Renaissance of the Tautomeric Hypothesis of the Spontaneous Point Mutations in DNA: New Ideas and Computational Approaches

In this chapter, we formulate basic physico-chemical principles that define the microstructural nature of the origin of the spontaneous incorporation and replication point errors—transitions and transversions—arising during DNA biosynthesis. At this point, we relied on the firstly discovered ability of the DNA base mispairs to tautomerize via the sequential intrapair proton transfer and highly stable, highly polar, zwitterionic transition states, accompanied by a significant shifting of the base mispairs toward DNA minor or major grooves. These tautomeric transitions are characterized by a change in geometry—from wobble to Watson-Crick and vice versa—of the purine·pyrimidine (A·T, G·C, G·T and A·C), purine·purine (A·A, A·G and G·G) and pyrimidine·pyrimidine (С·С, С·T and Т·Т) DNA base mispairs. Reported results allow us to explain, on one side, the origin of the mutagenic tautomers at the separation of the DNA strands before replication and, on the other side, how DNA base mispairs adapt to enzymatically competent size in the tight recognition pocket of the high-fidelity DNA polymerase

Синтез та оцінка активності адамантиловмісних тіазолієвих інгібіторів бутирилхолінестерази

Cholinesterase inhibitors can be used for treatment of neuropsychiatric symptoms and functional impairments in neurodegenerative pathologies such as Alzheimer’s and Parkinson’s diseases.Aim. To synthesize and assess the inhibitory activity of adamantyl-containing 5-substituted N-benzyl and N-phenacylthiazolium salts against butyrylcholinesterase and acetylcholinesterase.Results and discussion. The synthesis of 3-aroylmethyl- and 3-arylmethyl-5-(2-acyloxyethyl)-4-methylthiazolium salts included preparation of 5-acyloxyethyl thiazole derivatives by the reaction of 5-(2-hydroxyethyl)-4-methyl-1,3-thiazole with the corresponding adamantoyl- or adamantylacetyl chlorides. The derivatives of 5-acyloxyethyl thiazole were quaternized in the reaction with benzyl or phenacyl halides. The studies in vitro have shown that the compounds synthesized inhibit butyrylcholinesterase with IC50 values in the micromolar range. Some of them exhibited selectivity over acetylcholinesterase. The molecular docking was performed for understanding the mechanisms of the enzyme-inhibitor complex formation.Experimental part. The synthesis of the intermediate and target compounds was carried out by the classical methods. The structures of compounds were proven by NMR 1H-spectroscopy and elemental analysis. The methods of enzymatic kinetics were used for determination of the inhibitory effects of the compounds synthesized. Calculations by molecular docking were carried out using Autodock 4.2 program.Conclusions. 3-Aroylmethyl- and 3-arylmethyl-5-(2-acyloxyethyl)-4-methylthiazolium salts with adamantylcontaining substituents in position 5 can selectively inhibit butyrylcholinesterase compared to their effect on acetylcholinesterase.Известно, что ингибиторы холинэстераз могут использоваться для лечения нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона.Цель работы. Целью работы был синтез и оценка активности адамантилсодержащих 5-замещенных N-бензильных и N-фенацильных солей тиазолия как ингибиторов бутирилхолинэстеразы и ацетилхолинэстеразы.