The synthesis of spiro[indole-3,1’-pyrrolo[3,4-c]pyrrole]-2,4’,6’-trione derivatives, the study of their antimicrobial activity and the molecular docking on staphylococcal dehydrosqualene synthase

Abstract

Aim. To synthesize the series of new spiro[indole-3,1’-pyrrolo[3,4-c]pyrrole]-2,4’,6’-trione derivatives, study their physicochemical characteristics, antibacterial activity and precision of the molecular docking on the model of staphy - lococcal dehydrosqualene synthase. Materials and methods. The methods of organic synthesis, instrumental methods for analysis of organic com - pounds, as well as the molecular docking method i n silico and agar diffusion method in vitro were used. Results and discussion. To synthesize new bis -derivatives of 3’a, 6’a-dihydro-3’H-spiro[indole-3,1’-pyrrolo[3,4- c]pyrrole]-2,4’,6’-triones the three-component reaction of 1,6-maleimidamidohexane with L -amino acids and isatin was studied. New bis- spiro derivatives were isolated with a double excess of the corresponding isatin and L -amino acids. With the equimolar ratio of three reagents 6-N-maleimidohexyl derivatives spiro[indole-3,1’-pyrrolo[3,4-c] pyrrole]-2,4’,6’-triones were isolated with the yields of 30-90 %. To prove their reactivity two symmetrical bis-spirooxin - doles were counter-synthesized by condensation of two 6- N -maleimidohexyl spiro-2-oxindole derivatives with isatin, L -phenylalanine or sarcosine with the yields of 35 and 38 %. In the microbiological screening it was found that some compounds revealed the activity against S. aureus at the level of cefalexin and against C. albicans fungi relative to flu - conazole. The docking in silico identified a high ability of the compounds studied to interact with at least six key amino acid residues – Arg45, Asp48, Asp52, Gln165, Asn168 and Asp172 of the active center of S. aureus dehydrosqualene synthase (CrtM). Conclusions. It has been found that the one-pot three-component reaction of isatin, L -amino acids and 1,6-ma - leimidohexane as a function of the mole ratio of the reagents leads to both bis -derivatives of spiro[indole-3,1’- pyrrolo[3,4-c]pyrrole]-2,4’,6’-trione, and to the corresponding asymmetric 6- N -maleimidohexyl derivatives. The substances synthesized have predominantly shown the activity in relation to gram-positive bacteria and yeast-like fungi. For the first time it has been demonstrated by the molecular docking method that the compounds studied forming a complex with a high docking score are potential inhibitors of staphylococci CrtМ

Мета роботи – синтез ряду нових похідних спіро[індол-3,1’-піроло[3,4-c]пірол]-2,4’,6’-трионів, дослідження їх фізико-хімічних характеристик, антибактеріальної активності та прецизійного молекулярного докінгу на моде - лі дегідроскваленсинтази стафілококів. Матеріали та методи. Методи органічного синтезу, інструментальні методи встановлення будови органіч - них сполук, молекулярний докінг in silico , метод дифузії в агар in vitro . Результати та їх обговорення. З метою синтезу нових біс -похідних 3’a,6’a-дигідро-3’H-спіро[індол-3,1’-піроло[3,4-c] пірол]-2,4’,6’-трионів досліджено трикомпонентну реакцію 1,6-малеїнамідогексану з L -амінокислотами та ізатином. Нові біс-спіропохідні були виділені при двократному надлишку відповідних ізатинів та L -амінокислот. При екві - мольному співвідношенні трьох реагентів нами були ізольовані 6- N -малеїнімідогексилпохідні спіро[індол-3,1’- піроло[3,4-c]пірол]-2,4’,6’-трионів з виходами 30-90 %. Для доказу реакційної здатності здійснено зустрічний син - тез двох симетричних біс -спіро-2-оксіндолів конденсацією двох 6- N -малеїнімідогексилпохідних з відповідними ізатинами , L -фенілаланіном або саркозином з виходами 35 та 38 % відповідно. У мікробіологічному скринінгу виявлено сполуки, які пригнічують ріст S. aureus на рівні цефалексину та грибів C. albicans у порівнянні з флукона - золом. У докінгу in silico показано високу здатність досліджених молекул взаємодіяти як мінімум із шістьма ключовими амінокислотними залишками Arg45, Asp48, Asp52, Gln165, Asn168 та Asp172 активного центру дегідроскавален - синтази (CrtM) стафілококів. Висновки. Встановлено, що однореакторна трикомпонентна реакція ізатинів, L -амінокислот та 1,6-мале - їнамідогексану в залежності від мольного співвідношення реагентів призводить як до біс -3’a,6’a-дигідро-3’H- спіро[індол-3,1’-піроло[3,4-c]пірол]-2,4’,6’-трионів, так і до відповідних несиметричних 6- N -малеїнімідогексил- похідних. Синтезовані речовини переважно проявили активність до грампозитивних бактерій та дріжджоподібних грибів. Методом молекулярного докінгу вперше показано, що досліджені сполуки є потенційними інгібіторами дегідроскваленсинтази (CrtM) стафілококів, утворюючи комплекс із високим виграшем енергії

