Bonass W.A., Wood S.R. // PLoS ONE. 2012, V.7, №4, P.e34475[32] Chin W.W., Heng P.W., Bhuvaneswari R., Lau W.K., Olivo M. // Photochem. 2006, №5, P.1031-1037[33] Calin M.A., Paraska S.V. // J. Optoelectron. Adv. Mat. 2006, V.8, №3, P.1173-1179[34] Evans C.L., Abu-Yousif Adnan O., Jin P. Yong., Klein O.J., Celli J.P., Rizvi I., Zheng X., Hasan T. // PLoS ONE. 2011, V.6, №8, P.e23434