Результаты и их обсуждение. Синтезы 3-ароилметил- и 3-арилметил-5-(2-ацилоксиэтил)-4-метилтиазолиевых солей включали получение 5-ацилоксиэтильных производных тиазола при взаимодействии 5-(2-гидроксиэтил)-4-метил-1,3-тиазола с соответствующими адамантоил- или адамантилацетилхлоридами, которые в дальнейшем были кватернизированы в реакции с бензил- или фенацилгалогенидами.Результаты исследования in vitro показали, что синтезированные соединения ингибируют бутирилхолинэстеразу со значениями IC50 в микромолярном диапазоне. Некоторые из них демонстрировали селективность действия по сравнению с ингибированием ацетилхолинэстеразы. Для выяснения механизмов формирования комплексов ингибиторов с бутирилхолинэстеразой был применен молекулярный докинг.                                         Экспериментальная часть. Синтез промежуточных и целевых соединений был выполнен традиционными методами. Структуры соединений доказаны методом ЯМР 1Н-спектроскопии и данными элементного анализа. Для определения ингибирующего влияния синтезированных соединений на активность бутирилхолинэстеразы и ацетилхолинэстеразы использовали методы ферментативной кинетики. Для расчетов методом молекулярного докинга использовали програму Autodock 4.2.                                           Выводы. 3-Ароилметил- и 3-арилметил-5-(2-ацилоксиэтил)-4-метилтиазолиевые соли с адамантилсодержащими заместителями в положении 5 могут селективно ингибировать бутирилхолинэстеразу по сравнению с их влиянием на ацетилхолинэстеразу.Відомо, що інгібітори холінестераз можуть використовуватись для лікування нейродегенеративних захворювань, таких як хвороба Альцгеймера і хвороба Паркінсона.Мета роботи. Метою роботи був синтез та оцінка активності адамантиловмісних 5-заміщених N-бензильних та N-фенацильних солей тіазолію як інгібіторів бутирилхолінестерази і ацетилхолінестерази.Результати та їх обговорення. Синтези 3-ароїлметил- і 3-арилметил-5-(2-ацилоксіетил)-4-метилтіазолієвих солей включали одержання 5-ацилоксіетильних похідних тіазолу при взаємодії 5-(2-гідроксіетил)-4-метил-1,3-тіазолу з відповідними адамантоїл- чи адамантилацетилхлоридами, які надалі кватернізували в реакції з бензил- або фенацилгалогенідами. Результати дослідження in vitro показали, що синтезовані сполуки інгібують бутирилхолінестеразу зі значеннями ІС50 в мікромолярному діапазоні. Деякі з них демонстрували селективність дії у порівнянні з інгібуванням ацетилхолінестерази. Для з’ясування механізмів формування комплексів інгібіторів з бутирилхолінестеразою було проведено молекулярний докінг. Експериментальна частина. Синтези проміжних і цільових сполук були виконані класичними способами.Структури сполук підтверджено методом ЯМР 1Н-спектроскопії та даними елементного аналізу. Для визначення інгібувального впливу синтезованих сполук на активність бутирилхолінестерази та ацетилхолінестерази були застосовані методи ферментативної кінетики. Для розрахунків методом молекулярного докінгу використано програму Autodock 4.2.Висновки. 3-Ароїлметил- і 3-арилметил-5-(2-ацилоксіетил)-4-метилтіазолієві солі з адамантиловмісними замісниками в положенні 5 можуть селективно інгібувати бутирилхолінестеразу у порівнянні з їх впливом на ацетилхолінестеразу

