Спосіб визначення альфа1-адреноблокуючої активності похідних арилпіперазину

Спосіб визначення альфа1-адреноблокуючої активності похідних арилпіперазину, що здійснюють шляхом проведення квантовофармакологічних досліджень, який відрізняється тим, що за допомогою комп'ютерної програми розраховують набір квантово-хімічних дескрипторів та обчислюють афінітет даних сполук до альфа1адренорецепторів. (19) (21) u200913462 (22) 24.12.2009 (24) 10.03.2010 (46) 10.03.2010, Бюл.№ 5, 2010 р. (72) НЕБЕСНА ТЕТЯНА ЮРІЇВНА, ЧЕКМАН ІВАН СЕРГІЙОВИЧ, КАЗАКОВА ОЛЬГА ОЛЕКСАНДРІВНА, БАБІЧ ПАВЛО МИХАЙЛОВИЧ (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ МЕДИЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ О.О. БОГОМОЛЬЦЯ 3 48423 Переваги цього способу: математична модель, що застосовується при заявленому способі визначення альфа1-адреноблокуючої активності похідних арилпіперазину, інформативно і адекватно описує досліджувану залежність, є стійкою відносно структури рівняння регресії та його коефіцієнтів. Використання комп'ютерного прогнозу забезпечує високу інформативність, швидкість, дозволяє зна 4 чно зменшити кількість досліджень на тваринах та їх вартість. Спосіб здійснювався таким чином: розраховують квантово-хімічні, топологічні, елементарні та інші молекулярні дескриптори [1, 5, 6] 19 арилпіперазинів, загальна структура яких показана на Фіг.1. В таблиці 1 наведено перелік радикалів в молекулах арилпіперазинів та показники їх адреноблокуючої активності [16]. Таблиця 1 Перелік радикалів в молекулах apил піперазинів та їх показники їх адреноблокуючої активності № 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. Ароматичний радикал - Аr 4-піридин 2-фуран 2-фуран 2-фуран 2-окси-2Н-хромен 2-окси-2Н-хромен 2-окси-2Н-хромен 3-піридин 4-піридин 2-фуран 2-бензофуран 3-піридин 2-фуран 2-бензофуран 4-піридин 4-піридин 3-піридин 4-піридин 2-бензофуран Радикал - R 2,4-диметил 5-хлоро-2-метокси 3-метокси 4-метокси 2-метокси 5-хлоро-2-метокси 4-метокси 4-метил 4-метил 4-метил 4-метил 2,4-диметил 2,4-диметил 2,4-диметил 4-метокси 2-метокси 5-хлоро-2-метокси 5-хлоро-2-метокси 5-хлоро-2-метокси рА2* 7,07 8,56 8,56 7,85 7,71 7,31 7,74 6,53 6,5 6,47 6,92 5,94 7,72 7,36 5,95 7,91 5,56 7,18 5,63 * - рА2 - від'ємний логарифм молярної концентрації антагоніста, необхідної для зменшення сили реакції досліджуваного органа на дію агоніста вдвічі Оптимізацію геометрії досліджених молекул проводили напівемпіричним методом РМ3 у газовій фазі та водному розчині з використанням сольватаційної моделі SM5.42 (програмний пакет GAMESOL, версія 3.1) [15]. Енергетичні й електронні параметри досліджуваних сполук отримані у неемпіричному базисі 6-31G(d). Вільну енергію сольватації молекул розраховували на підставі їх геометрії в газовій фазі ΔGs(R)=ΔGЕР+GСDS, де ΔGEP=ΔEE+GP, де ΔGEP - електростатичний компонент ΔGs, що розраховується методом самоузгодженого поля (СУП) і дозволяє врахувати вплив розчинника на електронну хвильову функцію, ΔΕΕ - енергія деформації молекули. Друга компонента GCDS вільної енергії сольватації відображає специфічні ефекти, які пов'язано з першою сольватною оболонкою: GCDS Ak k, k де Аk - доступна поверхня атома k (залежить від просторової геометрії розчину і розраховується за аналітичним алгоритмом, описаним в [11]); і k - атомарний поверхневий натяг k (також функція просторової геометрії розчину і набору параметрів розчинника). Для опису розчинів використовують наступні параметри, які одержані з експериментальних даних [18]: n - показник заломлення при Τ=293К, кислотність водневого зв'язку за Абрахамом, β основність водневого зв'язку за Абрахамом, = m/ °, где m - макроскопічний поверхневий натяг -1 -2 на межі рідина - повітря, °=1 кал·моль ·А , ε діелектрична стала, - ароматичність (частка ароматичних атомів С), ψ - електронегативність галогеновмісних розчинників (частка атомів F, СІ, Вr). Оптимізація геометрії в розчині дає рівноважну геометрію розчинених молекул Re(I): ΔGs=G(l,Re(I))-G(g,Re(g))=E(l,Re(I))+GP(Re(I))+ +GCDS (Re(I))-E(g,Re(g)), де