Αλληλεπίδραση μεταλλικών ιόντων με το αντικαρκινικό αντιβιοτικό μπλεομυκίνη

Abstract

This PhD thesis deals with the interaction of the anticancer antibiotic with Ru(II), Ga(III) and Th(IV), and specifically for the Ru(II)-BLM its interaction with dioxygen and its cytotoxic effect in certain tumor cells. Depending on the system, various spectroscopic techniques have been employed in order to elucidate the metal binding sites. The Ru(II) complexes to BLM at low pH (pH=3.5) forming a first complex which evolves to a final one, where the metal binds to four N-ligands: N1 of pyrimidine, N3 of imidazole, the histidine amide and the secondary amine of β-amine-alanine. At pH=7, once again the interaction yields a first complex, which, that too, evolves to a final one in which a fifth N-ligand is added to the ruthenium: the terminal amine of β-amino-alanine. Both final complexes (at pH=3.5 and pH=7) bind and activate molecular oxygen, forming μ-oxo binuclear complexes (BLM-Ru-O-Ru- BLM). The oxidation state of ruthenium seems to be IV. The cytotoxicity tests showed that these complexes are stable in vivo, and therefore iron or copper does not displace that ruthenium. Th(IV) complexes with BLM at low pH (pH=2.5), forming an unstable complex. The thorium binding sites to BLM were found to be: the N1 of pyrimidine, the N3 of imidazole and the histidine amide. Ga(III) complexes with BLM at pH=7, forming a stable complex, in which the metal ion is ligaded to BLM via five N-ligands: N1 of pyrimidine, N3 of imidazole, the histidine amide and the primary and secondary amines of β-amine-alanine. From the three studied metallobleomycins, only the Ru-BLM and Ga-BLM are interesting for further biological studies and might find some clinical use, since only these two seems to be stable in the cellular environment.

Στην παρούσα διατριβή μελετήθηκε η αλληλεπίδραση των μεταλλικών ιόντων Ru(II), Ga(III) και Th(IV) με το αντικαρκινικό αντιβιοτικό μπλεομυκίνη (BLM) και επιπλέον για το Ru(II) μελετήθηκε η αλληλεπίδραση των συμπλόκων Ru(ΙΙ)-BLM με το Ο2 και η κυτταροστατική τους δράση. Συγκεκριμένα για τα προκύπτοντα σύμπλοκα εξετάστηκε η σφαίρα σύνταξης των μετάλλων με διάφορες φασματοσκοπικές μεθόδους ανάλογα με την περίπτωση (NMR, rRaman, ES-MS, CD). Συγκεκριμένα το Ru(II) συμπλέκεται με την BLM σε χαμηλό pH (pH=3.5) σχηματίζοντας ένα πρώτο σύμπλοκο το οποίο στην συνέχεια μετατρέπεται στο τελικό σύμπλοκο. Σ’ αυτό το μέταλλο συμπλέκεται με τέσσερις Ν-υποκαταστάτες της BLM: στο Ν1 της πυριμιδίνης, στο Ν3 του ιμιδαζολίου, στο αμίδιο της ιστιδίνης και στην δευτεροταγή αμίνη της β-άμινο-αλανίνης. Σε pH=7 το Ru(II) σχηματίζει ένα διαφορετικό πρώτο σύμπλοκο το οποίο μετατρέπεται πάλι σ’ ένα τελικό σύμπλοκο (διαφορετικό από το pH=3.5). Σ’ αυτό, στην σφαίρα σύνταξης του μετάλλου προστίθεται ένας 5ος Ν-υποκαταστάτης, η τελική αμίνη της β-άμινο-αλανίνης. Και τα δύο παραπάνω τελικά σύμπλοκα Ru(ΙΙ)-BLM (σε pH=3.5 και σε pH=7) συμπλέκουν και ενεργοποιούν το Ο2, σχηματίζοντας μ-όξο διπυρηνικά σύμπλοκα (BLM-Ru-O-Ru-BLM). Τα δύο μεταλλικά κέντρα φαίνεται να βρίσκονται σε οξειδωτική κατάσταση IV. Οι δοκιμασίες κυτταροτοξικότητας έδειξαν ότι τα σύμπλοκα είναι σταθερά στο κυτταρικό περιβάλλον, δεν εκτοπίζονται από σίδηρο ή χαλκό. Το Th(IV) αλληλεπιδρά με την BLM σε όξινο pH (pH=2.5) σχηματίζοντας ένα μη σταθερό σύμπλοκο. Τα σημεία σύμπλεξης βρέθηκαν ότι είναι το Ν1 της πυριμιδίνης, το Ν3 του ιμιδαζολίου και το αμίδιο της β-υδρόξυ-ιστιδίνης. Το Ga(III) με την BLM σχηματίζει ένα σταθερό σύμπλοκο σε pH=7. Η σφαίρα σύνταξης του γαλλίου περιλαμβάνει πέντε Ν-υποκαταστάτες της BLM: το Ν1 της πυριμιδίνης, το Ν3 του ιμιδαζολίου, το αμίδιο της ιστιδίνης και την δευτεροταγή και πρωτοταγή αμίνη της β-άμινο- αλανίνης. Από τις τρεις μελετούμενες μεταλλομπλεομυκίνες, μόνο οι Ru-BLM και Ga-BLM εμφανίζουν βιολογικό ενδιαφέρον και μπορούν να βρουν κάποια κλινική εφαρμογή, διότι αυτές μόνο φαίνεται να μπορούν να υπάρξουν στο κυτταρικό περιβάλλον.