Unexpected Routes of the Mutagenic Tautomerization of the T Nucleobase in the Classical A·T DNA Base Pairs: A QM/QTAIM Comprehensive View

In this paper using quantum-mechanical (QM) calculations in combination with Bader's quantum theory of “Atoms in Molecules” (QTAIM) in the continuum with ε = 1, we have theoretically demonstrated for the first time that revealed recently highly-energetic conformers of the classical A·T DNA base pairs – Watson-Crick [A·T(wWC)], reverse Watson-Crick [A·T(wrWC)], Hoogsteen [A·T(wH)] and reverse Hoogsteen [A·T(wrH)] – act as intermediates of the intrapair mutagenic tautomerization of the T nucleobase owing to the novel tautomerisation pathways: A·T(wWC)↔A·T*(w⊥WC); A·T(wrWC)↔A·TO2*(w⊥rWC); A·T(wH)↔A·T*(w⊥H); A·T(wrH)↔A·TO2*(w⊥rH). All of them occur via the transition states as tight ion pairs (A+, protonated by the N6H2 amino group)·(T−, deprotonated by the N3H group) with quasi-orthogonal geometry, which are stabilized by the participation of the strong (A)N6+H···O4−/O2−(T) and (A)N6+H···N3−(T) H-bonds. Established tautomerizations proceed through a two-step mechanism of the protons moving in the opposite directions along the intermolecular H-bonds. Initially, proton moves from the N3H imino group of T to the N6H2 amino group of A and then subsequently from the protonated N6+H3 amino group of A to the O4/O2 oxygen atom of T, leading to the products – A·T*(w⊥WC), A·TO2*(w⊥rWC), A·T*(w⊥H), and A·TO2*(w⊥rH), which are substantially non-planar, conformationally-labile complexes. These mispairs are stabilized by the participation of the (A)N6H/N6H'···N3(T) and (T)O2H/O4H···N6(A) H-bonds, for which the pyramidalized amino group of A is their donor and acceptor. The Gibbs free energy of activation of these mutagenic tautomerizations lies in the range of 27.8–29.8 kcal·mol−1 at T = 298.15 K in the continuum with ε = 1

