Σχεδιασμός και σύνθεση νέων τετρακυκλικών ινδολοαζεπινονικών παραγώγων, αναλόγων φυσικών προϊόντων, ως πιθανοί αναστολείς του ενζύμου κυκλινο-εξαρτώμενη κινάση 1

Abstract

Natural products constitute an important source of bioactive compounds with a pharmacological interest. 25% of the drugs that are nowadays available in the market come from natural sources, despite the great progress in the field of chemical composition. Drugs’ development is currently based upon the focused action of certain compounds towards a specific molecular target which is involved in the appearance and evolution of each disease. Some such molecular targets of particular interest are the Cyclin-dependent kinases.CDKs are a subfamily of protein kinases that regulate a number of cellular processes, including the cell cycle, ensuring the normality of cell division. The deregulation of their function leads to several diseases, including human tumour. A large number of natural and chemical compounds have been characterized as CDK inhibitors and some of them are already in the late phases of clinical trials. Recent genetic studies have indicated that CDK1 is sufficient to drive the cell cycle in absence of other CDKs (2, 4, 6). These results have led researchers to develop compounds with selective inhibitory activity against CDK1.The current research aims at the development of new compounds with possible inhibitory activity against CDK1. The scientific process was more specifically based on the design and synthesis of new small heterocyclic, tetracyclic indoloazepino compounds. The design of the above compounds was based on structural features that exist in other already known natural or chemical CDK inhibitors. The biological results of similar compounds have indicated that the seven-member lactamic ring of structure has an important role in the inhibitory CDK activity. The basic structural component of the designed compounds, proven to be crucial for the manifestation of the CDK inhibitory function, is a seven member lactamic ring among a pyrrole and indole nuclei. The substitution of the pyrrole with a 2-ethyl-carboxylic substitute along with the introduction of substitutes on specific positions of the indole nuclei are expected to lead to the development of library compounds. The selected procedure includes amide coupling between specific indole and pyrrole compounds and finally C-C intermolecular coupling with Heck reaction. The final aim is to form the basic tetracyclic indoloazepino structure. The current research was primarily directed to the synthesis of one of the two already designed structures. The intermediate reactions of the above structure’s synthetic process were examined and optimized, leading to the isolation of 60 intermediate compounds and 4 new tetracyclic indoloazepino derivatives. In the final derivatives, the pyrrole and indole nitrogen appeared to be protected under the same protective group while an effort to remove these protective groups, through certain reactions, was unsuccessful.Finally, a research into a synthetic process that would provide corresponding derivatives with the second main structure, did not yield the expected results.

Τα φυσικά προϊόντα αποτελούν σημαντική πηγή βιοδραστικών ενώσεων με ποικίλο φαρμακολογικό ενδιαφέρον. Παρά την τεράστια πρόοδο που έχει συντελεστεί στη χημική σύνθεση φαρμάκων, ακόμα και σήμερα το ¼ των φαρμάκων που διατίθεται στην αγορά προέρχεται από φυσικές πηγές. Η σύγχρονη ανακάλυψη φαρμάκων βασίζεται πλέον στην εστιασμένη δράση ενώσεων έναντι συγκεκριμένων μοριακών στόχων που εμπλέκονται στην εμφάνιση και εξέλιξη της κάθε νόσου.Μοριακοί στόχοι με ιδιαίτερο ενδιαφέρον είναι και οι κυκλινο-εξαρτώμενες κινάσες (CDKs). Οι CDKs είναι μια κατηγορία πρωτεϊνικών κινασών οι οποίες μεταξύ άλλων διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο στη ρύθμιση και ομαλή εξέλιξη του κυτταρικού κύκλου, διασφαλίζοντας τον φυσιολογικό πολλαπλασιασμό των κυττάρων. Η απορρύθμιση της λειτουργίας τους έχει ως επακόλουθο την εμφάνιση διαφόρων παθολογικών καταστάσεων μεταξύ των οποίων και διαφόρων καρκινικών όγκων. Μέχρι σήμερα πληθώρα φυσικών και συνθετικών ενώσεων έχουν εμφανίσει ανασταλτική δράση έναντι των CDKs και αρκετές από αυτές βρίσκονται σε προχωρημένα στάδια κλινικών δοκιμών. Πρόσφατα πειραματικά δεδομένα έδειξαν ότι η CDK1, ελλείψει των υπολοίπων CDKs της μεσόφασης (2, 4, 6), επαρκεί για την ομαλή ολοκλήρωση του κυτταρικού κύκλου. Τα αποτελέσματα αυτά έγιναν αφορμή ώστε πολλές ερευνητικές προσπάθειες να στραφούν και προς την ανάπτυξη ενώσεων με εκλεκτική δράση έναντι της CDK1.Σκοπός της παρούσας μελέτης είναι ο σχεδιασμός και η σύνθεση νέων μικρών ετεροκυκλικών μορίων με πιθανή ανασταλτική δράση έναντι του ενζύμου CDK1. Συγκεκριμένα, σχεδιάσθηκαν νέα παράγωγα που θα έφεραν δύο νέους ισομερείς τετρακυκλικούς ινδολοαζεπινικούς σκελετούς. Ο σχεδιασμός των ενώσεων αυτών βασίστηκε σε δομικά χαρακτηριστικά φυσικών ή συνθετικών ενώσεων που έχουν μελετηθεί και έχουν εμφανίσει ανασταλτική δράση έναντι τόσο της CDK1 όσο και άλλων CDKs. Βασικό δομικό χαρακτηριστικό των τελικών μορίων, που έχει αποδειχθεί κρίσιμο για την εκδήλωση CDK ανασταλτικής δράσης σε συγγενείς ενώσεις, είναι ένας επταμελής λακταμικός δακτύλιος ο οποίος συμπυκνώνεται σε κατάλληλες θέσεις με έναν ινδολικό και έναν πυρρολικό δακτύλιο. Η υποκατάσταση του πυρρολικού δακτυλίου με μία καρβοξυαιθυλ-ομάδα στη θέση-2, σε συνδυασμό με την εισαγωγή κατάλληλων υποκαταστατών στον ινδολικό δακτύλιο, δύναται να οδηγήσει σε βιβλιοθήκες αναλόγων. Η προσέγγιση που ακολουθήθηκε για την σύνθεση των τελικών μορίων περιελάμβανε αμιδική σύζευξη κατάλληλων ινδολικών και πυρρολικών πρόδρομων ενώσεων και Pd-καταλυόμενη ενδομοριακή κυκλοποίηση (σύζευξη Heck) για τον σχηματισμό του βασικού τετρακυκλικού ινδολοαζεπινικού σκελετού. Στα πλαίσια της μελέτης, αρχικά μελετήθηκε η συνθετική πορεία παραλαβής αναλόγων ενός εκ των δύο αρχικά σχεδιασθέντων σκελετών. Η διερεύνηση και βελτιστοποίηση των ενδιάμεσων συνθετικών σταδίων οδήγησε στην σύνθεση 59 νέων ενδιάμεσων μορίων και 4 νέων τετρακυκλικών ινδολοαζεπινονικών τελικών προϊόντων. Τα τελικά προϊόντα έφεραν προστατευμένα τόσο το άζωτο του ινδολίου όσο και του πυρρολίου με την ίδια προστατευτική ομάδα, ενώ η προσπάθεια παραλαβής αναλόγων του μη προστατευμένου σκελετού δεν ήταν επιτυχής. Τέλος, η διερεύνηση της συνθετικής πορείας που θα απέδιδε ανάλογα του δεύτερου σκελετού δεν απέδωσε τα αναμενόμενα αποτελέσματα.