Email this article Search for new antitumor compounds among n-glycoside indolo[2,3-a]carbazole derivatives
- Authors: Kiseleva M.P.1, Smirnova Z.S1, Borisova L.M1, Kubasova I.Y.1, Ektova L.V1, Miniker T.D1, Plikhtiak I.L1, Medvedeva L.A1, Eremina V.A1, Tikhonova N.I1
-
Affiliations:
- N.N. Blokhin Russian Cancer Research Center
- Issue: Vol 20, No 1 (2015)
- Pages: 33-37
- Section: Articles
- URL: https://rjonco.com/1028-9984/article/view/40133
- DOI: https://doi.org/10.17816/onco40133
Cite item
Full Text
Abstract
The study investigated antitumor activity of 10 new compounds in the series of N-glycosides of indolo[2,3-a] carbazoles. The results identified strong antitumor activity of compounds LCS-1208, LCS -1054, LCS -999 and LCS-1006 against lymphocytic leukemia P-388 (ILS=85 - 119%). Glycosides LCS-1208, LCS-999 and LCS-1006 exhibited high antitumor activity immediately after treatment for Lewis epidermoid lung carcinoma LLC (TGI =90%). In addition, the antitumor effect after LCS-999 and LCS-1006 treatment kept on for 10 days, and LCS-1208 - for 15 days. Glycoside LCS-1208 had a therapeutic efficiency on melanoma B-16 for 7 days (TGI=91 - 58%). Thus, the study of relation «structure-activity» in a series of derivatives of N-glycosides of indolo[2,3-a]carbazoles allowed to select highly effective compound LCS-1208 for preclinical studies.
Full Text
На современном этапе развития онкологии химиотерапия является одним из компонентов комплексного лечения злокачественных новообразований и применяется в сочетании с оперативным лечением, лучевой терапией, иммунотерапией и рядом новых методов лечения: фотодинамической терапией, ан- тиангиогенной терапией. Основными недостатками большинства препаратов, используемых в химиотерапии опухолевых заболеваний, являются отсутствие избирательности действия и возникновение устойчивости опухолевых клеток к ним. В связи с этим актуально создание новых противоопухолевых препаратов, направленно действующих на опухолевые клетки-мишени [1-3]. Среди химических соединений природного и синтетического происхождения можно выделить класс производных N-гликозидов индоло[2,3-а]карбазолов, которые проявляют различные виды биологической активности, в том числе противоопухолевую. Известно, что производные индолокарбазола обладают сильным ингибирующим действием в отношении циклин- зависимых киназ, протеинкиназы С и тирозинкиназы, а также способны эффективно подавлять топоизоме- разу I, которая принимает участие в процессах транскрипции, репликации и репарации ДНК [4-6]. Первыми соединениями из класса индолокарбазо- лов, которые обладали противоопухолевой активностью, были природные антибиотики - ребеккамицин и стауроспорин. В связи с плохой растворимостью ребеккамицина синтезировано его водорастворимое производное бекатекарин. В настоящее время за рубежом бекатекарин проходит I-II фазу клинических испытаний в монотерапии и при комбинированном лечении немелкоклеточного и мелкоклеточного рака лeгкого, рака молочной железы, рака почки, нейро- бластомы, колоректального рака, рака яичника, рака тонкой кишки, лейкозов, лимфом. Синтетическим путем также получен препарат эдотекарин. Клинические исследования эдотекарина проводятся при лечении глиобластомы (в комбинации с темозоломи- дом или ломустином), при распространенном раке желудка, рецидивирующем после ранее проведенной химиотерапии [7-9]. Другие производные индолокарбазолов - синтетические аналоги стауроспорина - энцестаурин, цефалон, UCN-01 и NB-506 также проходят клинические исследования за рубежом и внедряются в клиническую практику. Так, препарат Мидостаурин успешно применяется для лечения миелобластного лейкоза и желудочно-кишечных стромальных опухолей, устойчивых к иматинибу [10, 11]. В лаборатории химического синтеза ФГБНУ «РОНЦ им. Н.