Синтез нових фосфонопептидоміметиків та їх вплив на функціональний стан серця

The article presents the synthesis of new phosphorylated peptidomimetics, and the biological activity of the compounds synthesized has been assessed for the fi rst time on the experimental animals – male rats. On the basis of a diethyl ester of 1-benzoylamino-2,2,2-trihloroethylphosphonic acids a novel derivative of 1,3-oxazol-4-phosphonic acid diethyl ester containing the residue of methylaminoethan-1-ol in position 5 of the oxazole ring has been synthesized. The optimal conditions for cleavage of the 1,3-oxazole ring in the acidic medium with formation of phosphorylated peptidomimetics have been found. Thus, when treating it with 85 % aqueous trifl uoroacetic acid a diethyl ester of {benzoylamino[(2-ydroxyethyl)carbamoyl]methyl} phosphonic acid has been obtained, and  the action of hydrogen chloride under anhydrous conditions gives a diethyl ester of {benzoylamino[(2-chloroethyl) carbamoyl]methyl} phosphonic acid. The method developed is very convenient and preparative because reactions proceed in mild conditions without formation of undesirable by-products. Moreover, peptidomimetics are isolated with high yields, and their isolation does not require chromatography. Monitoring of different functional parameters of cardiac hemodynamics was performed in rats in vivo using a microcatheter and the Millar Pressure-Volume System. The study of the effect of the compounds obtained on the cardiac output has shown that their intraperitoneal introduction results in the heart rate decrease and stimulation of the contractile activity of the myocardium.Представлен синтез новых фосфорилированных пептидомиметиков, и впервые проведена оценка биологической активности синтезированных соединений на экспериментальных животных – крысах-самцах. Так, на основе диэтилового эфира 1-бензоиламино-2,2,2-трихлорэтилфосфоновой кислоты синтезировано новое производное диэтилового эфира 2-фенил-1,3-оксазол-4-илфосфоновой кислоты, содержащее в положении 5 оксазольного кольца остаток метиламиноэтан-1-ола. Найдены оптимальные условия расщепления 1,3-оксазольного цикла в кислой среде с образованием фосфорилированных пептидомиметиков. Так, при обработке его 85% водной трифторуксусной кислотой был получен диэтиловый эфир {бензоиламино[(2-идроксиэтил)метилкарбамоил]метил}фосфоновой кислоты, а действие хлористого водорода в безводных условиях дает диэтиловый эфир {бензоиламино[(2-хлорэтил)метилкарбамоил]метил}фосфоновой кислоты. Разработанный метод синтеза является удобным и препаративным, так как превращение происходит в мягких условиях, что позволяет избежать образования побочных продуктов. При этом пептидомиметики выделены с высокими выходами без применения хроматографических колонок. Регистрация различных функциональных показателей кардиогемодинамики проводилась у крыс in vivo с помощью микрокатетера и Millar Pressure-Volume System. Исследование влияния полученных соединений на функциональное состояние сердца показало, что их введение крысам внутрибрюшинно приводит к снижению частоты сердечных сокращений и стимуляции сократительной активности миокарда.Представлений синтез нових фосфорильованих пептидоміметиків, та вперше проведена оцінка біологічної активності синтезованих сполук на експериментальних тваринах – щурах-самцях. На основі діетилового естеру 1-бензоїламіно-2,2,2-трихлороетилфосфонової кислоти синтезовано нове похідне діетилового естеру 2-феніл-1,3-оксазол-4-ілфосфонової кислоти, що містить у положенні 5 оксазольного кільця залишок метиламіноетан-1-олу. Знайдені оптимальні умови розкриття 1,3-оксазольного циклу в кислому середовищі з утворенням фосфорильованих пептидоміметиків. Так, при обробці його 85% водною трифторооцтовою кислотою був отриманий діетиловий естер {бензоїламіно[(2-гідроксіетил) метилкарбамоїл]метил}фосфонової кислоти, а дія хлористого водню в безводних умовах дає діетиловий  естер {бензоїламіно[(2-хлороетил)метилкарбамоїл]метил}фосфонової кислоти. Розроблений метод синтезу є зручним та препаративним, оскільки перетворення проходять у м’яких умовах, що дозволяє уникнути утворення побічних продуктів. При цьому пептидоміметики отримані з високими виходами без застосування хроматографічних колонок. Реєстрація різних функціональних показників кардіогемодинаміки проводилася у щурів in vivo за допомогою мікрокатетера і Millar Pressure-Volume System. Дослідження впливу отриманих сполук на функціональний стан серця показало, що їх введення щурам внутрішньоочеревинно приводить до зниження частоти серцевих скорочень і стимуляції скоротливої активності міокарда

