Syntesestudier av nye reseptorblokkere

Doktoravhandling, legemiddelkjemi


Last ned hele artikkelen i PDF-format med figurer her.
 

Bakgrunn og hensikt

Kjemokiner er en gruppe endogene ­proteiner som er ansvarlig for ­bevegelse av celler i kroppen (1). Kjemokiner ­binder til kjemokinreseptorer som ­tilhører ­reseptorklassen 7TM og er vanligvis koblet til et Gαi hetero­trimerisk G-­protein (2, 3). ­Kjemokiner tiltrekker ­neutrofiler og monocytter, men regulerer også ­vandring av lymfocytter (2, 4). CXCR4 er en ­kjemokinreseptor som består av 352 aminosyrer, og ­proteinet CXCL12 er den eneste kjente liganden som binder til ­kjemokinreseptoren. CXCR4 er involvert i flere viktige sykdommer og dens mest kjente rolle er i infeksjon med humant immunsviktvirus (hiv) (5). Viruset invaderer immunceller ved å binde seg til reseptorer i cellemembranen til immun­cellene, der CXCR4 er en av de nødvendige reseptorene (6). Immuncellene blir ødelagt av viruset og dette fører til svekkelse av immunsystemet og resulterer i utvikling av aids (7). ­Blokkering av CXCR4 vil kunne hindre viruset i å invadere immuncellene, og legemidler som blokkerer CXCR4 kan derfor være en ny strategi i behandling av hiv/aids. Mulighetene til CXCR4 som et legemiddelmål understrekes av at denne kjemokin­reseptoren også er ­viktig i tumorvekst og dannelse av metastaser (5). Vår forskningsgruppe har tidligere publisert en ny type tripeptidomimetiske CXCR4 ­antagonister (1, figur 1) basert på skjelettstruktur A bestående av to seks-ringer med tre sidekjeder (figur 1) (8). I dette arbeidet ble det laget en serie forbindelser basert på skjelettstruktur A. I tillegg ble en ny syntese for skjelettstruktur B (figur 1) utviklet og de første peptidomimetika basert på den ble laget.

Materiale og metoder

De nye forbindelsene ble fremstilt ved at tre byggesteiner (A–C, skjema 1) ble koblet sammen for å gi et linært utgangsstoff D. Når D blir behandlet med trifluor­eddiksyre kløyves beskyttelsesgruppene av og dette fører til syklisering til skjelettstruktur E som en blanding av diastereoisomerer. ­Byggesteinene A–C med de forskjellige ­side­kjedene var enten kommersielt tilgjengelig eller ble fremstilt ved organisk syntese. Etter syntesen av målmolekylene (E) ble råproduktene renset ved hjelp av væskekromatografi (HPLC) hvor også ­diastereoisomerene ble separert fra hverandre hvis forskjellen i retensjonstid var stor nok. Kjernemagnetisk resonans (NMR) spektroskopi ble brukt til å bestemme ­molekylstrukturen til de rene diastereoisomerene før molekylenes evne til å blokkere kjemokinreseptoren CXCR4 ble testet i cellekulturer.

Resultater

Lead compounds (1, figur 1), tidligere ­fremstilt av Zachariassen et al., som er basert på skjelettstruktur A hadde EC50 verdier på henholdsvis 64 µM og 80 µM i et ­funksjonelt CXCR4 cellebasert assay (8). I dette prosjektet ble analoger av 1, hvor R1-side­kjeden ble forkortet og ­forlenget, fremstilt uten at disse viste ­forbedret ­biologisk ­aktivitet (9). I tillegg førte også forlenging av R2-sidekjeden med én ­metylen-enhet til tap av biologisk aktivitet (9). Hvis derimot et bromatom ble ­introdusert i posisjon 1 på naftyl-gruppen i R3 og lengden til sidekjeden ble forkortet, ga dette en EC50 verdi på 61 µM for den ­diastereoisomere ­blandingen (2, figur 2) (9). Hvis R3-sidekjeden utvides til tre metylen-enheter, som i 3, er en av ­diastereoisomerene biologisk aktiv (EC50 = 59 µM), mens den andre er inaktiv. Som en del av dette prosjektet ble også de første potensielle antagonistene basert på ­skjelettstruktur B syntetisert der 4 har en EC50 = 61 µM (10).