Н.Блохина» разработан оригинальный метод синтеза N-гликозидов индоло[2,3-а]кар- базолов, который позволяет получать аналоги с заданными заместителями в гетероциклической части молекулы (агликоне) и/или различными углеводными остатками. Проведение сравнительной оценки их цитотоксической активности in vitro и противоопухолевых свойств in vivo позволяет выявить наиболее активные соединения [12]. Цель настоящей работы - изучение противоопухолевой активности 10 новых синтезированных соединений в ряду N-гликозидов индоло[2,3-д]кар- базолов на перевиваемых опухолях мышей и отбор наиболее активного по противоопухолевому эффекту соединения. Материал и методы Работа проведена на мышах-гибридах первого поколения BDF1 (C57Bl/6j x DBA/2) обоего пола, массой 18-25 г. Животных получали из отдела лабораторных животных ФГБНУ «РОНЦ им. Н.Н.Блохина» и питомника «Столбовая» РАМН и содержали на стандартном брикетном полнорационном кормлении. Для оценки противоопухолевой активности использовали перевиваемые опухоли с генерализованным процессом роста - лимфоцитарную лейкемию Р388 и солидным - эпидермоидную карциному легкого Льюис (LLC) и меланому В-16 [13]. Лимфоцитарную лейкемию Р-388 перевивали мышам гибридам первого поколения BDF1 внутри- брюшинно асцитной жидкостью по 0,3 мл, содержащей 1П06 опухолевых клеток при разведении асцита в среде 199 [14]. Эпидермоидную карциному легкого Льюис и меланому В-16 перевивали мышам-гибридам первого поколения BDF1 подкожно в область правой подмышечной впадины по 0,5 мл опухолевой взвеси в среде 199 в разведении 1:10, что составляет приблизительно 50 мг опухолевой массы [14]. Лечение начинали через 24 ч после перевивки Р-388 и через 48 ч после перевивки солидных опухолей. Изучена противоопухолевая активность 10 соединений - производных N-гликозидов индоло[2,3-а] Gly Z Рис. 1. Общая формула производных индолокарбазола. Y карбазолов, имеющих общую химическую формулу (рис. 1). 1. 6-амино-12-(а^-арабинопиранозил)индоло[2,3-а] пирроло[3,4-с]карбазол-5,7-дион y - NH2, х1 = х2^, z-H; Gly - арабиноза ЛхС - 1208 2. 6-[2-морфолиноэтил]-12-(а^-арабинопира- нозил)индоло[2,3-а]пирроло [3,4-с]карбазол-5,7-дион y - СН2СН2^Ш2)4О, х1 = х2-^ z-H; Gly - арабиноза ЛхС - 1054 3. 13-метил-12-(а^-арабинопиранозил)9-бромин- доло[2,3-а]пирроло[3,4-с] карбазол-5,7-дион y - Н, х!-Бг, х2-Й, z-CH3; Gly - арабиноза ЛхС - 1007 4. 6-(2-диэтиламиноэтил)-12-ф^-галактопира- нозил)индоло[2,3-а]пирроло[3,4-с] карбазол-5,7-дион y - СтСШ^^Н^, х1 = х2-^ z-Н; Gly - галактоза лхс - 1098 5. 6-(2-диэтиламиноэтил)-12-(Р^-ксилопира- нозил)индоло[2,3-а]пирроло[3,4-с] карбазол-5,7-дион y - СН2СН2N(C2Н5)2 х1 = х2^, z-H; Gly - ксилоза лхс - 1040 6. 13-метил-12-(p-D-ксилопиранозил)индоло[2,3-а] пирроло[3,4-с]карбазол-5,7-дион y - H, х1 = х2^, z-CH3; Gly - ксилоза ЛхС - 976 7. 12-(р^-галактопиранозил)индоло[2,3-а]пир- роло[3,4-с]карбазол-5,7-дион х1= х2^, y- H, z-Н; Gly - галактоза ЛхС - 999 8. 12-(а^-арабинопиранозил)индоло[2,3-а]пирроло [3,4-с]карбазол-5,7-дион х1 = х2^, y - H, z-Н; Gly - арабиноза ЛхС - 1006 9. 12-ф^-рибопиранозил)индоло[2,3-а]пирроло [3,4-с]карбазол-5,7-дион х1 = х2^, y- H, z-Н; Gly - рибоза ЛхС - 985 10. 12- (p-D -ксилопиранозил)индоло[2,3-а]пирроло [3,4-с]карбазол-5,7-дион 1 = х2^, y- H, z-Н; Gly - ксилоза ЛхС - 983 Все соединения, использованные в работе, нерастворимы в воде. Их растворяли в диметилсульфок- сиде (ДМСО) и разводили физиологическим раствором до 10% концентрации ДМСО. Соединения изучали в широком диапазоне доз от 10 мг/кг до 150 мг/кг при ежедневном внутрибрю- шинном введении в течение 5 дней. Соединения вводили в терапевтических дозах, установленных в предварительных исследованиях. Группы формировали с учетом получения статистически достоверных результатов: контрольная группа состояла из 10-12 мышей, опытные группы из 6-8 животных. 