chemicallytechFine Chemical TechnologiesТонкие химические технологии2410-65932686-7575MIREA – Russian Technological University (RTU MIREA).10.32362/2410-6593-2017-12-4-58-64chemicallytech-105Research ArticleCHEMISTRY AND TECHNOLOGY OF MEDICINAL COMPOUNDS AND BIOLOGICALLY ACTIVE SUBSTANCESХИМИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ И БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ СОЕДИНЕНИЙMETHOD OF PREPARATIVE SYNTHESIS OF 8-OXO-2'-DEOXYGUANOSINE FOR LABORATORY USINGМЕТОД ПРЕПАРАТИВНОГО СИНТЕЗА 8-ОКСО-2’-ДЕЗОКСИГУАНОЗИНА ДЛЯ ЛАБОРАТОРНОГО ПРИМЕНЕНИЯМармийН. В.MarmiyN. V.

аспирант кафедры биоорганической химии Биологического факультета

117449, Россия, Москва, Ленинские горы, д. 1, cтр. 12

Moscow 117449, Russia

marmiynv@gmail.comЕсиповД. С.EsipovD. S.

кандидат химических наук, доцент кафедры биоорганической химии Биологического факультета

117449, Россия, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр 12

Moscow 117449, Russia

noemail@neicon.ruМосковский государственный университет им. М.В. ЛомоносоваРоссияM.V. Lomonosov Moscow State UniversityRussian Federation2017280820171245864Copyright © Marmiy N.V., Esipov D.S., 20172017Мармий Н.В., Есипов Д.С.Marmiy N.V., Esipov D.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.finechem-mirea.ru/jour/article/view/105

A preparative method for the synthesis of 8-oxo-2'-deoxyguanosine (8-oxo-dG) giving a high yield up to 80% and suitable for laboratory use is suggested. The urgency of the development of this method is associated with the need to obtain large quantities of 8-oxo-dG for the study of biological and pharmaceutical activity. Evidence of this need was obtained in the last decades, when the mechanisms of the interface of DNA repair with intracellular signaling through 8-oxo-dG were discovered and its anti-inflammatory and protective effects were revealed. The suggested method is based on the scheme used to prepare 8-oxo-dG-containing oligonucleotides, but has a number of important modifications. The use of N,N-dimethylformamide as a solvent makes it possible to increase the yield of the nucleophilic substitution reaction and avoid expensive and complicated further purification of silver acetate. Control of the reaction kinetics allows achieving the maximum yield and purity of the product. Alkaline hydrolysis, in contrast to ammonolysis, provides complete and rapid removal of acyl groups, and reversed-phase chromatography on silanized silica gel is an effective and inexpensive method of purification. Such a purification scheme minimizes contamination of the product with residual organic solvents, which is important for biological experiments. From the economic point of view, it is advantageous because of the absence of expensive solvents and the possibility of reusing the carrier. The method makes it possible to obtain pure 8-oxo-dG in preparative amounts and exceeds both its prototype and other existing techniques in the final output. Some intermediate compounds and significant methodological features of the reaction are described.

Предложен препаративный метод синтеза 8-оксо-2’-дезоксигуанозина (8-oxo-dG), дающий высокий, до 80%, выход и подходящий для лабораторного применения. Актуальность разработки этого метода связана с возникшей необходимостью получения больших количеств 8-oxo-dG для исследования биологической и фармацевтической активности. Свидетельства о наличии таковой были получены в последние десятилетия, когда были открыты механизмы сопряжения репарации ДНК с внутриклеточной сигнализацией через 8-oxo-dG и обнаружено его противовоспалительное и протекторное действие. Предложенный нами метод основывается на схеме, используемой для получения 8-oxo-dG-содержащих олигонуклеотидов, но имеет ряд важных модификаций. Использование N,N-диметилформамида в качестве растворителя позволяет увеличить выход реакции нуклеофильного замещения и обойтись без применения дорогостоящего и осложняющего дальнейшую очистку ацетата серебра. Контроль кинетики реакции позволяет добиться максимальных выхода и чистоты продукта. Щелочной гидролиз, в отличие от аммонолиза, обеспечивает полное и быстрое удаление ацильных групп, а обращенно-фазовая хроматография на силанизированном силикагеле является эффективным и недорогим методом очистки. Такая схема очистки сводит к минимуму загрязнение продукта остаточными органическими растворителями, что немаловажно для биологических экспериментов. С экономической точки зрения, она выгодна из-за отсутствия дорогостоящих растворителей и возможности многократного использования носителя. Метод позволяет получать чистый 8-oxo-dG в препаративных количествах и превышает по итоговому выходу как свой прототип, так и иные существующие методики. Описаны некоторые промежуточные соединения и значимые методические особенности проведения реакции.

