Σχεδιασμός, σύνθεση και φαρμακολογική αξιολόγηση νέων υποκατεστημένων ισοστερών πουρίνης

Abstract

Purines are of great biological importance as they serve as structural components of the genetic material and of molecules involved in metabolic pathways and signaling mechanisms inside and outside the cell. For this reason, Purine analogs or isosters, compounds that mimic the normal Purine derivatives, can be used to treat a variety of diseases by targeting specific cellular processes associated with their pathogenesis. This approach has proven success, as shown by the various drugs of this class that have been approved in the recent decades. In the context of this effort, the object of the present PhD thesis is the Design, Synthesis and Pharmacological evaluation of novel substituted Purine isosters as potential anticancer agents.The content of this project is divided into three parts, which are described in detail in Chapters 1, 2 and 3. In the first part, using as lead compounds previously synthesized molecules in the laboratory which exhibited remarkable activity in various cancer cell lines, new substituted pyrazolo[3,4-c]pyridine derivatives, were designed, synthesized and then pharmacologically evaluated against A2058 melanoma as well as DU145 and PC3 prostate cancer cell lines, while selected compounds with high potency were further studied for their effect on the cell cycle.In the second part, new substituted Purine isosters, belonging to three different heterocyclic systems, were designed and synthesized as potential inhibitors of the Epidermal Growth Factor Receptor (EGFR). The lead compound was Lapatinib (Tykerb®), an approved drug that inhibits both EGFR and HER-2, another important member of this family of receptors. The new target molecules were evaluated as inhibitors of receptor phosphorylation at the cellular level, for their direct inhibitory action on the intracellular receptor kinase segment and for their cytotoxicity in the non-small cell lung cancer cell line A549 and breast cancer HCC1954, which are associated with overexpression of EGFR-WT and HER-2, respectively. The most potent derivatives were further studied for their cellular uptake levels and in vivo pharmacokinetic properties.The third part involves the design and synthesis of new pyrazolopyridines and pyrrolopyridines as potential inhibitors of the mutant B-RafV600E kinase, which occurs in about 50% of cases of melanoma. Vemurafenib (Zelboraf®), an approved drug that inhibits this specific enzyme and presents impressive therapeutic results, was used as the lead compound. The new target molecules belong to four different heterocyclic systems and during the writing of this thesis, their pharmacological evaluation was still underway.The last part summarizes the results of the three distinct projects and outlines the future objectives, which are, firstly, the exploitation of the structure-activity relationships extracted in each project, which combined with the in silico study of the target binding of the molecules, will guide the design of the next generation of derivatives, and secondly, the in vivo pharmacological evaluation of the compounds with the highest potency.

