Νέα C - no r- D - homo στεροειδή ως πιθανοί αναστολείς του σηματοδοτικού μονοπατιού hedgehog

Abstract

The present study describes the design and synthesis of new C17 spiro-lactam and spiro-oxazolidinone C-nor-D-homo steroids. These are considered to be structurally simplified analogues of cyclopamine, which is a steroidal alkaloid with established Hedgehog signaling inhibitory activity. They incorporate appropriate structural features for improved chemical-metabolic stability and may act as Hedgehog signaling inhibitors. Complementary synthetic pathways towards the new C-nor-D-homo steroids, that involve the Wagner–Meerwein-type rearrangement of appropriate 12β-hydroxy steroidal substrates to the corresponding C-nor-D-homo derivatives, the C17 diastereoselective functionalization and the construction of the corresponding spiro-heterocyclic ring at the same position, have been explored. Notably, the developed approaches enable the stereoselective synthesis of C17 diastereomers, as well as the access to regioisomeric endocyclic [Δ12(13)] and exocyclic [Δ13(18)] C17 spiro C-nor-D-homo steroids, thus setting the stage for future structure activity relationship studies. Wagner–Meerwein-type rearrangement was a key step for the synthesis of the desired C-nor-D-homo steroidal skeletons. Significantly, an expansion of the substrate scope of this reaction to unprecedented 12β-hydroxy C17 substituted steroids was achieved. The newly synthesized C17 spiro steroids bear functional groups which can be further transformed affording new derivatives. Additionally, the generation of new steroidal drivatives as precursors of the new C17 spiro C-nor-D-homo steroids provides access to other unexplored classes of compounds with potential bioactivities.A preliminary biological evaluation of selected new C17 spiro C-nor-D-homo steroids was conducted in an in vitro biological assay concerning their Hedgehog signaling inhibitory activity. Although the tested compounds did not show significant Hedgehog inhibitory effects, further studies may reveal their potential interactions with other important components of Hedgehog signaling pathway or their bioactivity against other pharmacological targets.

Η παρούσα μελέτη πραγματεύεται τον σχεδιασμό και τη σύνθεση νέων C17 σπειρο-λακταμικών και σπειρο-οξαζολιδινονικών C-nor-D-homo στεροειδών. Οι ενώσεις αυτές αποτελούν νέα δομικά απλοποιημένα ανάλογα του στεροειδούς αλκαλοειδούς κυκλοπαμίνη, αναστολέα του σηματοδοτικού μονοπατιού Hedgehog, και σχεδιάσθηκαν ώστε να φέρουν κατάλληλα δομικά χαρακτηριστικά, ικανοποιητική χημική σταθερότητα και πιθανή Hedgehog ανασταλτική δράση. Η σύνθεση των νέων ενώσεων επιτεύχθηκε μέσω εναλλακτικών συνθετικών πορειών, οι οποίες περιελάμβαναν ως κύριο συνθετικά βήματα, τον μετασχηματισμό τύπου Wagner–Meerwein κατάλληλων 12β-υδροξυ στεροειδικών υποστρωμάτων προς τα αντίστοιχα C-nor-D-homo παράγωγα, τη διαστερεοεκλεκτική εισαγωγή κατάλληλων υποκαταστατών στη θέση C17 ενδιάμεσων προϊόντων και την ανοικοδόμηση του εκάστοτε ετεροκυκλικού πυρήνα στη συγκεκριμένη θέση. Οι προσεγγίσεις που ακολουθήθηκαν επέτρεψαν τη στερεοεκλεκτική σύνθεση C17 διαστερεομερών ενώσεων, ενώ εξασφαλίσθηκε η πρόσβαση σε τοποϊσομερή ενδοκυκλικά Δ12(13) και εξωκυκλικά Δ13(18) C17 σπειρανικά C-nor-D-homo τελικά προϊόντα, δομικά χαρακτηριστικά που μπορούν να αξιοποιηθούν σε μελέτες σχέσης χημικής δομής-βιολογικής δράσης. Ο μετασχηματισμός τύπου Wagner–Meerwein αποτέλεσε σημαντικό συνθετικό βήμα για την παραλαβή των επιθυμητών C-nor-D-homo στεροειδικών σκελετών, ενώ υπογραμμίζεται η επιτυχής διεύρυνση της εφαρμογής του σε νέα πρόδρομα 12β-υδροξυ C17 υποκατεστημένα στεροειδή. Η πλειονότητα των νέων τελικών προϊόντων διαθέτουν λειτουργικές ομάδες που επιδέχονται περαιτέρω συνθετικές τροποποιήσεις και ως εκ τούτoυ μπορούν να οδηγήσουν στη μελλοντική σύνθεση νέων παραγώγων. Ενδιάμεσα προϊόντα που προέκυψαν κατά την εκτέλεση των συνθετικών οδών, δύνανται να αποτελέσουν τους βασικούς σκελετούς νέων κατηγοριών ενώσεων, των οποίων η βιολογική δραστικότητα θα διερευνηθεί σε μελλοντικές μελέτες. Eπιλεγμένος αριθμός νέων C17 σπειρανικών C-nor-D-homo στεροειδών μελετήθηκε σε in vitro βιολογική δοκιμάσια ως προς την ικανότητά τους να αναστείλουν το μονοπάτι Hedgehog. Αν και οι μελετώμενες ενώσεις δεν εμφάνισαν αξιόλογη ανασταλτική δράση στη συγκεκριμένη δοκιμασία, περαιτέρω μελέτες πιθανότατα να αποδώσουν περισσότερες πληροφορίες σχετικά με την ικανότητά τους να παρεμβαίνουν στη σηματοδότηση του μονοπατιού Hedgehog ή να δρουν σε άλλα βιολογικά συστήματα.