safetyriskБезопасность и риск фармакотерапииSafety and Risk of Pharmacotherapy2312-78212619-1164Federal State Budgetary Institution ‘Scientific Centre for Expert Evaluation of Medicinal Products’ of the Ministry of Health of the Russian Federation (FSBI ‘SCEEMP’)10.30895/2312-7821-2023-11-2-341safetyrisk-341Research ArticleГЛАВНАЯ ТЕМА: ОТ ИССЛЕДОВАНИЙ IN VITRO К IN VIVO И КЛИНИЧЕСКИМ ИССЛЕДОВАНИЯМMAIN TOPIC: FROM IN VITRO EXPERIMENTS TO IN VIVO AND CLINICAL STUDIESПроизводные тиурониевых солей на основе вицинальных диаминов как потенциальные нейропротекторыThiouronium Salt Derivatives Based on Vicinal Diamines as Potential Neuroprotectorshttps://orcid.org/0000-0003-2518-3694ЛозинскаяН. А.LozinskayaN. A.

Лозинская Наталья Александровна, канд. хим. наук

Ленинские горы, д. 1, стр. 3, Москва, 119991; Северный проезд, д. 1, Московская область, г. Черноголовка, 142432

Natalia A. Lozinskaya, Cand. Sci. (Med.)

1/3 Leninskie Gory, Moscow 119991; 1 Severny Dr., Chernogolovka, Moscow Region 142432

natalylozinskaya@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5428-4641МорозовА. А.MorozovA. A.

Морозов Алексей Андреевич

Ленинские горы, д. 1, стр. 3, Москва, 119991

Alexey A. Morozov

1/3 Leninskie Gory, Moscow 119991

lexsusmoroz@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-9525-3275БазановД. Р.BazanovD. R.

Базанов Даниил Романович

Ленинские горы, д. 1, стр. 3, Москва, 119991

Daniil R. Bazanov

1/3 Leninskie Gory, Moscow 119991

daniil_bazanov@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5489-3866МилаеваЕ. Р.MilaevaE. R.

Милаева Елена Рудольфовна, д-р хим. наук, профессор

Ленинские горы, д. 1, стр. 3, Москва, 119991; Северный проезд, д. 1, Московская область, г. Черноголовка, 142432

Elena R. Milaeva, Dr. Sci. (Chem.), Professor

1/3 Leninskie Gory, Moscow 119991; 1 Severny Dr., Chernogolovka, Moscow Region 142432

milaeva@org.chem.msu.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3006-6281АрешидзеД. А.AreshidzeD. A.

Арешидзе Давид Александрович, канд. биол. наук

ул. Цюрупы, д. 3, Москва, 117418

David A. Areshidze, Cand. Sci. (Biol)

3 Tsyurupa St., Moscow 117418

labcelpat@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5960-3680ШевцовП. Н.ShevtsovP. N.

Шевцов Павел Николаевич, канд. мед. наук

Северный проезд, д. 1, Московская область, г. Черноголовка, 142432

Pavel N. Shevtsov, Cand. Sci. (Med.)

1 Severny Dr., Chernogolovka, Moscow Region 142432

shevt@dio.ruПетроваЛ. Н.PetrovaL. N.

Петрова Людмила Николаевна

Северный проезд, д. 1, Московская область, г. Черноголовка, 142432

Ludmila N. Petrova

1 Severny Dr., Chernogolovka, Moscow Region 142432

plv@chph.ras.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2887-1185ШевцоваЕ. Ф.ShevtsovaE. F.

Шевцова Елена Феофановна, д-р хим. наук

Северный проезд, д. 1, Московская область, г. Черноголовка, 142432

Elena F. Shevtsova, Dr. Sci. (Chem.)