індекси l і g відповідають рідкій і газовій фазі, a Re. - рівноважна геометрія системи. Сольватаційну модель SM5.42 детально описано в [11]. Енергії молекулярних орбіталей розраховано методом DFT [13] (теорія функціоналу густини) (B3LYP/6-31G(d,p)). Було використано трипараме 5 тровий гібридний функціонал Беке на базі кореляційного функціонала Лі, Янга, Парра (B3LYP) [8]. Електростатичний потенціал розраховано методом HF (Хартрі-Фока) у неемпіричному базисі 631G(d,p) (програмний пакет GAMESS) [10]. Афінність сполук до сайтів зв'язування сивороточного альбуміну плазми людини розраховували за допомогою програми q-Albumin. Всього для 19 похідних арилпіперазину розраховано значення 64 молекулярних дескрипторів. Їх перелік наведено в таблиці 2. Для статистичного аналізу даних застосовано регресійний аналіз за допомогою програмного засобу ПЗ ПРІАМ [2] (Планування, Регресія та Аналіз Моделей). Аналіз нормальності залишків та побудову статистичних графіків було здійснено з використанням програм SPSS 13.0 та MS Excel. Методика проведення зазначеного аналізу детально описана в [3]. У зв'язку з тим, що значення незалежних змінних (квантово-фармакологічних параметрів молекул) є певною мірою закорельованими, то з метою одержання стійкого як відносно структури, так і відносно коефіцієнтів, рівняння регресії в процесі аналізу проведено перетворення вихідних даних (незалежних змінних) - ортогоналізація та нормування. Ортогоналізацію (а також усі інші процедури) було виконано за допомогою ПЗ ПРІАМ з використанням ортогональних поліномів Чебишева. Максимальну степінь поліномів Чебишева обмежено степенем 2. Нормування головних ефектів проводилося таким чином, щоб сума квадратів по стовпчику матриці вихідних даних дорівнювала кількості дослідів (тобто сполук). В результаті проведених досліджень одержано математичну модель (1) у вигляді поліному (багаточлену): Υ=7,14773+0,665025z62+0,978762z250,870575x23+0,971445z58+0,959196x160,883256x19+0,937153x70,310777z31+0,368731x35+0,433565z23-0,314298x21 (модель 1) де: х7=0,219133*(Х7-4,65903); z7=28,1952*((x7Λ2)+0,950873*х7-0,0476832); х16=1,62148*(Х16+0,229778); Λ z16=6,14632*((x16 2)-0,893022*х16-0,0503403); х19=2,01406*(Х19+0,180346); z19=4,43015*((х19Λ2)-0,819023*х19-0,0582282); х21=34,6719*(Х21+0,107798); Λ z21=1,19644*((х21 2)-0,0741103*х21-0,238301); х23=119,879*(Х23+0,615254); Λ z23=1,49087*((х23 2)-0,129048*х23-0,200201); х25=106,753*(Х25+0,125569); z25=1,851*((х25Λ2)+0,163424*х25-0,296327); х31=44,4061*(Х31+14,6958); z31=2,21186*((х31Λ2)-0,360023*х31-0,187869); х35=15,7878*(Х35+14,7201); z35=4,01451*((х35Λ2)-0,617565*х35-0,185779); х58=0,323529*(Х58-15,9091); Λ z58=1,50848*((х58 2)-0,204729*х58-0,132353); х62=0,251716*(Х62-3,97273); Λ z62=2,73026*((х62 2)+0,556597*x62-0,0771382); В таблиці 2 наведено перелік дескрипторів, які включили до математичної моделі (1). 48423 6 Таблиця 2 Відповідність молекулярних дескрипторів їх позначенням у моделі (1) № п/п Позначення дескриптора 1. Х7 2. 3. 4. 5. 6. Х16 Х19 Х21 Х23 Х25 7. Х31 8. Х35 9. Х58 10. Х62 Дескриптор Дипольний момент молекули по осі z Молекулярна маса 6 Заряд на атомі вуглецю С 8 Заряд на атомі вуглецю С Заряд на атомі азоту Ν10 Заряд на атомі вуглецю С12 Електростатичний потенціал 1 на атомі вуглецю С Електростатичний потенціал 5 на атомі вуглецю С Топологічний діаметр молекули pKd зв'язування з альбуміном Таким чином, на підставі проведеного регресійного аналізу встановлено, що існує багатофакторна функціональна залежність сили зв'язування похідних арилпіперазинів з альфарадренорецепторами від наступних показників: pKd зв'язування з альбуміном, заряди на атомах азоту N10, вуглецю С12, вуглецю С6, вуглецю С8, значення електростатичного потенціалу на атомах вуглецю С1, вуглецю С5, а також дипольний момент, молекулярна маса, топологічний діаметр молекул. Одержана шляхом регресійного аналізу багатофакторна математична модель (1) інформативно і адекватно описує досліджувану залежність. Модель є стійкою відносно структури рівняння регресії та його коефіцієнтів. Комплексний аналіз якості одержаної математичної моделі дозволяє зробити висновок щодо можливості її застосування при комп'ютерному моделюванні для скринінгу нових альфа1адреноблокаторів в класі арилпіперазинів. Джерела інформації: 1. Застосування методу QSAR в токсикології / Л.