Σύνθεση συζευγμάτων βιοδραστικών ενώσεων που επάγουν πρωτεόλυση πρωτεϊνών ή κυτταρικό θάνατο

Abstract

The present thesis concerns the synthesis of new hybrid conjugates consisting of 2 parts, aiming at the targeted delivery of bioactive compounds selectively to the respective cancer cells - targets. Thus, limitation of the patients’ side effects and the required dose is achieved, while enhancing the efficacy. In the first part of this thesis, the synthesis of a new alkylating agent, POPAM-OH, is presented. This alkylating agent is the result of continuous efforts for the optimization of the highly active alkylator POPAM-NH2, which was previously developed by our research group. In addition, the coupling of the alkylating agent with three homo-azasteroids via an ester bond is described, which will act as carriers for the selective delivery of the alkylator to cancer cells. These conjugates were studied in vitro and in vivo experiments in order to investigate their cytotoxic activity and their ability to induce tumor growth inhibition, respectively. The second part presents the design and synthesis of bioisosteres of known fluoroquinolones and their conjugates with homo-aza-steroids, to study their anticancer activity. Fluoroquinolones, although widely known for their antibacterial activity, have been shown to be potentially effective anticancer agents in recent years. Their conjugation with modified steroids can further enhance their activity and selectivity towards cancer cells. For the synthesis of bioisosteres, the 3-carboxyl group of fluoroquinolones was modified to mercapto- and oxadiazole five-membered rings, resulting in new derivatives that have not yet been reported in the literature. In the third and final part of this thesis, the design and synthesis of inhibitors and proteolytic chimeras for Aurora A, B and Mps1 kinases is analyzed. These mitotic kinases are crucial for the regulation and control of the cellular process of mitosis. Their disregulation has been shown to be catastrophic for cells and organism and has been directly linked to carcinogenesis. Two known compounds, aza-reversine and the Mps1-selective inhibitor MPS1-IN-3, and two new inhibitors that are hybrids of the aforementioned, SF-1 and SF-2, were selected as kinase inhibitors. Pomalidomide and VHL ligand-1 were selected as E3 ligase ligands, while the length and structure of the linkers used ranged between three and thirteen atoms and included saturated carbon chains, carbamide chains, ether chains or heterocyclic compounds. A total of thirty proteolytic chimeras were synthesized, the majority of which (twenty three) carried the pomalidomide ligand, and their degradative activity, mechanism of action, and cytotoxicity in MV4-11 leukemia cells were extensively studied in biological experiments.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή αφορά στη σύνθεση νέων υβριδικών συζευγμάτων που αποτελούνται από δύο τμήματα, με σκοπό τη στοχευμένη μεταφορά βιοδραστικών ενώσεων εκλεκτικά στα εκάστοτε καρκινικά κύτταρα – στόχους. Με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνεται ο περιορισμός των παρενεργειών των ασθενών και της απαιτούμενης δόσης, με την παράλληλη ενίσχυση της δράσης. Στο πρώτο μέρος της διδακτορικής διατριβής παρουσιάζεται η σύνθεση ενός νέου στη βιβλιογραφία αλκυλιωτικού παράγοντα, του ΡΟΡΑΜ-ΟΗ. Ο αλκυλιωτής αυτός αποτέλεσε συνέχεια των προσπαθειών βελτιστοποίησης του πολύ δραστικού αλκυλιωτή POPAM-NH2, ο οποίος αναπτύχθηκε προηγούμενα από την ερευνητική μας ομάδα. Επιπλέον, περιγράφεται και η σύζευξη του αλκυλιωτικού παράγοντα με τρία ομο-αζα-στεροειδή μέσω εστερικού δεσμού, τα οποία θα δράσουν ως φορείς για την εκλεκτική μεταφορά του αλκυλιωτή στα καρκινικά κύτταρα. Τα συζεύγματα αυτά μελετήθηκαν σε πειράματα in vitro και in vivo προκειμένου να διερευνηθεί η κυτταροτοξική τους δράση και η ικανότητά τους να επάγουν την αναστολή της ανάπτυξης όγκων, αντίστοιχα. Στο δεύτερο μέρος παρουσιάζεται ο σχεδιασμός και η σύνθεση βιοϊσοστερών γνωστών φθοροκινολονών και συζευγμάτων τους με ομο-αζα-στεροειδή, προκειμένου να μελετηθούν για την αντικαρκινική τους δράση. Οι φθοροκινολόνες αν και ευρέως γνωστές για την αντιβακτηριακή τους δράση, αποδεικνύεται πως αποτελούν εν δυνάμει αποτελεσματικούς αντικαρκινικούς παράγοντες τα τελευταία χρόνια. Η σύζευξή τους με τροποποιημένα στεροειδή ως φορείς αναμένεται να ενισχύσει περαιτέρω τη δράση τους και να προσφέρει καλή εκλεκτικότητα προς τα καρκινικά κύτταρα. Για τη σύνθεση των βιοϊσοστερών τροποποιήθηκε το 3-καρβοξυλικό άκρο των φθοροκινολονών προς μερκαπτο- και οξαδιαζολικούς πενταμελείς δακτυλίους, με αποτέλεσμα να προκύψουν νέα παράγωγα ορισμένα από τα οποία δεν έχουν αναφερθεί στην παγκόσμια βιβλιογραφία μέχρι σήμερα. Στο τρίτο και τελευταίο μέρος της παρούσας διατριβής αναλύεται ο σχεδιασμός και η σύνθεση αναστολέων και πρωτεολυτικών χιμαιρών για τις κινάσες Aurora A,B και Mps1. Οι μιτωτικές αυτές κινάσες διαδραματίζουν ρόλους – κλειδιά κατά τη ρύθμιση και τον έλεγχο της εξέλιξης της κυτταρικής διαδικασίας της μίτωσης. Η απορρύθμισή τους έχει αποδειχθεί πως μπορεί να έχει καταστροφικές επιπτώσεις για τα κύτταρα και τον οργανισμό και έχει συνδεθεί άμεσα με την καρκινογένεση. Ως αναστολείς των κινασών επιλέχθηκαν δύο γνωστές ενώσεις, η αζα-ρεβερσίνη και ο εκλεκτικός για την Mps1 αναστολέας MPS1-ΙΝ-3, αλλά και δύο νέοι αναστολείς που αποτελούν υβρίδια των προαναφερθέντων, ο SF-1 και ο SF-2. Ως προσδέτες της Ε3 λιγάσης επιλέχθηκαν η πομαλιδομίδη και το VHL ligand-1, ενώ το μήκος και η δομή των συνδετών που χρησιμοποιήθηκαν κυμαινόταν μεταξύ τριών και δεκατριών ατόμων και περιλάμβαναν κορεσμένες ανθρακικές αλυσίδες, καρβαμιδικές αλυσίδες, αιθερικές αλυσίδες ή ετεροκυκλικές ενώσεις. Συνολικά συντέθηκαν τριάντα πρωτεολυτικές χίμαιρες, η πλειοψηφία εκ των οποίων (είκοσι τρεις) έφεραν τον προσδέτη πομαλιδομίδη, οι οποίες μελετήθηκαν εκτενώς σε βιολογικά πειράματα μελέτης της αποικοδομητικής τους δράσης, του μηχανισμού δράσης τους, αλλά και της κυτταροτοξικότητάς τους σε κύτταρα λευχαιμίας MV4-11.