Σχεδιασμός, σύνθεση και βιολογικός έλεγχος νέων οργανικών - βιοδραστικών ενώσεων μικρού μοριακού βάρους ως ανταγωνιστών της τριφωσφορικής αδενοσίνης (ΑΤΡ)

Abstract

Protein kinases are enzymes that play pivotal role in cell functions regulating many signal pathways by inducing ATP phosphorylation. Dysregulation of protein kinase and their receptors activity has been related to various diseases, including Chronic Myeoid Leukemia. Inhibition of these pathological protein kinases through small molecular weight compounds that compete the ATP binding site in the kinase active core is found to contribute in the treatment of the disease symptoms. For this reason, there is great interest in the scientific community for the synthesis and development of new more potent protein kinase inhibitors, acting selectively in the pathological protein kinase. Imatinib (Gleevec) is the first selective inhibitor who antagonizes the ATP binding site in the pathological Bcr-Abl tyrosine kinase in the treatment against Chronic Myeloid Leukemia (CML). Nilotinib was designed as a second generation selective Bcr-Abl kinase inhibitor and exhibits greater inhibitory activity compared to Imatinib.Furthermore, Osimertinib was granted accelerated approval by Food and Drug Administration (FDA) for the treatment of patients with non-small cell lung cancer. New compounds, Nilotinib analogues/derivatives, were synthesized in the laboratory, as a result of molecular modeling and it is possible to act more effectively on the protein kinases targets, aiming at their selective inhibition. These modifications on the original pharmaceutical compound were targeted and were about the last phenyl ring, where the natural amino acid proline was attached. In addition, in some cases both the benzene and imidazole rings of Nilotinib were completely eliminated and replaced by substituted benzene rings. Some of these compounds were evaluated for their antiplatelet-antithrombotic activity. Also, an optimized synthetic approach for the synthesis of Osimertinib has been developed. The yield of this convergent experimental route reaches 68%,which is significantly higher than that obtained when using the methodology established by Astra Zeneca, whose efficiency is only up to 8%. Based on molecular modeling we designed to synthesize new Osimertinib’s analogues as potent protein kinase inhibitors. The modifications are focused on the indole ring, which was substituted by isosteric structures, called aza-indoles. Their synthesis is in progress and is carried out with the optimized methodology developed in the laboratory. All new compounds, final and intermediate, were fully characterized (1H NMR, 13C NMR, HRMS).

