ИСТИНА

В настоящее время проникающие катионы широко применяются для создания митохондриально-направленных соединений. Для этого биологически важные молекулы посредством липофильного линкера ковалентно пришиваются к различным катионам, при этом чаще всего используется додецилтрифенилфосфоний (C12TPP) [1]. Оказалось, что додецил является оптимальным линкером для проявления активности большинства таких соединений на биологических объектах. Нами ранее было показано, что C12TPP хорошо сорбируется на поверхности модельных бислойных липидных мембран (БЛМ) в отличие от тетрафенилфосфония. Это позволяет определить константы скорости трансмембранной диффузии (ki) таких соединений с помощью метода измерения релаксации электрического тока БЛМ после прикладывания напряжения. Поскольку проникновение липофильных катионов через гидрофобный слой липидной мембраны зачастую является лимитирующей стадией процесса их накопления в клетках и митохондриях, мы синтезировали ряд аналогов C12TPP с различными заместителями в фенильном кольце для выявления наиболее проникающих аналогов. Оказалось, что введение одного метильного заместителя в пара положении фенильного кольца значительно ускоряет процесс флип-флопа проникающего катиона. Увеличение количества метильных групп привело к дальнейшему ускорению проникновения катиона. С другой стороны, галогенирование замедлило проникновение катиона через гидрофобный слой, что противоположно действию галогеновых заместителей в липофильных анионах. Ранее Рональд Бенц методом скачка заряда показал [2], что замены водорода в молекуле тетрафенилбората на фтор и хлор в пара положении фенильного кольца приводят к увеличению константы скорости флип-флопа на несколько порядков. Галогенирование другого липофильного аниона дикарболлида кобальта также приводило к значительному ускорению процесса проникновения иона через БЛМ. Авторы предположили, что это ускорение связано с увеличением размера иона, в результате чего происходит уменьшение энергетического барьера процесса перехода с одного на другой монослой липидной мембраны. Однако этот вывод нельзя сделать для аналогов липофильного катиона C12TPP. Например, введение метильной группы в пара положении увеличивает константу скорости флип-флопа приблизительно в 30 раз, а введение метоксигруппы в этом же месте увеличивает лишь в 2.5 раза. Можно предположить, что при модификации C12TPP происходит изменение гидрофобности катионов, и этот параметр определяет скорость их флип-флопа. Коэффициент распределения в октанол-воде изучаемых катионов был определен методом, основанном на корреляции этой величины с временем удерживания соединения в обращенно-фазной высокоэффективной жидкостной хроматографии. Оказалось, что для некоторых аналогов увеличение гидрофобности коррелирует с увеличением ki, однако полного соответствия не наблюдается. С помощью теории функционала плотности и модели поляризуемого континуума для растворителя мы рассчитали энергии сольватации аналогов метилтрифенилфосфония и метилтрифенилбората. Следует отметить, что хорошая корреляция наблюдается между разницей свободных энергий сольватации ионов в воде и октане и величиной центрального барьера свободной энергии в липидной мембране, которая была вычислена из экспериментальных данных. По-видимому, именно взаимодействие липофильных ионов с молекулами воды в основном определяет их способность проникать через липидные мембраны. Таким образом, мы показали, что для улучшения скорости флип-флопа липофильных катионов через липидные мембраны необходимо заместить один или несколько водородов в фенильном кольце метильными группами. Можно предположить, что конъюгаты с такими аналогами C12TPP будут проявлять более высокую активность на биологических моделях. 1. Zielonka J. et al. Mitochondria-targeted triphenylphosphonium-based compounds: syntheses, mechanisms of action, and therapeutic and diagnostic applications // Chem Rev. 2017. Vol.117, P.10043. 2. Benz R. Structural requirement for the rapid movement of charged molecules across membranes. Experiments with tetraphenylborate analogues // Biophys J. 1988. Vol.54, P.25.