Where Quantum Biochemistry Meets Structural Bioinformatics: Excited Conformationally-Tautomeric States of the Classical A·T DNA Base Pair

This Chapter summarizes recent quantum-chemical (QM) investigations of the novel conformational and tautomeric states on the potential energy hypersurface of the classical A·T/A·U nucleobase pairs. For the first time, it was observed 28 local minima for each base pair excluding enantiomers - planar, non-planar base pairs and structures with wobble geometry. Considered excited conformationally-tautomeric states of the classical A·T DNA base pair have been revealed in the Nucleic Acid Database by structural bioinformatics. These data shed light on the biological significance of the unusual A·T/A·U nucleobase pairs for the functioning of the nucleic acids at the quantum level

Взаємодія 1-феніл-5-хлоро-1Н-піразол-4-карбоксаміду і 1-феніл-N-форміл-5-хлоро-1Н-піразол-4-карбоксаміду з гідразингідратом

This article represents the research of the interaction of 1-phenyl-5-chloro-1H-pyrazole-4-carboxamide and 1-phenyl-N-formyl-5-chloro-1H-pyrazole-4-carboxamide with hydrazine hydrate in order to get pyrazole derivatives as potential bioactive substances. It has been found that during the short (~40 min) boiling of 1-phenyl-5-chloro-1H-pyrazole-4-carboxamide with hydrazine hydrate a previously unknown 5-hydrazino-1-phenyl-1Hpyrazole-4-carbohydrazide with the yield of 50% is formed. The further boiling (~15 h) of the product obtained with hydrazine hydrate leads unexpectedly to 1-phenyl-1H-pyrazole-4-carbohydrazide. The probable mechanism of its obtaining, which includes dimerization of the prototropic isomer formed while cleaving the hydrazine molecule and the further elimination of the nitrogen molecule, has been considered. When boiling with hydrazine hydrate for 3 hours 1-Phenyl-N-formyl-5-chloro-1H-pyrazole-4-carboxamide gives 5-amino-1-phenyl-1H-pyrazole-4-carbohydrazide. At first, obviously, N-[(5-hydrazino-1-phenyl-1H-pyrazol-4-yl) carbonyl]formamide is formed with further cyclization into pyrazole[3,4-d][1,2,3]triazin-4-one. The latter eliminates the nitrogen molecule when heating with the formation of the reactive 4-carbonyl-1-phenyl-4,5-dihydro-1H-pyrazole-5-imine. Addition of hydrazine to it leads to 5-amino-1-phenyl-1H-pyrazole-4-carbohydrazide. The composition of all compounds synthesized has been proven by elemental analysis and the structure has been confirmed by spectroscopic methods.Настоящая работа посвящена исследованию взаимодействия 1-фенил-5-хлор-1Н-пиразол-4-карбоксамида и 1-фенил-N-формил-5-хлор-1Н-пиразол-4-карбоксамида с гидразингидратом с целью получения производных пиразола как потенциальных биоактивных веществ. Нами найдено, что при непродолжительном (~40 мин) кипячении 1-фенил-5-хлор-1Н-пиразол-4-карбоксамида с гидразингидратом образуется с выходом 50% неизвестный ранее 5-гидразинил-1-фенил-1Н-пиразол-4-карбогидразид. Дальнейшее (~15 ч) кипячение полученного продукта с гидразингидратом неожиданно приводит к 1-фенил-1Н-пиразол-4-карбогидразиду. Рассмотрен вероятный механизм его получения, который включает в себя димеризацию образующегося прототропного изомера с одновременным отщеплением молекулы гидразина и последующим элиминированием молекулы азота. 1-Фенил-N-формил-5-хлор-1Н-пиразол-4-карбоксамид с гидразингидратом при кипячении в течение 3 ч даёт 5-амино-1-фенил-1Н-пиразол-4-карбогидразид. Сначала, очевидно, образуется N-[(5-гидразинил-1-фенил-1Н-пиразол-4-ил)карбонил]формамид, который циклизуется в пиразоло[3,4-d][1,2,3]триазин-4-он. Последний при нагревании элиминирует молекулу азота с образованием реакционноспособного 4-карбонил-1-фенил-4,5-дигидро-1Н-пиразол-5-имина, присоединение к нему гидразина приводит к 5-амино-1-фенил-1Н-пиразол-4-карбогидразиду. Состав всех синтезированных веществ доказан элементным анализом, а строение подтверждено при помо щи спектральных методов.Робота присвячена дослідженню взаємодії 1-феніл-5-хлоро-1Н-піразол-4-карбоксаміду та 1-феніл-N-форміл-5-хлоро-1Н-піразол-4-карбоксаміду з гідразингідратом з метою одержання похідних піразолу як потенційних біоактивних речовин. Нами знайдено, що при нетривалому (~40 хв) кип’ятінні 1-феніл-5-хлоро-1Н-піразол-4-карбоксаміду з гідразингідратом утворюється з виходом 50% невідомий раніше 5-гідразиніл-1-феніл-1Н-піразол-4-карбогідразид. Подальше (~15 год) кип’ятіння отриманого продукту з гідразингідратом несподівано призводить до 1-феніл-1Н-піразол-4-карбогідразиду. Розглянуто ймовірний механізм його отримання, який включає в себе димеризацію прототропного ізомера, що утворюється, з одночасним відщепленням молекули гідразину і наступним елімінуванням молекули азоту. 1-Феніл-N-форміл-5-хлоро-1Н-піразол-4-карбоксамід з гідразингідратом при кип’ятінні протягом 3 год дає 5-аміно-1-феніл-1Н-піразол-4-карбогідразид. Спочатку, очевидно, утворюється N-[(5-гідразиніл-1-феніл-1Н-піразол-4-іл)карбоніл]формамід, який циклізується в піразоло[3,4-d][1,2,3]триазин-4-он. Останній при нагріванні елімінує молекулу азоту з утворенням реакційноздатного 4-карбоніл-1-феніл-4,5-дигідро-1Н-піразол-5-іміну, приєднання до нього гідразину призводить до 5-аміно-1-феніл-1Н-піразол-4-карбогідразиду. Склад усіх синтезованих речовин доведений елементним аналізом, а будова підтверджена за допомогою спектральних методів