Οι Πουρίνες διαθέτουν τεράστια βιολογική σημασία, καθώς αποτελούν δομικά συστατικά του γενετικού υλικού και μορίων που συμμετέχουν σε μεταβολικές οδούς και σηματοδοτικούς μηχανισμούς εντός και εκτός του κυττάρου. Για το λόγο αυτό, τα Πουρινικά ανάλογα ή ισοστερή, ενώσεις δηλαδή που προσομοιάζουν τα φυσιολογικά Πουρινικά παράγωγα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην αντιμετώπιση μιας πληθώρας νόσων στοχεύοντας συγκεκριμένες κυτταρικές διεργασίες που σχετίζονται με την παθογένεσή τους. Η προσέγγιση αυτή έχει αποδεδειγμένη επιτυχία, όπως φαίνεται από τα διάφορα φάρμακα αυτής της κατηγορίας που έχουν λάβει έγκριση τις τελευταίες δεκαετίες. Στα πλαίσια της προσπάθειας αυτής, πορεύεται και η συγκεκριμένη διατριβή, καθώς αντικείμενό της είναι ο Σχεδιασμός, η Σύνθεση και η Φαρμακολογική αξιολόγηση νέων υποκατεστημένων ισοστερών Πουρίνης ως πιθανών αντικαρκινικών παραγόντων.Το περιεχόμενο της διατριβής διακρίνεται σε τρία μέρη, τα οποία περιγράφονται αναλυτικά στα Κεφάλαια 1, 2 και 3. Στο πρώτο μέρος, χρησιμοποιώντας ως οδηγό ενώσεις που είχαν συντεθεί παλαιότερα στο εργαστήριο και είχαν εμφανίσει αξιόλογη δράση σε διάφορες καρκινικές σειρές, σχεδιάστηκαν και συντέθηκαν νέα υποκατεστημένα παράγωγα πυραζολο[3,4-c]πυριδίνης, τα οποία αξιολογήθηκαν φαρμακολογικά ενάντια σε καρκινικές σειρές μελανώματος A2058 και προστάτη DU145 και PC3, ενώ πραγματοποιήθηκε περαιτέρω μελέτη των πιο δραστικών παραγώγων επί της δράσης τους στον κυτταρικό κύκλο. Στο δεύτερο μέρος, σχεδιάστηκαν και συντέθηκαν νέα υποκατεστημένα ισοστερή Πουρίνης, που ανήκουν σε τρία διαφορετικά ετεροκυκλικά συστήματα, ως πιθανοί αναστολείς του Υποδοχέα του Επιδερμικού Αυξητικού Παράγοντα (Epidermal Growth Factor Receptor, EGFR). Η ένωση-οδηγός που χρησιμοποιήθηκε ήταν το Lapatinib (Tykerb®), εγκεκριμένο φάρμακο, που αναστέλλει τόσο το συγκεκριμένο υποδοχέα όσο και τον HER-2, ένα ακόμα σημαντικό μέλος αυτής της οικογένειας υποδοχέων. Τα νέα μόρια-στόχοι αξιολογήθηκαν ως αναστολείς της φωσφορυλίωσης του υποδοχέα σε κυτταρικό επίπεδο, για την απευθείας ανασταλτική τους δράση επί του ενδοκυτταρικού τμήματος κινάσης του υποδοχέα, καθώς και για την κυτταροτοξικότητά τους στις κυτταρικές σειρές μη μικροκυτταρικού καρκίνου πνεύμονα Α549 και καρκίνου του μαστού HCC1954, που σχετίζονται με υπερέκφραση των υποδοχέων EGFR-WT και HER-2 αντίστοιχα. Στα πιο δραστικά παράγωγα έγινε περαιτέρω μελέτη των επιπέδων κυτταρικής πρόσληψης και των in vivo φαρμακοκινητικών ιδιοτήτων τους.Tο τρίτο μέρος περιλαμβάνει το σχεδιασμό και τη σύνθεση νέων πυραζολοπυριδινών και πυρρολοπυριδινών, ως πιθανών αναστολέων της μεταλλαγμένης κινάσης B-RafV600E, η οποία απαντάται περίπου στο 50% των περιπτώσεων μελανώματος. Ως ένωση-οδηγός χρησιμοποιήθηκε το Vemurafenib (Zelboraf®), εγκεκριμένο φάρμακο που αναστέλλει το συγκεκριμένο ένζυμο και εμφανίζει εντυπωσιακά θεραπευτικά αποτελέσματα. Τα νέα μόρια-στόχοι ανήκουν σε τέσσερα διαφορετικά ετεροκυκλικά συστήματα και κατά την περίοδο συγγραφής της παρούσας διατριβής, η φαρμακολογική τους αξιολόγηση βρισκόταν ακόμα σε εξέλιξη.Στο τελευταίο μέρος πραγματοποιείται μία σύνοψη-ανασκόπηση των αποτελεσμάτων των επιμέρους εργασιών και περιγράφονται οι μελλοντικοί στόχοι, που αφορούν, πρώτον, την αξιοποίηση των σχέσεων δομής-δράσης που εξήχθησαν σε κάθε θέμα, προκειμένου σε συνδυασμό με την in silico μελέτη της πρόσδεσης των μορίων στο στόχο, να σχεδιαστεί η επόμενη γενιά παραγώγων και δεύτερον, την in vivo φαρμακολογική αξιολόγηση των δραστικότερων ενώσεων.