Η εκλεκτική αναστολή απορυθμισμένων πρωτεϊνικών κινασών, που επηρεάζουν κυτταρικές διεργασίες με την ενζυματική μεταφορά της τελικής φωσφορικής ομάδας του ΑΤΡ στο υδροξύλιο της πλευρικής αλυσίδας της σερίνης, της θρεονίνης ή της τυροσίνης μιας πρωτεΐνης, έχει καθιερωθεί ως μία από τις πλέον υποσχόμενες θεραπευτικές στρατηγικές για την αντιμετώπιση ασθενειών, όπως ο καρκίνος. Τυχόν μεταλλάξεις των μορίων των πρωτεϊνικών κινασών οδηγούν στην αυτόνομη και μη ελεγχόμενη συμπεριφορά των καρκινικών κυττάρων, διαταράσσοντας τους μηχανισμούς που ρυθμίζουν τη διαίρεση, την επιβίωση και την απόπτωση τους. Η αναστολή των παθολογικών πρωτεϊνικών κινασών από μόρια μικρού μοριακού βάρους, που ανταγωνίζονται ως προς τη θέση πρόσδεσης το ΑΤΡ στο ενεργό κέντρο της κινάσης, έχει αποδειχθεί από μελέτες ότι συμβάλλει σημαντικά στην αντιμετώπιση και τη θεραπεία νεοπλασιών. Ακριβώς για το λόγο αυτό, η παγκόσμια επιστημονική κοινότητα έχει στρέψει το ενδιαφέρον της στην ανάπτυξη νέων αναστολέων πρωτεϊνικών κινασών, οι οποίοι θα δρουν εκλεκτικά, αναστέλλοντας τη δράση μόνο της παθολογικής πρωτεϊνικής κινάσης.Το Imatinib, ένας εκλεκτικός αναστολέας, ο οποίος, ως αδενικός μιμητής, ανταγωνίζεται τη θέση πρόσδεσης του ΑΤΡ στην παθολογική τυροσινική κινάση Bcr-Abl, σχεδιάστηκε για την αντιμετώπιση της Χρόνιας Μυελογενούς Λευχαιμίας (CML). Το Nilotinib, ένας δεύτερης γενιάς εκλεκτικός αναστολέας της Bcr-Abl κινάσης, εμφανίζει μεγαλύτερη ανασταλτική-θεραπευτική δράση από το Imatinib. Επιπρόσθετα, το Osimertinib, ένα φαρμακευτικό σκεύασμα εγκεκριμένο από τον FDA μόλις το Μάρτιο του 2017, είναι ένας μη αναστρέψιμος εκλεκτικός αναστολέας πρωτεϊνικών κινασών που χορηγείται σε ασθενείς προσβεβλημένους από μη μικροκυτταρικό καρκίνο του πνεύμονα. Στο εργαστήριο, στο πλαίσιο εκπόνησης της διδακτορικής διατριβής, έγιναν προσπάθειες σύνθεσης νέων ενώσεων, αναλόγων/παραγώγων του Nilotinib, οι οποίες σχεδιάστηκαν ειδικά, ως αποτέλεσμα μοριακής μοντελοποίησης, ώστε να δρουν αποτελεσματικότερα κατά των πρωτεϊνικών κινασών-στόχων, με σκοπό την εκλεκτική αναστολή τους. Πιο συγκεκριμένα, οι τροποποιήσεις στην αρχική φαρμακευτική ένωση εστιάστηκαν στον τελικό βενζολικό δακτύλιο, όπου έγινε η προσάρτηση του φυσικού αμινοξέος της προλίνης, αντί του ιμιδαζολικού δακτυλίου σε διάφορες θέσεις. Επιπλέον, σε κάποιες περιπτώσεις εξαλείφθηκε πλήρως ο ιμιδαζολικός δακτύλιος του Nilotinib και αντικαταστάθηκε από υποκαταστάτες με συγκεκριμένες ιδιότητες. Ορισμένες από αυτές τις ενώσεις αξιολογήθηκαν ως προς την αντιαιμοπεταλιακή-αντιθρομβωτική τους δράση. Επιπρόσθετα, αναφορικά με το φαρμακευτικό σκεύασμα Osimertinib, αναπτύχθηκε μια βελτιστοποιημένη συνθετική προσέγγιση για τη σύνθεσή του. Η απόδοση αυτής της συγκλίνουσας πειραματικής πορείας ανέρχεται στο 68%, σημαντικά υψηλότερη αυτής που χρησιμοποιείται και που έχει κατοχυρωθεί από την εταιρεία Astra Zeneca, της οποίας η απόδοση αγγίζει μόλις το 8%. Και στην περίπτωση αυτή, σχεδιάσαμε με τη βοήθεια της μοριακής μοντελοποίησης νέα ανάλογα/παράγωγα του Osimertinib, τα οποία συνιστούν εν δυνάμει αναστολείς πρωτεϊνικών κινασών. Οι τροποποιήσεις εστιάστηκαν στον ινδολικό δακτύλιο του εν λόγω φαρμάκου, με την αντικατάσταση αυτού με ισοστερείς ενώσεις του, τα αζα-ινδόλια. Η σύνθεση τους είναι σε εξέλιξη και πραγματοποιείται με την βελτιστοποιημένη μεθοδολογία που αναπτύχθηκε στο εργαστήριό μας. Όλες οι νέες ενώσεις, τελικές και ενδιάμεσες, που συντέθηκαν στο εργαστήριο χαρακτηρίστηκαν πλήρως με όλες τις σύγχρονες φασματοσκοπικές τεχνικές ( 1H NMR. 13C NMR, HRMS).