Ітеративне використання великих хімічних просторів у пошуку лікарських засобів

Aim. To demonstrate the advantages of large-scale virtual libraries generated using chemical protocols previously validated in primary steps of the drug discovery process.Results and discussion. Two validated parallel chemistry protocols reported earlier were used to create the chemical space. It was then sampled based on diversity metric, and the sample was subjected to the virtual screening on BRD4 target. Hits of virtual screening were synthesized and tested in the thermal shift assay.Experimental part. The chemical space was generated using commercially available building blocks and synthetic protocols suitable for parallel chemistry and previously reported. After narrowing it down, using MedChem filters, the resulting sub-space was clustered based on diversity metrics. Centroids of the clusters were put to the virtual screening against the BRD4 active center. 29 Hits from the docking were synthesized and subjected to the thermal shift assay with BRD4, and 2 compounds showed noticeable dTm.Conclusions. A combination of cheminformatics and molecular docking was applied to find novel potential binders for BRD4 from a large chemical space. The selected set of predicted molecules was synthesized with a 72 % success rate and tested in a thermal shift assay to reveal a 6 % hit rate. The selection can be performed iteratively to fast support of the drug discovery.Мета. Продемонструвати переваги віртуальних бібліотек великого розміру, згенерованих за валідованими раніше хімічними протоколами, на перших етапах пошуку лікарських засобів.Результати та їх обговорення. На основі двох валідованих методів синтезу, придатних для паралельної хімії, описаних раніше, було створено хімічний простір. На основі різноманітності з одержаної віртуальної бібліотеки зроблено вибірку, яку було піддано віртуальному скринінгу щодо активного центру білка BRD4. Хіти віртуального скринінгу було синтезовано й перевірено за допомогою диференційної сканувальної калориметрії.Експериментальна частина. На основі комерційно доступних вихідних реагентів та раніше репрезентованих синтетичних протоколів, придатних для паралельної хімії, згенеровано хімічний простір. Простір було зменшено за рахунок застосування медхімічних фільтрів; результатний підпростір було кластеризовано за критерієм різноманітності. Центроїди кластерів було піддано молекулярному докінгу щодо активного центру білка BRD4. Базуючись на результатах проведеного докінгу, синтезовано 29 хітів, які було піддано диференційній сканувальній калориметрії з білком BRD4; з цим 2 сполуки продемонстрували помітний зсув точки топлення.Висновки. Для пошуку нових потенційних лігандів BRD4 у великому хімічному просторі було застосовано комбінацію хемоінформатики і молекулярного докінгу. Набір молекул, що мали високу передбачену активність, було синтезовано з успішністю 72 %. Серед синтезованих сполук виявлено первинні хіти (6 % сполук). Подібний процес можна повторювати ітеративно для швидкої підтримки розроблення ліків

