光化学系II阻害剤としてのインドール窒素ハイブリッドの合理的設計・合成・評価

Rational Design, Synthesis and Evaluation of Indole Nitrogen Hybrids as Photosystem II Inhibitors.

• Jéssica Maria de Souza
• Bruno Rodrigues Fazolo
• Jhully Wellen Ferreira Lacerda
• Mariana de Souza Moura
• Arielly Celestino Rodrigues Dos Santos
• Leonardo Gomes de Vasconcelos
• Paulo Teixeira de Sousa Junior
• Evandro Luiz Dall'Oglio
• Akbar Ali
• Olívia Moreira Sampaio
• Lucas Campos Curcino Vieira

抄録

本研究では、フィッシャーインドール法を用いてニトロ基またはアミド基を有するインドール誘導体12種を合成し、還元・アセチル化・アミド化反応を行った。これらのインドール誘導体は、光合成阻害剤や植物成長阻害剤としての生理活性を評価するために多くの研究を行ってきた。まず、これらの分子ハイブリッドをクロロフィルa(Chl a)蛍光測定により光化学系II(PSII)阻害剤として評価した。その結果、6-クロロ-8-ニトロ-2,3,4,9-テトラヒドロ-1H-カルバゾール（15a）と5-クロロ-2,3-ジメチル-7-ニトロ-1H-インドール（15b）は、PSIIの反応中心ABS/RC、TR /RC、ET /RCの現象学的パラメータを低下させることで、最も優れた結果を示した。これらの化合物による電子鎖遮断は、ATP合成やCO固定を低下させ、植物の発育を阻害する可能性がある。これらの化合物15aと15bは、いずれも駐植前除草剤として作用し、Ipomoea grandifoliaとSenna alata雑草の乾燥バイオマスをそれぞれ平均40％と37％減少させ、蛍光結果を裏付けた。さらに、分子ドッキング研究により、インドールフェニル環に強い電子求引性基が存在することが、PSII上のタンパク質D1の結合ポケットとリガンドの相互作用に重要であることが明らかになった。これらの分子特性の最適化は、新しい強力な除草剤の理解と開発に向けた研究グループの目標である。

We report the synthesis of twelve indole derivatives bearing nitro or amide groups via Fischer indole methodology followed by reduction/acetylation and amidation reactions. After thorough characterization, these indoles were subjected to a number of studies in order to evaluate their bioactive potential as photosynthesis and plant growth inhibitors. Firstly, these molecular hybrids were evaluated as photosystem II (PSII) inhibitors through chlorophyll a (Chl a) fluorescence measurement. In this study, 6-chloro-8-nitro-2,3,4,9-tetrahydro-1H-carbazole (15a) and 5-chloro-2,3-dimethyl-7-nitro-1H-indole (15b) showed the best results by reducing the phenomenological parameters of reaction centers ABS/RC, TR /RC and ET /RC of PSII. Electron chain blockage by these compounds may lead to diminished ATP synthesis and CO fixation which interrupt the plant development. The compounds 15a and 15b both act as postemergent herbicides, reducing the dry biomass of Ipomoea grandifolia and Senna alata weeds by an average of 40% and 37%, respectively, corroborating the fluorescence results. Additionally, the molecular docking study revealed that the presence of strong electron-withdrawing groups at the indole phenyl ring is important for the ligand's interaction with the binding pocket of protein D1 on PSII. The optimization of these molecular features is the goal of our research group in further understanding and development of new potent herbicides.

© 2020 American Society for Photobiology.