Кирилл Владимирович Тимощук, aспирант, ассистент, специалист
190013; 197022; Санкт-Петербург
Kirill V. Timoshchuk, PhD Student, Assistant, Specialist
190013; 197022; Saint Petersburg
Иван Сергеевич Чернов, аспирант
197022; Санкт-Петербург
Ivan S. Chernov, PhD Student
197022; Saint Petersburg
Ольга Сергеевна Шемчук, научный сотрудник, специалист
197022; 197758; Санкт-Петербург
sc 57203429632
Olga S. Shemchuk, Scientific Researcher, Specialist
197022; 197758; Saint Petersburg
sc 57203429632
Александра Владимировна Протас, кандидат химических наук, доцент
197022; Санкт-Петербург
Aleksandra V. Protas, PhD (Chemistry), Associate Professor
197022; Saint Petersburg
Ольга Владиславовна Миколайчук, кандидат химических наук, старший научный сотрудник
197758; Санкт-Петербург
sc 57200216315
Olga V. Mikolaichuk, PhD (Chemistry), Senior Researcher
197758; Saint Petersburg
sc 57200216315
Елена Александровна Попова, доктор химических наук, доцент, профессор
197022; Санкт-Петербург
Elena A. Popova, D.Sc. (Chemistry), Associate Professor, Professor
197022; Saint Petersburg
Олег Евгеньевич Молчанов, доктор медицинских наук, руководитель отдела
197758; Санкт-Петербург
Oleg E. Molchanov, D.Sc., (Medicine), Head of Department
197758; Saint Petersburg
Дмитрий Николаевич Майстренко, доктор медицинских наук, директор
197758; Санкт-Петербург
Dmitrii N. Maistrenko, D.Sc., (Medicine), Director
197758; Saint Petersburg
Введение. На сегодняшний день лекарственная противоопухолевая терапия представлена тремя направлениями: химиотерапия, таргетная терапия и иммуннотерапия. Химиотерапия является неспецифическим лечением, в котором используются химические вещества, препятствующие пролиферации клеток, воздействующие на клеточную дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) или рибонуклеиновую кислоту и клеточный метаболизм, что способствует уничтожению всех делящихся клеток. Шестичленное гетероциклическое кольцо — некоторые производные 1,3,5-триазина встречаются в научных публикациях в качестве алкилирующих ДНК-агентов все чаще. Одно из таких производных триазина, N-(2-(2-(2-азидоэтокси)этокси)этил)-4,6-ди(азиридин-1-ил)-1,3,5-триазин-2-амин, полученное на кафедре общей и биоорганической химии ПСПбГМУ им. акад. И. П. Павлова, было синтезировано, а его структура оптимизирована с использованием метода теории функционала плотности Density Functional Theory (DFT), функционала B3LYP и базисного набора 6-31G. Теоретически полученные спектральные характеристики были подтверждены практическими результатами с высокой степенью сходимости.
Метод. В настоящей работе квантово-химические расчеты проводились на разных уровнях DFT с использованием программного пакета ORCA. Структура N-(2-(2-(2-азидоэтокси)этокси)этил)-4,6-ди(азиридин-1-ил)-1,3,5-триазин-2-амина была оптимизирована с применением функционала B3LYP с использованием базисного набора 6-31G. Спектры ядерного магнитного резонанса 1H и 13C (DМСО-d6) зарегистрированы на приборе Bruker 300 Avance на частотах 400 и 100 МГц соответственно.
Основные результаты. На первом этапе компьютерного моделирования рассчитана электронная структура молекулы с помощью метода DFT и произведена оптимизация геометрии. Расчет производился в наборе 6-31G с функционалом B3LYP и учетом поляризации растворителя (воды) с относительной диэлектрической постоянной 78,54. Заряды на атомахоценивались по схеме Малликена. Значения энергий для молекулы составило для HOMO: –6,279 эВ, LUMO: –1,147 эВ. Оптимизированная структура была стабильна, а распределение зарядов на атомах позволяет сделать вывод о наличии трех возможных конформациях N-(2-(2-(2-азидоэтокси)этокси)этил)-4,6-ди(азиридин-1-ил)-1,3,5-триазин-2-амина. На следующем этапе для расчетов с периодическими граничными условиями 20 исследуемых молекул и примерно 1,3·105 молекул воды были помещены в кубическую коробку со сторонами 16 нм; расстояние между молекулами N-(2-(2-(2-азидоэтокси)этокси)этил)-4,6-ди(азиридин-1-ил)-1,3,5-триазин-2-амина составляло не менее 3 нм, расстояние от молекулы до стенки — не менее 1,5 нм. Использовалось силовое поле для системы OPLS-AA/M; время моделирования составляло 200 нс с шагом 1 фс. Далее в пакете GROMACS 2023 в ансамбле NVT с термостатом Берендсена и баростатом в течение 400 пс с шагом по времени 0,1 фс при температуре T = 298,15 К и давлении P = 100 кПа проводили сольватацию системы, минимизацию энергии и уравновешивание. Показано, что при проведении динамики на ассоциацию данные молекулы не образуют агрегатов в водном растворе.