140-1 1208 1054 1007 1098 1040 976 999 1006 985 983 ЛХС Рис. 2. Противоопухолевая активность производных N-глико- зидов индоло [2,3-а] карбазолов на Р-388 По оси абсцисс - соединения ЛХС; по оси ординат - УПЖ, % - увеличение продолжительности жизни опытных животных в сравнении с контрольными в %. * - достоверно по отношению к контролю (р < 0,05). 1208 1054 1007 1098 1040 976 999 1006 985 983 ЛХС Рис. 3. Противоопухолевая активность производных N-гликозидов индоло[2,3-а] карбазолов на LLC непосредственно после лечения. Здесь и на рис. 4: по оси абсцисс - соединения ЛХС; по оси ординат - ТРО, % - торможение роста опухолей у опытных животных по сравнению с контрольными в %. * - достоверно по отношению к контролю (р < 0,05). Критериями оценки противоопухолевого эффекта служили: торможение роста опухолей и увеличение продолжительности жизни опытных мышей по сравнению с контрольными животными. Торможение роста опухоли (ТРО, %) Сначала вычисляли объем (V) опухоли путем произведения трех максимальных взаимно перпендикулярных размеров опухолевого узла (длина L, ширина S, высота H) у каждого животного, а затем вычисляли средний объем опухоли в группе. Измерение объема опухолей начинали после окончания лечения, а затем проводили каждые 4-5 дней. Торможение роста опухоли вычисляли по формуле: ТРО (%) = (V к - ^)/ Vк • 100, где Vк - средний объем опухолей в контрольной группе (в мм3), Vо - средний объем опухолей в опытной группе (в мм3). Увеличение продолжительности жизни (УПЖ, %). Увеличение продолжительности жизни вычисляли после гибели всех животных в опыте по формуле: УПЖ (%) = (СПЖо - СПЖк)/СПЖк • 100, где СПЖк - средняя продолжительность жизни животных в контрольной группе (в днях) СПЖо - средняя продолжительность жизни животных в опытной группе (в днях) Минимальные критерии активности - торможение роста опухоли > 50%, увеличение продолжительности жизни > 25%. Статистическую обработку полученных результатов проводили по методу Фишера-Стьюдента. Различия между сравниваемыми группами считались статистически достоверными при р < 0,05. Результаты и обсуждение Исследования показали, что на Р-388 выраженным противоопухолевым эффектом обладали соединения ЛХС-1208, ЛХС-1054 и ЛХС-999 (рис. 2). Так, ежедневное внутрибрюшинное введение в течение 5 дней ЛХС-1208 и ЛХС-1054 в дозе 100 мг/кг, а также ЛХС-999 в дозе 150 мг/кг увеличивало продолжительность жизни опытных мышей по сравнению с контрольными животными на 119, 119 и 115%, соответственно. Соединения ЛХС-1006, ЛХС-983 в дозе 50 мг/кг и ЛХС-985 в дозе 25 мг/кг проявили противоопухолевую активность, которая соответствует рекомендуемому критерию эффективности для исследуемого соединения: УПЖ составляло 85, 101 и 90% соответственно. Соединения ЛХС-1007, ЛХС-1098, ЛХС-1040 и ЛХС-976 в терапевтических дозах 30, 10, 25 и 50 мг/ кг показали противоопухолевую активность, близкую к минимальному критерию эффективности: УПЖ = 34, 39, 39 и 37% соответственно. Данные, представленные на рисунке 3, показали, что на эпидермоидной карциноме легких LLC соединения ЛХС-1208, ЛХС-999 и ЛХС-1006 в терапевтических дозах 100, 125 и 50 мг/кг соответственно, проявили высокий противоопухолевый эффект непосредственно после окончания лечения (ТРО = 90%). Высокая противоопухолевая активность исследуемых соединений наблюдалась еще в течение 7 дней: ТРО = 90-70%. В то же время длительность противоопухолевого эффекта ЛХС-1208 сохранялась статистически