С Бобкова, І.С Чекман, О.П. Яворовський [та ін.] // Сучасні проблеми токсикології. - 2008. - №2. С.78-86. 2. Лапач С.Η. Статистика в науке и бизнесе / Лапач С.Н., Чубенко А.В., Бабич П.Н. - Киев: МОРИОН, 2002. - 640с. 3. Лапач С.Н. Статистические методы в медико-биологических исследованиях с использованием Excel / Лапач С.Н., Чубенко А.В., Бабич П.Н. Киев: МОРИОН, 2000. - 320с. 4. Чекман I.С. Залежність між альфа1Аадреноблокувальною активністю та квантовохімічними показниками похідних апорфіну / І.С. Чекман, Т.Ю. Небесна, П.М. Бабіч // Доповіді Національної академії наук України. - 2008. - Т. 5. - С. 192 — 196. 5. Чекман І.С. Квантово-хімічні та топологічні дескриптори в дослідженнях залежності «структура-активність» (огляд літератури та власних досліджень) / І.С. Чекман, О.О. Казакова, Т.Ю. Небесна // Журнал Академії Медичних Наук України. 2008. - Т.14, №4. - С.636-649. 7 48423 6. Чекман І.С. Методи комп'ютерних розрахунків у квантовій фармакології / І.С. Чекман, О.О. Казакова, Т.Ю. Небесна // Фармакологія та лікарська токсикологія. - 2008. - №1. - С.48-57. 7. An [alpha]-adrenergic blocker titrated by selfmeasured blood pressure recordings lowered blood pressure and microalbuminuria in patients with morning hypertension: the Japan Morning Surge-1 Study / Kario K., Matsui Y., Shibasaki S. [et al.] // J. Hypertension. - 2008. - Vol.26, №6. - P.1257-126. 8. Becke A.D. Density-functional thermochemistry. III. The role of exact exchange / A.D. Becke // J. Chem. Phys. - 1993. - Vol.98, №18. P.5648-5661. 9. Doxazosin induces apoptosis of cells + expressing hERG K channels / D. Thomas, R. Bloehs, R. Koschny [et al.] // Eur. J. Pharmacol. 2008. - Vol.579, №1-3. - P.98-103. 10. General atomic and molecular electronic structure system / M.W. Schmidt, К.К. Baldridge, J.A. Boatz [et al.] // J. Computational Chem. - 2004. Vol.14, №11. - P.1347-1363. 11. Improved Methods for Semiempirical Solvation Models / D.A. Liotard, G.D. Hawkins, G.С Lynch [et al.] // J. Comput. Chem. - 1995. - Vol.16, №2. - P.422-440. 12. Interaction of arylpiperazines with the dopamine receptor D2 binding site / V. Sukalovic, M. Zlatovic, D. Andric [et al.] // Arzneimittel-Forschung. 2005. - Vol.55, №3. - P.145-152. Комп’ютерна верстка О. Рябко 8 13. Kohn W. Self-Consistent Equations Including Exchange and Correlation Effects / W. Kohn, L.J. Sham//Phys.Rev. - 1965. - Vol.140, №4. - P.11331145. 14. Lepor H. Role of alpha-adrenergic blockers in the treatment of benign prostatic hyperplasia / H. Lepor // The Prostate. - 2006. - Vol.17, №3. - P.75-84. 15. Li J. Application of a universal solvation model to nucleic acid bases: comparison of semiempirical molecular orbital theory, ab initio Hartree-Fock theory, and density functional theory / J. Li, C. Cramer, D.G. Truhlar // Biophysical Chemistry. 1999. - Vol.78. - P.147-155. 16. Li M. Pharmacophore-based design, synthesis, biological evaluation, and 3D-QSAR studies of aryl-piperazines as а1-adrenoceptor antagonists / M. Li, H. Fang, L. Xia // Bioorg. Med. Chem. Let. - 2005. - Vol.15. - P.3216-3219 17. Synthesis and pharmacological evaluation of new arylpiperazines N-[4-[4-(aryl) piperazine-l-yl]phenyl]-amine derivatives: putative role of 5-HT1A receptors / M. Khatri, S.K. Rai, S. Alam // Bioorg. Med. Chem. - 2009. - Vol.1, №17 (5). - P.1890-1897. 18. Universal Solvation Model for the Quantum Mechanical Calculation of Free Energies of Solvation in Non-Aqueous Solvents / D.J. Giesen, G.D. Hawkins, D.A. Liotard [et al.] // Theoretical Chemistry Accounts - 1997. - Vol.98, №1. - P.85-109. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП ―Український інститут промислової власності‖, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601