Σχεδιασμός, σύνθεση και αποτίμηση βιολογικής δραστικότητας νέων ινδολικών παραγώγων, αναλόγων φυσικών προϊόντων ως πιθανοί αναστολείς πρωτεϊνικών κινασών

Abstract

Protein kinases are key components of many cellular signaling pathways and play a crucial role in vital cellular processes. Deregulation of protein kinase activity results in a wide range of pathological disorders among which cancer plays a prominent role. Over the past decades, a great deal of research has been directed towards the discovery of new protein kinase inhibitors. As a result, a number of small molecules have been licensed for the treatment of various types of cancer, while many others are under clinical trials.The majority of protein kinase inhibitors reported in the literature are small heterocycles targeting the ATP-binding site of the enzymes. Despite their structural diversity, recent data indicate that their structures cover a limited part of chemical space. Moreover, many bioactive protein kinase inhibitors contain an azepinone motif as part of their structure, which is involved in important binding interactions with the ATP-binding site and contributes to their selectivity.Based on these observations, we have focused on the generation of new azepinone containing scaffolds, aiming at the discovery of new chemotypes with potential protein kinase inhibitory activities. Particularly, the design and synthesis of small tetracyclic heterocycles, which bear two new regioisomeric 2-carboxyethyl-1H-pyrrole-annulated indoloazepinone scaffolds was studied.Concise access to the new regioisomeric tetracyclic derivatives was accomplished through amide coupling of appropriate pyrrole and indole precursors followed by an intramolecular Heck coupling reaction of the intermediate amide conjugates.Preliminary evaluation of four newly synthesized tetracyclic molecules against a panel of fifty protein kinases at a single concentration of 10 μΜ indicated their inhibitory activities and revealed promising selectivity profiles. The obtained data revealed that a limited number of kinase targets were inhibited more than 70% by the tested derivatives. The new compounds displayed no significant antiproliferative activity against MCF-7 cancer cells. Importantly, derivative 49b exhibited selective TAK1 kinase inhibitory activity and figures as a promising hit compound for the discovery of new TAK1 inhibitors.

Οι πρωτεϊνικές κινάσες εμπλέκονται σε πλήθος σηματοδοτικών μονοπατιών και διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο σε ζωτικές κυτταρικές λειτουργίες. Η απορρύθμιση της λειτουργίας τους έχει ως επακόλουθο την εμφάνιση παθολογικών καταστάσεων, μεταξύ των οποίων ο καρκίνος έχει εξέχοντα ρόλο. Κατά τις τελευταίες δεκαετίες, έχει αναπτυχθεί έντονο ερευνητικό ενδιαφέρον για την ανακάλυψη νέων αναστολέων, με εκλεκτική ανασταλτική δράση έναντι συγκεκριμένων κινασών. Ως αποτέλεσμα αυτών των προσπαθειών, ένας σημαντικός αριθμός μικρών μορίων έχουν λάβει έγκριση για τη θεραπεία διαφόρων μορφών καρκίνου, ενώ πολλοί άλλοι βρίσκονται υπό μελέτη σε κλινικές δοκιμές.Η πλειονότητα των αναστολέων πρωτεϊνικών κινασών, που περιγράφονται στη βιβλιογραφία, είναι μικρά ετεροκυκλικά μόρια, που στοχεύουν τη θέση πρόσδεσης του ATP των ενζύμων. Παρόλη την χημική ετερογένεια τους, πρόσφατα δεδομένα αποδεικνύουν ότι αυτή κινείται εντός ορίων. Επιπλέον, αρκετοί βιοδραστικοί αναστολείς περιέχουν στη δομή τους ένα δακτύλιο αζεπινόνης, ο οποίος εμπλέκεται σε κρίσιμες αλληλεπιδράσεις με τη θέση δέσμευσης του ATP και συνεισφέρει στην εκλεκτικότητά τους.Με βάση τις προηγούμενες παρατηρήσεις, η παρούσα μελέτη εστίασε στον σχεδιασμό νέων ετεροκυκλικών μορίων που ενσωματώνουν δακτύλιο αζεπινόνης, με απώτερο σκοπό την ανακάλυψη νέων χημειοτύπων με ανασταλτική δράση έναντι πρωτεϊνικών κινασών. Ειδικότερα, σχεδιάσθηκαν νέα τετρακυκλικά ετεροκυκλικά μόρια, ανάλογα δύο τοποϊσομερών σκελετών, οι οποίοι έφεραν ένα τρικυκλικό ινδολοαζεπινονικό σύστημα, συμπυκνωμένο κατάλληλα με έναν 2-καρβοξυαιθυλο-1Η-πυρρολικό δακτύλιο.Η σύνθεση των νέων τετρακυκλικών ενώσεων περιελάμβανε την αμιδική σύζευξη κατάλληλων πρόδρομων πυρρολικών και ινδολικών παραγώγων και την ενδομοριακή Pd-καταλυόμενη σύζευξη Heck των προκυπτόντων αμιδικών συζευγμάτων.Τέσσερα νέα τετρακυκλικά παράγωγα που συντέθηκαν στα πλαίσια της μελέτης αυτής προωθήθηκαν σε βιολογικές δοκιμασίες για την προκαταρκτική αποτίμηση της βιολογικής δραστικότητάς τους. Οι ενώσεις παρουσίασαν ενδιαφέρουσες ανασταλτικές δράσεις και ικανοποιητικό προφίλ εκλεκτικότητας έναντι μίας αντιπροσωπευτικής ομάδας πενήντα πρωτεϊνικών κινασών, καθώς ανέστειλαν έναν περιορισμένο αριθμό ενζύμων σε ποσοστό άνω του 70%, όταν ελέχθησαν σε τελική συγκέντρωση 10 μM. Ωστόσο, δεν εμφάνισαν ικανότητα αναστολής του πολλαπλασιασμού καρκινικών κυττάρων MCF-7. Αξίζει να σημειωθεί, το παράγωγο 49b, εμφάνισε εκλεκτική ανασταλτική δράση έναντι της TAK1 κινάσης και αναδείχθηκε ως μία ενδιαφέρουσα πρόδρομη ένωση για την ανακάλυψη νέων ΤΑΚ1 αναστολέων, με πιθανές θεραπευτικές εφαρμογές.