значимой до 15-го дня: торможение роста опухолей (ТРО) составляло 58% (табл. 1). Соединения ЛХС-1098, ЛХС-1040, ЛХС-976 и ЛХС-985 в терапевтических дозах 25, 50, 10 и 25 мг/ кг, соответственно, проявили кратковременное противоопухолевое действие только непосредственно Таблица 1 Длительность противоопухолевого эффекта производных N-гли- козидов индоло[2,3-а]карбазолов при внутрибрюшинном введении на LLC Соединение Доза (мг/кг)/ч • число введений ТРО, % (дни после окончания лечения) УПЖ, % 1 7 10 15 20 24 ЛхС-1208 100/24 • 5 90* 88* 61* 58* 45 30 7 ЛхС-999 125/24 • 5 90* 77* 62* 48 45 40 4 ЛхС-1006 50/24 • 5 90* 70* 54* 37 33 44 11 Примечание. * - достоверно по отношению к контролю (р < 0,05). 1208 1054 1007 1098 1040 976 999 1006 985 983 ЛХС Рис. 4. Противоопухолевая активность производных N-глико- зидов индоло[2,3-а] карбазолов на меланоме В-16 непосредственно после лечения. Таблица 2 Длительность противоопухолевого эффекта производных N-гликозидов индоло[2,3-а] карбазолов при внутрибрюшинном введении на меланоме B-16 Соединение Доза (мг/кг)/ч • число введений ТРО, % (дни после окончания лечения) УПЖ, % 1 7 10 15 20 ЛхС-1208 100/24 • 5 91* 58* 11 - - 5 ЛхС-999 125/24 • 5 34 7 +22 +14 +1 17 ЛхС-1006 50/24 • 5 46 35 20 - - 6 Примечание. * - достоверно по отношению к контролю, р < 0,05; знак + означает увеличение размеров опухолей у опытных мышей по сравнению с контрольными животными. после окончания лечения: ТРО составляло 67, 59, 68 и 56%. Соединения ЛХС-1054, ЛХС-1007 и ЛХС-983 в терапевтических дозах 100, 40 и 25 мг/кг на карциноме легких LLC проявили противоопухолевую активность, но ниже минимального критерия эффективности: ТРО = 49, 48 и 33% соответственно (см. рис. 3). Как видно на рис. 4, на меланоме В-16 соединения ЛХС-1054, ЛХС-1007, ЛХС-1098, ЛХС-976, ЛХС-985 и ЛХС-983 в терапевтических дозах 75, 40, 25, 10, 50 и 10 соответственно проявили высокий, но кратковременный противоопухолевый эффект: ТРО = 84-53%. Только соединение ЛХС-1208 в терапевтической дозе 100 мг/кг оказалось наиболее активным в противоопухолевом отношении и вызывало ТРО равное 91% непосредственно после окончания лечения. Однако высокий противоопухолевый эффект к 7-му дню наблюдения снижался до 58% (табл. 2). В табл. 2 показано, что противоопухолевое действие соединений ЛХС-999 в дозе 125 мг/кг и ЛХС- 1006 в дозе 50 мг/кг - высокоэффективных дозах на Р-388 и LLC, оказалось на меланоме В-16 ниже минимального критерия активности: ТРО = 34 и 46%, соответственно. Заключение В результате первичного отбора in vivo как наиболее активные в противоопухолевом отношении отобраны соединения ЛХС-1208, ЛХС-999 и ЛХС-1006. Проведенные исследования показали, что соединение ЛХС-1208 обладает высоким противоопухолевым действием в отношении Р-388 (УПЖ = 119%). Высокая противоопухолевая активность соединения ЛХС-1208 выявлена также на солидных опухолях, особенно непосредственно после окончания лечения: ТРО составляет 90%. Терапевтический эффект соединения сохраняется на карциноме LLC в течение 15 дней, а на меланоме В-16 в течение 7 дней. Соединение ЛХС-999 проявляет высокий противоопухолевый эффект на Р-388 (УПЖ = 115%) и на LLC непосредственно после окончания лечения (ТРО = 90%). Противоопухолевый эффект сохраняется статистически значимым до 10 дня наблюдения (ТРО = 62%). Соединение ЛХС-1006 является эффективным в отношении Р-388 (УПЖ=85%). На LLC высокая терапевтическая эффективность соединения наблюдается непосредственно после окончания лечения (ТРО = 90%) и сохраняется в течение 10 дней (ТРО = 54%). На меланоме В-16 соединения ЛХС-999 и ЛХС- 1006 не проявляют противоопухолевого действия. Таким образом, высокая противоопухолевая активность соединения ЛХС-1208 на лимфоцитарной лейкемии Р-388, эпидермоидной карциноме легких LLC и его терапевтическое преимущество перед соединениями ЛХС-999 и ЛХС-1006 в отношении меланомы В-16 дают основание отобрать ЛХС-1208 для доклинических исследований. ЛИТЕРАТУРА×