1 Severny Dr., Chernogolovka, Moscow Region 142432

e.f.shevtsova@gmail.comФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»; Институт физиологически активных веществ Федерального государственного бюджетного учреждения науки «Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии Российской академии наук» (ИФАВ РАН)РоссияM.V. Lomonosov Moscow State University; Institute of Physiologically Active Compounds at Federal Research Center of Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry, Russian Academy of Sciences (IPAC RAS)Russian FederationФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»РоссияM.V. Lomonosov Moscow State UniversityRussian FederationНаучно-исследовательский институт морфологии человека имени академика А.П. Авцына Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Российский научный центр хирургии имени академика Б.В. Петровского»РоссияAvtsyn Research Institute of Human Morphology of Federal State Budgetary Scientific Institution “Petrovsky National Research Centre of Surgery”Russian FederationИнститут физиологически активных веществ Федерального государственного бюджетного учреждения науки «Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии Российской академии наук» (ИФАВ РАН)РоссияInstitute of Physiologically Active Compounds at Federal Research Center of Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry, Russian Academy of Sciences (IPAC RAS)Russian Federation202320022023112165175Copyright © Лозинская Н.А., Морозов А.А., Базанов Д.Р., Милаева Е.Р., Арешидзе Д.А., Шевцов П.Н., Петрова Л.Н., Шевцова Е.Ф., 20232023Лозинская Н.А., Морозов А.А., Базанов Д.Р., Милаева Е.Р., Арешидзе Д.А., Шевцов П.Н., Петрова Л.Н., Шевцова Е.Ф.Lozinskaya N.A., Morozov A.A., Bazanov D.R., Milaeva E.R., Areshidze D.A., Shevtsov P.N., Petrova L.N., Shevtsova E.F.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.risksafety.ru/jour/article/view/341

Применяемые в клинической практике лекарственные средства для лечения нейродегенеративных заболеваний, в частности болезни Альцгеймера, в основном обладают компенсаторным усиливающим нейротрансмиттерный сигнал механизмом действия. Поиск новых препаратов, сочетающих когнитивно-стимулирующий, нейропротекторный и болезнь-специфический эффекты благодаря мультитаргетному механизму действия, в частности включающему предотвращение глутамат-индуцированного захвата кальция нейронами и стабилизацию микротрубочек, представляется актуальной задачей.

Цель работы

Цель работы: поиск потенциальных лекарственных средств с нейропротекторным и корректирующим таупатию потенциалом в ряду новых тиурониевых солей на основе вицинальных диаминов.

Материалы и методы

Материалы и методы: изучена способность тиурониевых солей, новых производных тиомочевин, блокировать глутамат-индуцированный захват 45Са2+ синаптосомами мозга крыс линии Wistar. Проведена оценка влияния новых соединений на полимеризацию препарата тубулина и микротубулоассоциированных белков из мозга мышей линии C57bl в присутствии гуанозинтрифосфата по специфическому изменению светопоглощения при 355 нм, вызванному образованием микротрубочек (внутриклеточных структур, входящих в состав цитоскелета). Структуру образовавшихся микротрубочек анализировали после негативного контрастирования с помощью просвечивающей электронной микроскопии. Определение IC50 новых соединений и статистическую обработку результатов проводили с помощью стандартных программ (Excel и PRIZM GraphPad 6.02).

Результаты

Результаты: разработан алгоритм скрининга ряда новых производных тиурониевых солей на основе вицинальных диаминов и проведено изучение их биологической активности в тестах по влиянию на глутамат-индуцированный захват кальция синаптосомами и на процессы сборки микротрубочек. Выявлены соединения, способные подавлять глутамат-индуцированный захват кальция синаптосомами, то есть обладающие нейропротекторным потенциалом. Для ряда новых соединений обнаружена способность стимулировать процессы ГТФ-зависимой сборки микротрубочек. Обнаружено соединение — гидробромид изопропил-N’-[2-(бензоиламино)-1,2-дифенилэтил]-N-этилимидотиокарбамата, — в присутствии которого наблюдается образование микротрубочек нормальной структуры, что делает его перспективной основой для дальнейшей структурной оптимизации. 

Most of the medicinal products that are currently approved and used in clinical practice for neurodegenerative diseases, in particular Alzheimer’s disease, have a compensatory mechanism of action that enhances neurotransmitter signalling. It is an urgent need to develop new medicinal products combining cognitive-enhancing, neuroprotective, and disease-specific effects resulting from a multi-target mechanism of action including, in particular, prevention of glutamate-induced neuronal calcium uptake and stabilisation of microtubules.

The aim of this study was to search for potentially neuroprotective and tauopathy-alleviating medicines amongst new thiouronium salt derivatives based on vicinal diamines.

Materials and methods

Materials and methods. The study investigated the ability of thiouronium salts to block glutamate-induced 45Ca2+ uptake by synaptosomes prepared from the brain of Wistar rats. The authors evaluated effects of these new compounds on polymerisation of a preparation of C57bl mouse brain tubulin and microtubule-associated proteins. The evaluation was carried out in the presence of guanosine triphosphate (GTP) and based on specific absorbance changes at 355 nm due to formation of microtubules. The authors analysed the structure of these microtubules, using negative staining followed by transmission electron microscopy. The IC50 determination and the statistical analysis were performed using standard software (Excel and PRISM 6.02).