Diskusjon

Siden forkorting og forlenging av R1-­sidekjeden i analoger basert på skjelettstruktur A ikke førte til forbedret biologisk aktivitet, virker det som om lengden til R1-side­kjeden allerede er optimal i 1. R2-­sidekjeden bør heller ikke forlenges, mens størst rom for optimalisering gir R3-side­kjeden hvor ­forskjellige aromatiske substituenter (som i 2) og forlenging av kjeden (som i 3) ga analoger med biologisk aktivitet. Også for analoger basert på skjelett­struktur B er tre metylen-enheter i R1-sidekjeden nødvendig for biologisk aktivitet (4). 

Konklusjon

Molekylene som ble syntetisert i doktorgradsprosjektet har moderat evne til å blokkere CXCR4 og kan danne grunnlag for videre studier.

Referanser

  1. Murphy K, Travers P, Walport M et al. Janeway's immunobiology. New York: Garland Science, 2012.
  2. Zlotnik A, Yoshie O. The chemokine superfamily revisited. Immunity 2012; 36: 705–16.
  3. Vassilatis DK, Hohmann JG, Zeng H et al. The G protein-coupled receptor repertoires of human and mouse. Proc Natl Acad Sci U S A 2003; 100: 4903–08.
  4. Moser B, Wolf M, Walz A et al. Chemokines: ­multiple levels of leukocyte migration control. Trends Immunol 2004; 25: 75–84.
  5. Debnath B, Xu S, Grande F et al. Small molecule inhibitors of CXCR4. Theranostics 2013; 3: 47–75.
  6. Berson JF, Long D, Doranz BJ et al. A seven-transmembrane domain receptor involved in fusion and entry of T-cell-tropic human immunodeficiency virus type 1 strains. J Virol 1996; 70: 6288–95.
  7. Barre-Sinoussi F, Chermann JC, Rey F et al. Isolation of a T-lymphotropic retrovirus from a patient at risk for acquired immune deficiency syndrome (AIDS). Science 1983; 220: 868–71.
  8. Zachariassen ZG, Thiele S, Berg EA et al. Design, synthesis, and biological evaluation of scaffold-­based tripeptidomimetic antagonists for CXC ­chemokine receptor 4 (CXCR4). Bioorg Med Chem 2014; 22: 4759–69.
  9. Baumann M, Hussain MM, Henne N et al. ­Influence of chain length on the activity of tripeptidomimetic antagonists for CXC chemokine receptor 4 (CXCR4). Bioorg Med Chem 2017; 25: 646–57.
  10. Baumann M, Nome LM, Zachariassen ZG et al. Synthesis of a novel tripeptidomimetic scaffold and biological evaluation for CXC chemokine receptor 4 (CXCR4) antagonism. Manuskript innsendt til publisering (2017).
     

(Publisert i NFT nr. 3/2017 side 30–31)



Doktoravhandling

Tittel

Synthesis of Bicyclic CXCR4
Antagonists

ISBN: 978-82-308-3169-4

Veiledere

Professor Bengt Erik Haug, Kjemisk institutt og Senter for farmasi, Universitetet i Bergen, og førsteamanuensis Jon Våbenø, Institutt for farmasi, UiT Norges arktiske universitet.

Forsvar av oppgaven

2016, høst

Hovedbudskap

Kjemokinreseptoren CXCR4 er ­viktig for immuncellenes vandring og korrekt utvikling av organer, men er blant annet også involvert i hivinfeksjon og har forskjellige roller i ulike kreftsykdommer.

I dette doktorgradsprosjektet ble lead compounds basert på en kjent skjelettstruktur optimalisert og syntese av en ny skjelettstruktur ble utviklet. 

Flere forbindelser viser aktivitet mot CXCR4 og kan danne grunnlaget for videre arbeid.