About the authors
Marina P. Kiseleva
N.N. Blokhin Russian Cancer Research Center
Email: marina-kiselyova@mail.ru
MD 115478, Moscow, Russian Federation
Z. S Smirnova
N.N. Blokhin Russian Cancer Research Center115478, Moscow, Russian Federation
L. M Borisova
N.N. Blokhin Russian Cancer Research Center115478, Moscow, Russian Federation
I. Yu Kubasova
N.N. Blokhin Russian Cancer Research Center115478, Moscow, Russian Federation
L. V Ektova
N.N. Blokhin Russian Cancer Research Center115478, Moscow, Russian Federation
T. D Miniker
N.N. Blokhin Russian Cancer Research Center115478, Moscow, Russian Federation
I. L Plikhtiak
N.N. Blokhin Russian Cancer Research Center115478, Moscow, Russian Federation
L. A Medvedeva
N.N. Blokhin Russian Cancer Research Center115478, Moscow, Russian Federation
V. A Eremina
N.N. Blokhin Russian Cancer Research Center115478, Moscow, Russian Federation
N. I Tikhonova
N.N. Blokhin Russian Cancer Research Center115478, Moscow, Russian Federation
References
- Shtil A.A. Signal transduction pathways and transcriptional mechanisms as targets for prevention of emergence of multidrug resistance in human cancer cells (invited review). Cur. Drug Targets. 2001; 2: 57-77.
- Bridges J.A. Chemical inhibitors of protein kinases. Chem. Rev. 2001; 101: 2541-71.
- Sordet O., Khan Q.A., Kohn K.W., Pommier Y. Apoptosis induced by topoisomerase inhibitors. Curr. Med. Chem. Anticancer Agents. 2003; 3 (4): 271-90.
- Pindur U., Kim Y-S., Meharbani F. Advances in indolo 2,3-a. carbazole chemistry: design and synthesis of protein kinase C and topoisomerase I inhibitors. Cur. Med. Chem. 1999; 6: 29-68.
- Kleinschrot J., Hartenstein J., Rudolf C., Schachtele C. Novel indolocarbazole protein kinase C inhibitors with improved biochemical and physicochemical properties. Bio-org. Med. Chem. Lett. 1995; 5: 55-60.
- Meng L.-H., Liao Z.-Y., Pommier Y. Non-camptothecin DNK topoisomerase I inhibitors in cancer therapy. Curr. Top. Med. Chem. 2003; 3 (3): 305-20.
- Bush J.A., Long B.H., Catino J.J., Bradner W.T. Production and biological activity of rebeccamycin, a novel antitumor agent. J. Antibiot. 1987; 40: 668-78.
- Yoshinari T., Yamada A., Uemura D., Nomura K., Arakawa H., Kojiri K. et al. Induction of topoisomerase I mediated DNA cleavage by a new indolocarbazole ED-1101. Cancer Res. 1993; 53: 490-4.
- Schwandt A., Mekhail T., Halmos B. et al. Phase-II trial of rebeccamycin analog, a dual topoisomerase-I and -II inhibitor, in relapsed “sensitive» small cell lung cancer. J. Thorac. Oncol. 2012; 7(4): 751-4.
- Prudhomme M. Biological targets of antitumor indolocarbazoles bearing a sugar moiety. Curr. Med. Chem. Anti-cancer Agents. 2004; 4: 509-21.
- Колс Ян. Применение Мидостаурина для лечения желудочно-кишечных стромальных опухолей. Патент РФ № 2410098, 2011.
- Мельник С.Я. Синтез и изучение гликозидов, производных бисиндола и родственных индоло[2,3-а]карбазолов. В кн.: Давыдов М.И., Барышников А.Ю., ред. В кн.: Экспериментальная онкология на рубеже веков. М.; 2003: 281-93.
- Методические рекомендации по доклиническому изучению противоопухолевой активности лекарственных средств. В кн. Руководство по проведению доклинических исследований лекарственных средств. Часть первая. М.: Гриф и К.; 2012: 642-56.
- Софьина З.П., Сыркин А.Б. (СССР), Голдин А., Кляйн А. (США), ред. Экспериментальная оценка противоопухолевых препаратов в СССР и США. М.: Медицина; 1979.