Results

Results. The authors developed a screening algorithm for a number of new thiouronium salt derivatives based on vicinal diamines and studied biological activity of these derivatives by the effects on glutamate-induced calcium uptake by synaptosomes and on microtubule assembly processes. The authors identified compounds suppressing glutamate-induced calcium uptake by synaptosomes, i.e. compounds with neuroprotective potential. In addition, a number of new compounds were able to stimulate GTP-dependent microtubule assembly processes. The authors observed formation of microtubules with a normal structure in the presence of isopropyl-N’-[2-(benzoylamino)-1,2-diphenylethyl]-N-ethylimidothiocarbamate hydrobromide and considered the compound a promising scaffold for further optimisation.

Conclusions

Conclusions. Chemical modification of thiouronium salts is a promising direction for developing effective neuroprotectors and microtubule stabilisers. 

тиурониевые соливицинальные диаминымикротрубочкиэксайтотоксичностьнейропротекциятаупатияболезнь Альцгеймерадоклинические исследованияthiouronium saltsthioureavicinal diaminesmicrotubulesexcitotoxicityneuroprotectiontauopathyAlzheimer’s diseasepreclinical studiesРабота выполнена в рамках гранта РНФ № 22-13-00228.The study was carried out within the framework of the Russian Science Foundation’s grant No. 22-13-00228.ReferencesBinvignat O, Olloquequi J. Excitotoxicity as a target against neurodegenerative processes. Curr Pharm Des. 2020;26(12):1251–62. https://doi.org/10.2174/1381612826666200113162641Binvignat O, Olloquequi J. Excitotoxicity as a target against neurodegenerative processes. Curr Pharm Des. 2020;26(12):1251–62. https://doi.org/10.2174/1381612826666200113162641Bachurin SO, Bovina EV, Ustyugov AA. Current trends in the development of drugs for the treatment of Alzheimer’s disease and their clinical trials. Biomedical Chemistry: Research and Methods. 2018;1(3):e00015. https://doi.org/10.18097/BMCRM00015Bachurin SO, Bovina EV, Ustyugov AA. Current trends in the development of drugs for the treatment of Alzheimer’s disease and their clinical trials. Biomedical Chemistry: Research and Methods. 2018;1(3):e00015. https://doi.org/10.18097/BMCRM00015Tan CC, Zhang XY, Tan L, Yu JT. Tauopathies: mechanisms and therapeutic strategies. J Alzheimers Dis. 2018;61(2):487–508. https://doi.org/10.3233/JAD-170187Tan CC, Zhang XY, Tan L, Yu JT. Tauopathies: mechanisms and therapeutic strategies. J Alzheimers Dis. 2018;61(2):487–508. https://doi.org/10.3233/JAD-170187Valeeva FG, Karimova TR, Pavlov RV, Bakhtiyarov DI, Sapunova AS, Ivshin KA, et al. Introduction of isothiuronium surfactant series: synthesis, structure-dependent aggregation overview and biological activity. J Mol Liq. 2021;324(15):114721–31. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2020.114721Valeeva FG, Karimova TR, Pavlov RV, Bakhtiyarov DI, Sapunova AS, Ivshin KA, et al. Introduction of isothiuronium surfactant series: synthesis, structure-dependent aggregation overview and biological activity. J Mol Liq. 2021;324(15):114721–31. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2020.114721Jang D, Szabo C, Murrell GA. S-substituted isothioureas are potent inhibitors of nitric oxide biosynthesis in cartilage. Eur J Pharmacol. 1996;312(3):341–7. https://doi.org/10.1016/0014-2999(96)00369-XJang D, Szabo C, Murrell GA. S-substituted isothioureas are potent inhibitors of nitric oxide biosynthesis in cartilage. Eur J Pharmacol. 