Синтези та перетворення 4-фосфорильованих похідних 1,3-азолів

The review systematizes the literary data on the methods of the synthesis of 4-phosphorylated 1,3-azoles (oxazoles, thiazoles, selenazoles, imidazoles), as well as their chemical and biological properties. For the synthesis of 4-phosphorylated imidazole derivatives metallic derivatives of imidazole and phosphorus halides, electronically enriched imidazoles and phosphorus halides in pyridine in the presence of triethylamine or a cross-coupling of halogenimidazoles and dialkyl phosphites in the presence of a palladium catalyst are generally used. For the synthesis of 4-phosphorylated 1,3-azoles the acyclic phosphorus-containing reagents have been widely used, in particular 1-phosphorylated derivatives of 2-chloro- and 2,2-dichloroethenylamides, aminomethylphosphonates and their triphenylphosphonium analogs, β-ketopphosphonates, phosphorylated α-halogenocarbonyl compounds. The chemical properties of phosphorylated azoles are represented by phosphorus residue modification reactions, modification of other substituents and the azole ring, as well as reactions involving the disclosure of the azole ring. The latter are the most interesting since they provide an opportunity to conduct recyclization reactions, as well as synthesize an important class of organic compounds – phosphorylated peptidomimetics. Due to the systematic study of derivatives of 1,3-azoles over the last 30 years it has been shown that at least one fragment of the 1,3-azole ring is a part of a wide range of simple and complex natural molecules and synthetic drugs. Synthetic 4-phosphorylated derivatives of 1,3-azoles are characterized by insectoacaricidal, anti-blastic, sugar-lowering, anti-exudative, antihypertensive, neurodegenerative and other types of activity.В обзоре систематизированы литературные данные по методам синтеза 4-фосфорилированных 1,3-азолов (оксазолов, тиазолов, селеназолов, имидазолов), а также их химические и биологические свойства. Для синтеза 4-фосфорилированных производных имидазола используют, как правило, металлированные производные имидазола и галогениды фосфора, электронообогащенные имидазолы и галогениды фосфора в пиридине в присутствии триэтиламина или реакции кросс-сочетания галогенимидазолов и диалкилфосфитов в присутствии палладиевого катализатора. Для синтеза 4-фосфорилированных 1,3-азолов широкое применение получили ациклические фосфорсодержащие реагенты: 1-фосфорилированные производные 2-хлор- и 2,2-дихлорэтениламидов, аминометилфосфонаты и их трифенилфосфониевые аналоги, β-кетофосфонаты, фосфорилированные α-галогенкарбонильные соединения. Химические свойства фосфорилированных азолов представлены реакциями модификации фосфорного остатка, модификацией других заместителей и азольного цикла, а также реакциями с раскрытием азольного цикла. Последние являются наиболее интересными, так как дают возможность провести реакции рециклизации, а также синтезировать важный класс органических соединений - фосфорилированные пептидомиметики. Благодаря систематическому исследованию производных 1,3-азолов последние 30 лет было показано, что по крайней мере один фрагмент 1,3-азольного цикла входит в состав широкого ряда как простых, так и сложных природных молекул и синтетических лекарственных средств. Для 4-фосфорилированных производных 1,3-азолов характерна инсектоакарицидная, антибластическая, сахароснижающая, антиэкссудативная, антигипертензивная, нейродегенеративная и другие виды активности.В огляді систематизовані літературні дані щодо методів синтезу 4-фосфорильованих 1,3-азолів (оксазолів, тіазолів, селеназолів, імідазолів), а також їх хімічних та біологічних властивостей. Для синтезу 4-фосфорильованих похідних імідазолу використовують, як правило, метальовані похідні імідазолу та галогеніди фосфору, електронозбагачені імідазоли та галогеніди фосфору у піридині у присутності триетиламіну, або реакції крос-сполучення галогеноімідазолів та діалкілфосфітів у присутності паладієвого каталізатора. Для синтезу 4-фосфорильованих 1,3-азолів набули широкого використання ациклічні фосфоровмісні реагенти, зокрема, 1-фосфорильовані похідні 2-хлоро- та 2,2-дихлороетеніламідів, амінометилфосфонати та їх трифенілфосфонієві аналоги, β-кетофосфонати, фосфорильовані α-галогенокарбонільні сполуки. Хімічні властивості фосфорильованих азолів представлені реакціями модифікації фосфорильного залишку, модифікацією інших замісників та азольного циклу, а також реакціями з розкриттям азольного циклу. Останні є найбільш цікавими, так як дають можливість провести реакції рециклізації, а також синтезувати важливий клас органічних сполук – фосфорильовані пептидоміметики. Завдяки систематичному дослідженню похідних 1,3-азолу останні 30 років було показано, що принаймні один фрагмент 1,3-азольного циклу входить до складу широкого ряду як простих, так і складних природних молекул та синтетичних лікарських засобів. Для синтетичних похідних 1,3-азолів характерна інсектоакарицидна, антибластична, цукрознижувальна, антиексудативна, антигіпертензивна, нейродегенеративна та інші види активності

Інгібітори ацетилхолінестерази з тіазолієвим скафолдом: структурні особливості і способи зв’язування