синтезмодифицированные нуклеозиды8-оксо-2’-дезоксигуанозин8-oxo-dG8-oxo-2'-deoxyguanosine8-oxo-dGsynthesismodified nucleosidesReferencesLee S.F., Pervaiz S. Assessment of oxidative stressinduced DNA damage by immunoflourescent analysis of 8-oxo-dG // Methods Cell Biol. 2011. V. 103. P. 99-113.Lee S.F., Pervaiz S. Assessment of oxidative stressinduced DNA damage by immunoflourescent analysis of 8-oxo-dG // Methods Cell Biol. 2011. V. 103. P. 99–113.Невредимова Т.С., Мармий Н.В., Есипов Д.С. Есипова О.В., Швец В.И. 8-Оксо-2’-дезоксигуанозин - биомаркер окислительного стресса // Вестник МИТХТ. 2014. Т. 9. № 5. С. 3-10.Nevredimova T.S., Marmiy N.V., Esipov D.S. Esipova O.V., Shvets V.I. 8-Oxo-2'-deoxyguanosine – biomarker of oxidative stress // Vestnik MITHT (Fine Chem. Technol.). 2014. V. 9. № 5. P. 3–10. (in Russ.).Cheng K.C., Cahill D.S. 8-Hydroxyguanine, an abundant form of oxidative DNA damage, cause G-T and A-C substitutions // J. Biol.Chem. 1992. V. 267. № 1. P. 166-172.Cheng K.C., Cahill D.S. 8-Hydroxyguanine, an abundant form of oxidative DNA damage, cause G-T and A-C substitutions // J. Biol.Chem. 1992. V. 267. № 1. P. 166–172.Мармий Н.В., Невредимова Т.С., Есипов Д.С. Влияние мелатонина на образование 8-оксо-2'-дезоксигуанозина в условиях реакции Фентона // Тонкие химические технологии. 2015. Т. 10. № 1. С. 50-55.Marmiy N.V., Nevredimova T.S., Esipov D.S. Influence of melatonin on the formation of 8-oxo-2'- deoxyguanosine under the conditions of the Fenton reaction // Tonkie khimicheskie tekhnologii (Fine Chem. Technol.). 2015. V. 10. № 1. P. 50–55. (in Russ.).Мармий Н.В., Есипов Д.С. Биологическая роль 8-оксо-2'-дезоксигуанозина // Вестник Московского университета. Серия 16: Биология. 2015. № 4. С. 19-23.Marmiy N.V., Yesipov D.S. The biological role of 8-oxo-2'-deoxyguanosine // Bulletin of Moscow University. Series 16: Biology. 2015. № 4. P. 19–23.Kim D.H., Cho I.H., Kim H.S., Jung J.E., Kim J.E., Lee K.H., Park T., Yang Y.M., Seong S.Y., Ye S.K., Chung M.H. Anti-inflammatory effects of 8-hydroxydeoxyguanosine in LPS-induced microglia activation: suppression of STAT3-mediated intercellular adhesion molecule-1 expression // Exp. Mol. Med. 2006. V. 38. № 4. P. 417-427.Kim D.H., Cho I.H., Kim H.S., Jung J.E., Kim J.E., Lee K.H., Park T., Yang Y.M., Seong S.Y., Ye S.K., Chung M.H. Anti-inflammatory effects of 8-hydroxydeoxyguanosine in LPS-induced microglia activation: suppression of STAT3-mediated intercellular adhesion molecule-1 expression // Exp. Mol. Med. 2006. V. 38. № 4. P. 417–427.Hong G.U., Kim N.G., Jeoung D., Ro J.Y. Anti-CD40 Ab- or 8-oxo-dG-enhanced Treg cells reduce development of experimental autoimmune encephalomyelitis via downregulating migration and activation of mast cells // J. Neuroimmunol. 2013. V. 260. № 1. P. 60-73.Hong G.U., Kim N.G., Jeoung D., Ro J.Y. AntiCD40 Ab- or 8-oxo-dG-enhanced Treg cells reduce development of experimental autoimmune encephalomyelitis via downregulating migration and activation of mast cells // J. Neuroimmunol. 