Цель работы – синтез ряда производных спиро[индол-3,1’-пирроло[3,4-c]пиррол]-2,4’,6’-трионов, исследо - вания их физико-химических характеристик, антибактериальной активности и прецизионного молекулярного докинга на модели дегидроскваленсинтазы стафилококков. Материалы и методы . Методы органического синтеза, инструментальные методы установления строения органических соединений, молекулярный докинг in silico , метод диффузии в агар in vitro . Результаты и их обсуждение . С целью синтеза новых бис -производных 3’a, 6’a-дигидро-3’H-спиро[индол- 3,1’-пирроло[3,4-c]пиррол]-2,4’,6’-трионов исследована трехкомпонентная реакция 1,6-малеинамидогексана с L -аминокислотами и изатином. Новые бис -спиропроизводные были выделены при двухкратном избытке соот - ветствующих изатинов и L -аминокислот. При эквимольном соотношении трех реагентов нами были выде - лены 6- N -малеинимидогексилпроизводные 3’a,6’a-дигидро-3’H-спиро[индол-3,1’-пирроло[3,4-c]пиррол]-2,4’,6’- трионов с выходами 30-90 %. Для доказательства их реакционной способности осуществлен встречный синтез двух симметричных бис- спирооксиндолов конденсацией двух 6- N -малеинимидогексилпроизводных с изати - ном, L -фенилаланином или саркозином с выходами 35 и 38 %. В микробиологическом скрининге найдены со - единения, которые проявили активность в отношении S. aureus на уровне цефалексина и грибов C. albicans относительно флуконазола. В докинге in silico выявлена высокая способность исследованных соединений взаимо - действовать как минимум с шестью ключевыми аминокислотными остатками Arg45, Asp48, Asp52, Gln165, Asn168 и Asp172 активного центра дегидроскаваленсинтазы (CrtM) стафилококков. Выводы . Установлено, что однореакторная трехкомпонентная реакция изатина, L -аминокислот и 1,6-ма - леинамидогексана в зависимости от мольного соотношения реагентов приводит как к бис -производным 3’a,6’a- дигидро-3’H-спиро[индол-3,1’-пирроло[3,4-c]пиррол]-2,4’,6’-триона, так и к соответствующим несимметричным 6- N -малеинимидогексилпроизводным. Синтезированные вещества преимущественно проявили активность к граммположительным бактериям и дрожжеподобным грибам. Методом молекулярного докинга впервые пока - зано, что исследованные соединения являются потенциальными ингибиторами дегидроскваленсинтазы (CrtM) стафилококков, образуя комплекс с высоким выигрышем энергии