1996;312(3):341–7. https://doi.org/10.1016/0014-2999(96)00369-XKazimierczuk Z, Chalimoniuk M, Laudy AE, Moo-Puc R, Cedillo-Rivera R, Starosciak BJ, Chrapusta SJ. Synthesis and antimicrobial and nitric oxide synthase inhibitory activities of novel isothiourea derivatives. Arch Pharm Res. 2010;33(6):821–30. https://doi.org/10.1007/s12272-010-0604-8Kazimierczuk Z, Chalimoniuk M, Laudy AE, Moo-Puc R, Cedillo-Rivera R, Starosciak BJ, Chrapusta SJ. Synthesis and antimicrobial and nitric oxide synthase inhibitory activities of novel isothiourea derivatives. Arch Pharm Res. 2010;33(6):821–30. https://doi.org/10.1007/s12272-010-0604-8Galkina IV, Bakhtiyarov DI, Usupova LM, Gerasimov AV, Shulaeva MP, Pozdeev OK, et al. Antimic robial activity of novel isothiuronium salts with 7-chloro-4,6-dinitrobenzofuroxan-5-olate anion. Mendeleev Communications. 2021;31(3):365–7. https://doi.org/10.1016/j.mencom.2021.04.027Galkina IV, Bakhtiyarov DI, Usupova LM, Gerasimov AV, Shulaeva MP, Pozdeev OK, et al. Antimic robial activity of novel isothiuronium salts with 7-chloro-4,6-dinitrobenzofuroxan-5-olate anion. Mendeleev Communications. 2021;31(3):365–7. https://doi.org/10.1016/j.mencom.2021.04.027Ferreira M, Assunção LS, Silva AH, Filippin-Monteiro FB, Creczynski-Pasa TB, Sá MM. Allylic isothiouronium salts: the discovery of a novel class of thiourea analogues with antitumor activity. Eur J Med Chem. 2017;129:151–8. https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2017.02.013Ferreira M, Assunção LS, Silva AH, Filippin-Monteiro FB, Creczynski-Pasa TB, Sá MM. Allylic isothiouronium salts: the discovery of a novel class of thiourea analogues with antitumor activity. Eur J Med Chem. 2017;129:151–8. https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2017.02.013Sun J, Wang J, Ma L, Jiang T, Li X, Guo Q, Li X, Sui Z. Determination and pharmacokinetic study of isothiouronium-modified pyrimidine-substituted curcumin analog (1G), a novel antitumor agent, in rat plasma by liquid chromatography-tandem mass spectrometry. Artif Cells Nanomed Biotechnol. 2019;47(1):1505–12. https://doi.org/10.1080/21691401.2019.1602537Sun J, Wang J, Ma L, Jiang T, Li X, Guo Q, Li X, Sui Z. Determination and pharmacokinetic study of isothiouronium-modified pyrimidine-substituted curcumin analog (1G), a novel antitumor agent, in rat plasma by liquid chromatography-tandem mass spectrometry. Artif Cells Nanomed Biotechnol. 2019;47(1):1505–12. https://doi.org/10.1080/21691401.2019.1602537El-Henawy AA, Khowdiary MM, Badawi AB, Soliman HM. In vivo anti-leukemia, quantum chemical calculations and ADMET investigations of some quaternary and isothiouronium surfactants. Pharmaceuticals (Basel). 2013;6(5):634–49. https://doi.org/10.3390/ph6050634El-Henawy AA, Khowdiary MM, Badawi AB, Soliman HM. In vivo anti-leukemia, quantum chemical calculations and ADMET investigations of some quaternary and isothiouronium surfactants. Pharmaceuticals (Basel). 2013;6(5):634–49. https://doi.org/10.3390/ph6050634Li ZH, Ma JL, Liu GZ, Zhang XH, Qin TT, Ren WH, et al. [1,2,3]Triazolo[4,5-d]pyrimidine derivatives incorporating (thio)urea moiety as a novel scaffold for LSD1 inhibitors. Eur J Med Chem. 2020;187:111989. https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2019.111989Li ZH, Ma JL, Liu GZ, Zhang XH, Qin TT, Ren WH, et al. [1,2,3]Triazolo[4,5-d]pyrimidine derivatives incorporating (thio)urea moiety as a novel scaffold for LSD1 inhibitors. Eur J Med Chem. 2020;187:111989. https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2019.111989Fechner GA, Jacobs JJ, Parsons PG. Inhibition of melanogenesis in human melanoma cells by novel analogues of the partial histamine (H2) agonist nordimaprit. Biochem Pharmacol. 1993;46(1):47–54. https://doi.org/10.1016/0006-2952(93)90346-xFechner GA, Jacobs JJ, Parsons PG. Inhibition of melanogenesis in human melanoma cells by novel analogues of the partial histamine (H2) agonist nordimaprit. Biochem Pharmacol. 1993;46(1):47–54. https://doi.org/10.1016/0006-2952(93)90346-xBarnes JC, Brown JD, Clarke NP, Clapham J, Evans DJ, O’Shaughnessy CT. Pharmacological activity of VUF 9153, an isothiourea histamine H3 receptor antagonist. Eur J Pharmacol. 