Разработка и синтез лантанидных меток, основанных на производных диэтилентриаминпентауксусной кислоты

Актуальность

Одна из важнейших проблем современной фармацевтики – поиск новых эффективных лекарств. В частности, одна из более узких проблем, стоящих перед исследователями – изучение систем молекула-белок. Одним из способов, позволяющих изучать такие комплексы, является биологический ЯМР – ядерный магнитный резонанс в биологических системах.

Цель работы: разработать подход к получению нового класса лантанидных спиновых меток, основанных на производных диэтилентриаминпентауксусной кислоты.

Содержание работы

Одним из недавно введённых в мировую практику подходов к изучению биомакромолекул методами спектроскопии ЯМР является использование парамагнитных спиновых меток − органических молекул, содержащих неспаренный электрон и способных связываться с другими молекулами. Введение метки в определённое положение молекулы белка приводит к парамагнитному усилению релаксации (PRE) − многократному возрастанию скорости релаксации атомов, расположенных в радиусе до десятков ангстрем от спиновой метки. Кроме того, ионы некоторых лантанидов вызывают псевдоконтактный сдвиг (PCS) − изменение химических сдвигов окружающих атомов, причём направление и величина PCS различаются для каждого конкретного лантанида. Эти два эффекта позволяют использовать спиновые метки для ЯМР-скрининга − мониторинга связывания лигандов с белками с помощью спектроскопии ЯМР-1H, а также для изучения их структуры методами гетероядерной 2D-спектроскопии ЯМР. В частности, метод ЯМР-скрининга SLAPSTIC (Spin Labels Attached to Protein Side chains as a Tool to identify Interacting Compounds), основанный на применении спиновых меток, позволяет определить в смеси молекулы, способные связываться с белком. Также введение спиновых меток позволяет определять ценную структурную информацию о белке с помощью изучения 2D ЯМР-спектров этой молекулы до и после введения метки. Настоящая работа посвящена синтезу новых лантанидных парамагнитных комплексов на основе ДТПА (диэтилентриаминпентауксусной кислоты). Синтезировано несколько новых спиновых меток, представляющих собой модификации молекулы ДТПА фрагментами, способными специфично связываться с остатками лизина и цистеина. Схема синтезов приведена на рис. 1. Ключевым промежуточным соединением в синтезе предлагаемых нами спиновых меток является соединение (4-проп-2-инил)-1,1,7,7-тетра-(карбоксиметил)-1,4,7-триазагептан (Ppg-DTPA). Данное вещество содержит тройную связь, легко подвергающуюся функционализации с помощью азид-алкинового циклоприсоединения, протекающего с высокой скоростью и количественными выходами. Такой подход представляется очень удобным в связи с возможностью дальнейшего синтеза широкого круга разнообразных спиновых меток.

1. Предложено соединение, производное ДТПА, которое может быть использовано в качестве спиновой метки в экспериментах по ЯМР-скринингу и в структурных исследованиях биомакромолекул методом спектроскопии ЯМР.
2. Разработан вариант синтеза предложенного соединения, основанный на использовании клик-реакции.
3. Проведён синтез производного ДТПА.
4. Получены комплексы производных ДТПА с ионами лантанидов (Gd​^3+​, Eu​³⁺и Tb​^3+​). Образование комплексов подтвердили по эффектам PCS и PRE на спектрах ЯМР.
5. Продемонстрирована эффективность полученной спиновой метки для ЯМР-скрининга на модельной системе человеческий сывороточный альбумин – глюкоза – триптофан.

В ходе работы получено и выделено в чистом виде 9 соединений, 6 из которых синтезированы и охарактеризованы впервые. Структуры всех полученных соединений подтвердили методами спектроскопии ​1​Н-ЯМР, ​13​С-ЯМР и 2D-ЯМР