2013. V. 260. № 1. P. 60–73.Hajas G., Bacsi A., Aguilera-Aguirre L., Hegde M., Tapas H., Sur S., Radak Z., Ba X., Boldogh I. 8-Oxoguanine DNA glycosylase-1 links DNA repair to cellular signaling via the activation of the small GTPase Rac1 // Free Rad. Biol. Med. 2013. V. 61. P 384-394.Hajas G., Bacsi A., Aguilera-Aguirre L., Hegde M., Tapas H., Sur S., Radak Z., Ba X., Boldogh I. 8-Oxoguanine DNA glycosylase-1 links DNA repair to cellular signaling via the activation of the small GTPase Rac1 // Free Rad. Biol. Med. 2013. V. 61. P 384–394.Мармий Н.В., Моргунова Г.В., Есипов Д.С., Хохлов А.Н. 8-Оксо-2’-дезоксигуанозин: биомаркер клеточного старения и окислительного стресса или потенциальное лекарство против возрастных болезней? // Клиническая геронтология. 2016. Т. 22. № 9-10. С. 46-47.Marmiy N.V., Morgunova G.V., Esipov D.S., Khokhlov A.N. 8-Oxo-2'-deoxyguanosine: a biomarker of cellular aging and oxidative stress or a potential medicine against age-related diseases? // Klinicheskaya gerontologiya (Clinical Gerontology). 2016. V. 22, №. 9-10. P. 46–47. (in Russ.).Lin T., Cheng J., Ishiguro K., Sartorelli А. 8-Substituted guanosine and 2’-deoxyguanosine derivatives as potential inducers of the differentiation of friend erythroleukemia cells // J. Med. Chem. 1985. V. 28. P. 1194-1198.Lin T., Cheng J., Ishiguro K., Sartorelli А. 8-Substituted guanosine and 2’-deoxyguanosine derivatives as potential inducers of the differentiation of friend erythroleukemia cells // J. Med. Chem. 1985. V. 28. P. 1194–1198.Bodepudi V., Shibutani S., Johnson F. Synthesis of 2’-Deoxy-7,8-dihydro-8-oxoguanosine and 2’-deoxy-7,8-dihydro-8-oxoadenosine and their incorporation into oligomeric DNA // Chem. Res. Toxicol. 1992. V. 5. P. 608-617.Bodepudi V., Shibutani S., Johnson F. Synthesis of 2’-Deoxy-7,8-dihydro-8-oxoguanosine and 2’-deoxy-7,8-dihydro-8-oxoadenosine and their incorporation into oligomeric DNA // Chem. Res. Toxicol. 1992. V. 5. P. 608–617.Chatgilialoglu C., Navacchia M., Postigo А. A facile one-pot synthesis of 8-oxo-7,8-dihydro-(2′-deoxy) adenosine in water // Tetrahedron Lett. 2006. V. 47. № 5. P. 711-714.Chatgilialoglu C., Navacchia M., Postigo А. A facile one-pot synthesis of 8-oxo-7,8-dihydro-(2′-deoxy) adenosine in water // Tetrahedron Lett. 2006. V. 47. № 5. P. 711–714.Geiger A., Selige H., Nehls P. A new approach for the efficient synthesis of oligodeoxyribonucleotides containing the mutagenic DNA modification 7,8-dihydro-8-oxo-2′-deoxyguanosine at predefined positions // Nucleosides and Nucleotides. 1993. V. 12. № 5. P. 463-477.Geiger A., Selige H., Nehls P. A new approach for the efficient synthesis of oligodeoxyribonucleotides containing the mutagenic DNA modification 7,8-dihydro8-oxo-2′- deoxyguanosine at predefined positions // Nucleosides and Nucleotides. 1993. V. 12. № 5. P. 463–477.Roelen H.C.P.F., Saris C.P., Brugghe H.F., Elst H., Westra J.G., Marel G.A., Boom J.H. Solid-phase synthesis of DNA fragments containing the modified base 7-hydro-8-oxo-2'-deoxyguanosine // Nucl. Acid Res. 1991. V. 19. № 16. P. 4361-4369.Roelen H.C.P.F., Saris C.P., Brugghe H.F., Elst H., Westra J.G., Marel G.A., Boom J.H. Solid-phase synthesis of DNA fragments containing the modified base 7-hydro-8-oxo-2'-deoxyguanosine // Nucl. Acid Res. 1991. V. 19. № 16. P. 4361–4369.

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