1993;250(1):147–52. https://doi.org/10.1016/0014-2999(93)90632-RBarnes JC, Brown JD, Clarke NP, Clapham J, Evans DJ, O’Shaughnessy CT. Pharmacological activity of VUF 9153, an isothiourea histamine H3 receptor antagonist. Eur J Pharmacol. 1993;250(1):147–52. https://doi.org/10.1016/0014-2999(93)90632-RIwamoto T, Watano T, Shigekawa M. A novel isothiourea derivative selectively inhibits the reverse mode of Na + /Ca 2+ exchange in cells expressing NCX1. J Biol Chem. 1996;271(37):22391–7. https://doi.org/10.1074/jbc.271.37.22391Iwamoto T, Watano T, Shigekawa M. A novel isothiourea derivative selectively inhibits the reverse mode of Na + /Ca 2+ exchange in cells expressing NCX1. J Biol Chem. 1996;271(37):22391–7. https://doi.org/10.1074/jbc.271.37.22391Watano T, Kimura J, Morita T, Nakanishi H. A novel antagonist, No. 7943, of the Na + /Ca 2+ exchange current in guinea-pig cardiac ventricular cells. Br J Pharmacol. 1996;119(3):555–63. https://doi.org/10.1111/j.1476-5381.1996.tb15708.xWatano T, Kimura J, Morita T, Nakanishi H. A novel antagonist, No. 7943, of the Na + /Ca 2+ exchange current in guinea-pig cardiac ventricular cells. Br J Pharmacol. 1996;119(3):555–63. https://doi.org/10.1111/j.1476-5381.1996.tb15708.xПрошин АН, Григорьев ВВ, Тихонова ИГ, Палюлин ВА, Бачурин СО. Тетразамещенные соли изотиурония как мультитаргетные соединения, действующие на NMDA- и АМРА-рецепторы мозга. Известия Академии наук. Серия химическая. 2015;(9):2189–94. https://doi.org/10.1007/s11172-015-1137-6Proshin AN, Grigor’ev VV, Tikhonova IG, Palyulin VA, Bachurin SO. Tetrasubstituted thiuronium salts as multitarget compounds affecting brain NMDA and AMPA receptors. Russ Chem Bull. 2015;64(9):2189–94. https://doi.org/10.1007/s11172-015-1137-6Proskurnina MV, Lozinskaya NA, Tkachenko SE, Zefirov NS. Reaction of aromatic aldehydes with ammonium acetate. Russian Journal of Organic Chemistry. 2002;38(8):1149–53. https://doi.org/10.1023/A:1020997325550Proskurnina MV, Lozinskaya NA, Tkachenko SE, Zefirov NS. Reaction of aromatic aldehydes with ammonium acetate. Russian Journal of Organic Chemistry. 2002;38(8):1149–53. https://doi.org/10.1023/A:1020997325550Hajós F. An improved method for the preparation of synaptosomal fractions in high purity. Brain Res. 1975;93(3):485–9. https://doi.org/10.1016/0006-8993(75)90186-9Hajós F. An improved method for the preparation of synaptosomal fractions in high purity. Brain Res. 1975;93(3):485–9. https://doi.org/10.1016/0006-8993(75)90186-9Petrova LN, Bachurin SO. Specificity of glutamate receptors in P 2 synaptosomal fraction from rat brain cortex. Bull Exp Biol Med. 2006;142(1):43–6. https://doi.org/10.1007/s10517-006-0287-9Petrova LN, Bachurin SO. Specificity of glutamate receptors in P 2 synaptosomal fraction from rat brain cortex. Bull Exp Biol Med. 2006;142(1):43–6. https://doi.org/10.1007/s10517-006-0287-9Bachurin SO, Makhaeva GF, Shevtsova EF, Aksinenko AY, Grigoriev VV, Shevtsov PN, et al. Conjugation of aminoadamantane and γ-carboline pharmacophores gives rise to unexpected properties of multifunctional ligands. Molecules. 2021;26(18):5527. https://doi.org/10.3390/molecules26185527Bachurin SO, Makhaeva GF, Shevtsova EF, Aksinenko AY, Grigoriev VV, Shevtsov PN, et al. Conjugation of aminoadamantane and γ-carboline pharmacophores gives rise to unexpected properties of multifunctional ligands. Molecules. 2021;26(18):5527. https://doi.org/10.3390/molecules26185527Shevtsov PN, Shevtsova EF, Burbaeva GSh, Bachurin SO. Effects of anti-Alzheimer drugs on phosphorylation and assembly of microtubules from brain microtubular proteins. Bull Exp Biol Med. 2014;156(6):768–72. https://doi.org/10.1007/s10517-014-2445-9Shevtsov PN, Shevtsova EF, Burbaeva GSh, Bachurin SO. Effects of anti-Alzheimer drugs on phosphorylation and assembly of microtubules from brain microtubular proteins. Bull Exp Biol Med. 2014;156(6):768–72. https://doi.org/10.1007/s10517-014-2445-9

The authors declare that there are no conflicts of interest present.