Aim. To assess the structural features of substituents and the role of a thiazolium scaffold in mechanisms of acetylcholinesterase inhibition by thiazolium salts.Results and discussion. On the basis of activities of model compounds at pH 6.5 and pH 8.0 and the results of molecular docking the binding modes of quaternized derivatives of 5-(2-hydroxyethyl)-4-methylthiazole with different substituents in position 3 and 5 were analyzed. The presence of (N)3-benzyl substituent provides the inhibitor fixation in the catalytic anionic site, whereas acyl fragments of substituents in position 5 are situated in the peripheral anionic site. Logarithms of ІС50 values of the thiazolium inhibitors, except for the compounds containing O-acyl carbocyclic groups, linearly depend on the calculated docking energies in case of a thiazolium, ion as well as a neutral tetrahedral intermediate of the thiazolium ring opening.Experimental part. Thiazolium salts were synthesized by the known methods. The activity of acetylcholinesterase was studied by Ellman’s method. Molecular docking to the active site of acetylcholinesterase was performed using an AutoDock 4.2 program.Conclusions. Structural fragments of substituents in positions 3 and 5 of the heterocyclic scaffold provide binding of the inhibitor in the catalytic anionic site and the peripheral anionic site of acetylcholinesterase, respectively. The heterocyclic scaffold can be bound to the enzyme as a thiazolium ion or a neutral tetrahedralintermediate of the ring opening reaction.Целью работы была оценка структурных особенностей заместителей и роли тиазолиевого скаффолда в механизмах ингибирования ацетилхолинэстеразы солями тиазолия.Результаты и их обсуждение. На основании активности при рН 6,5 и рН 8,0 и согласно результатов молекулярного докинга проанализированы способы связывания ацетилхолинэстеразой кватернизированных производных 5-(2-гидроксиэтил)-4-метилтиазола с различными заместителями в положениях 3 и 5. Наличие (N)3-бензильного заместителя обеспечивает лучшее закрепление ингибитора в каталитическом анионном сайте, тогда как ацильные фрагменты заместителей в положении 5 располагаются в области периферического анионного сайта. Логарифмы значений ІС50, за исключением соединений с О-ацильными карбоциклическими группами, линейно зависят от рассчитанных энергий докинга как в случае тиазолиевого иона, так и в случае нейтрального тетраэдрического интермедиата раскрытия тиазолиевого цикла.Экспериментальная часть. Соли тиазолия синтезированы известными методами. Активность ацетилхолинэстеразы определяли по методу Эллмана. Молекулярный докинг в область активного центра ацетилхолинэстеразы выполнен с использованием программы AutoDock 4.2.Выводы. Структурные фрагменты заместителей в положениях 3 и 5 гетероциклического скаффолда обеспечивают связывание ингибитора в области каталитического и периферического сайтов ацетилхолинэстеразы, соответственно. Гетероциклический скаффолд может быть связан в форме тиазолиевого иона илив форме нейтрального тетраэдрического интермедиата раскрытия тиазолиевого цикла.Метою роботи була оцінка структурних особливостей замісників і ролі тіазолієвого скафолду у механізмах інгібування ацетилхолінестерази солями тіазолію.Результати та їх обговорення. На основі активності при рН 6,5 і рН 8,0 та за результатами молекулярного докінгу проаналізовані способи зв’язування ацетилхолінестеразою кватернізованих похідних 5-(2-гідроксіетил)-4-метилтіазолу з різними замісниками в положеннях 3 і 5. Наявність N(3)-бензильного замісника забезпечує найкраще закріплення інгібітора в каталітичному аніонному сайті, тоді як ацильні фрагменти замісників у положенні 5 розташовуються в області периферичного аніонного сайту. Логарифми значень ІС50, за виключенням сполук з О-ацильними карбоциклічними групами, лінійно залежать від розрахованих енергій докінгу як у випадку тіазолієвого іону, так і у разі нейтрального тетраедричного інтермедіату розкриття тіазолієвого циклу.Експериментальна частина. Солі тіазолію синтезовані відомими методами. Активність ацетилхолінестерази визначали за методом Елмана. Молекулярний докінг у область активного центру ацетилхолінестерази здійснено з використанням програми AutoDock 4.2.Висновки. Структурні фрагменти замісників у положеннях 3 і 5 гетероциклічного скафолду забезпечують зв’язування інгібітора в області каталітичного і периферичного аніонних сайтів ацетилхолінестерази, відповідно. Гетероциклічний скафолд може бути зв’язаний у формі тіазолієвого іона або у формі нейтраль-ного тетраедричного інтермедіату розкриття тіазолієвого циклу