Обсуждение. В работе описаны синтез и характеристика N-(2-(2-(2-азидоэтокси)этокси)этил)-4,6-ди(азиридин-1-ил)-1,3,5-триазин-2-амина спектроскопическими методами. Результаты проведенных исследований молекулярного докинга, согласуются с противоопухолевой активностью in vitro, которая показала, что соединение проявляет максимальную эффективность и показывают приблизительные значения энергии связывания в диапазоне от –1,034 до –4,578 ккал/моль. Показано, что N-(2-(2-(2-азидоэтокси)этокси)этил)-4,6-ди(азиридин-1-ил)-1,3,5-триазин-2-амин обладает высоким сродством к сывороточному альбумину, что указывает на его потенциал для распределения в сыворотке.
Currently, antitumor drug therapy is represented by three directions: chemotherapy, targeted therapy and immunotherapy. Chemotherapy is a non-specific treatment that uses chemicals that inhibit cell proliferation, affect cellular DNA or RNA and cellular metabolism which contributes to the destruction of all dividing cells. Six-membered heterocyclic ring — 1,3,5-triazine and its derivatives are increasingly found in the literature as DNA alkylating agents. One of such triazine derivatives, N-(2-(2-(2-(2-azidoethoxy)ethoxy)ethyl)-4,6-di(aziridin-1-yl)-1,3,5-triazin-2-amine, previously obtained in our research group, was characterized, and its structure was optimized using the Density Functional Theory (DFT) method, B3LYP functional and 6-31G basis set. The theoretically obtained spectral characteristics were confirmed by practical results with a high degree of convergence. In this work, quantum chemical calculations were performed at different DFT levels using the ORCA software package. The structure of N-(2-(2-(2-azidoethoxy)ethoxy)ethyl)-4,6-di(aziridin-1-yl)-1,3,5-triazin-2-amine was optimized using the B3LYP functional with the 6-31G basis set. 1H and 13C (DMSO-d6) Nuclear Magnetic Resonance spectra were recorded on a Bruker 300 Avance instrument at frequencies of 400.0 and 100.0 MHz, respectively. At the first stage of computer modeling, the electronic structure of the molecule was calculated using the DFT method and the geometry was optimized. The calculation was performed in the 6-31G basis set with the B3LYP functional and taking into account the polarization of the solvent (water) with a relative permittivity of 78.54. The charges on the atoms were estimated using the Mulliken scheme. The energy values (eV) for the molecule are: HOMO: –6.279, LUMO: –1.147. The optimized structure was stable, and the charge distribution on the atoms allows us to conclude that there are three possible conformations of N-(2-(2-(2-azidoethoxy)ethoxy)ethyl)-4,6-di(aziridin-1-yl)-1,3,5-triazin-2-amine. In the next step, for calculations with periodic boundary conditions, 20 studied molecules and approximately 1.3·105 water molecules were placed in a cubic box with sides of 16 nm; the distance between N-(2-(2-(2-azidoethoxy)ethoxy)ethyl)-4,6-di(aziridin-1-yl)-1,3,5-triazin-2-amine molecules was at least 3 nm, and the distance from the molecule to the wall was at least 1.5 nm. The force field for the OPLS-AA/M system was used; the simulation time was 200 ns with a step of 1 fs. Then, in the GROMACS 2023 package in the NVT ensemble with a Berendsen thermostat and a barostat for 400 ps with a time step of 0.1 fs under the condition at temperature T = 298.15 K and pressure P = 100 kPa, solvation of the system, energy minimization and equilibration were carried out. It is shown that when performing the dynamics of association, these molecules do not form aggregates in an aqueous solution. In this work, the synthesis and characterization of N-(2-(2-(2-(2-azidoethoxy)ethoxy)ethyl)-4,6-di(aziridin-1-yl)-1,3,5-triazin-2-amine by spectroscopic methods are described. The results of the molecular docking studies are consistent with the in vitro antitumor activity which showed that the compound exhibits maximum efficiency and show approximate binding energies in the range from –1.034 to –4.578 kcal·mol–1 N-(2-(2-(2-(2-azidoethoxy)ethoxy)ethyl)-4,6-di(aziridin-1-yl)-1,3,5-triazin-2-amine has been demonstrated to have a high affinity for serum albumin, indicating its potential for serum distribution.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.