Φαρμακοχημική αξιοποίηση της ενονικής ομάδας: σχεδιασμός, σύνθεση, βιολογική μελέτη και υπολογισμός φυσικοχημικών χαρακτηριστικών

Abstract

Epidemiological and experimental studies have already established the functional relationship between Alzheimer disease, oxidative stress and inflammation.The reason that creates AD and other dementias is not fully discovered nor the links among all those paths. Τhus, attempts have been made to clarify these relationships and to introduce new therapeutic agents. Scope of this thesis is the design and synthesis of new pleiotropic compounds using the enone moiety as a basic scaffold, which will have multiple biological activities. In the present study a series of compounds: 2-hydroxy(TL), 4-hydroxy(TA) and bis-chalcones(FWD), aurones(TAL), pyrazole(phh), pyrazoline(semi) and pyrimidine(gua,thio) enone derivatives was designed and synthesized using modified methods and methods derived from the literature. The synthesis was based on a Claisen-Schmidt condensation, etherification and cyclization. The structures of the synthesized compounds were confirmed by spectral and elemental analysis. Their lipophilicity is experimentally determined by reversed-phase thin-layer chromatography method. Physicochemical properties were theoretically calculated and their log BBB values were predicted.All compounds were tested as antioxidant agents in five different assays: i) for their ability to react with DPPH, ii) to scavenge the cationic radical ABTS (FWD3=99%), iii) to inhibit lipid peroxidation (FWD3=100%) (FWD3=82%) induced by AAPH, iv) to inhibit lipid peroxidation of liposomes, and v) to intereact with luminole. Compounds were evaluated in vitro for their ability to inhibit soybean lipoxygenase (FWD15 IC50=50μΜ, FWD3 IC50=56μΜ, FWD4 IC50=55μΜ). The most promising derivatives were tested against h-15-Lox (TL4 IC50=9,5μΜ). Compounds were also evaluated for their ability to inhibit AChE, to interact with GSH and to inhibit β-amyloid accumulation. The compounds were studied in vitro for their cytotoxitity and toxicity against mosquito larvae. Some of the derivatives were tested in vivo as possible anti-inflammatory agents in the carragenin protocol. However, the results were low. The most potent compound FWD3 was tested in vivo in several behavioral tests (Von Frey and Hot plate). The results are discussed in terms of structural and physicochemical characteristics of the compounds. Moreover, the pharmacokinetic profile and mode of metabolism of these compounds was investigated using computational methods. The pharmacokinetic findings seem quite interesting anduseful to the design and optimization of the pharmacokinetic profile of new derivatives. As the most probable sites of metabolism for the enzymes CYP1A1 and CYP1A2 are the hydrogens of the –CH2CH2CH2O– linkage, it seems possible that the ethers of the double chalcones act as active metabolites. Compounds FWD2 and FWD3 were found to be the most potent LOX and AChE inhibitors among the tested derivatives with a significant anti-lipid peroxidation profile. The α, β -unsaturated ketone moiety is considered the key pharmacophore feature. The presence of a double enone group supports better biological results, whereas the rest structural element seems to quantitatively offer to the activity. The results suggested FWD2 and FWD3 as new pleiotropic agents against AD. The presence of the enone moiety double/simple and /or of the conjugated double bond supports the biological results. The findings verify our design and principal hypothesis.

Σύμφωνα με επιδημιολογικές μελέτες και την ανασκόπηση της βιβλιογραφίας αποδεικνύεται η σχέση που συνδέει της νευροεκφυλιστικές παθήσεις και ειδικότερα την νόσο Αλτσχάιμερ με διάφορες παθοφυσιολογικές λειτουργίες του οργανισμού όπως το οξειδωτικό στρες, την παρουσία φλεγμονής και την δράση του ενζύμου ακετυλοχολινεστεράση. Οι μηχανισμοί που συσχετίζουν τις καταστάσεις αυτές με την ίδια την νόσο και την παθοφυσιολογία της δεν είναι πλήρως αποσαφηνισμένοι. Η πολύπλευρη φύση της νόσου αποτέλεσε το έναυσμα για τον σχεδιασμό ενώσεων με πλειοτρόπες δράσεις που έχουν την δυνατότητα να δρουν σε πολλά επίπεδα. Ως βασικός δομικός σκελετός των ενώσεων αυτών χρησιμοποιήθηκε το σύστημα των α,β-ακόρεστων κετονών , γνωστότερο ως ενονική ομάδα, καθώς είναι μια ομάδα που από την βιβλιογραφία φαίνεται να εμφανίζει εφαρμογή σε μεγάλο αριθμό βιοδραστικών μορίων. Για τον λόγο αυτό συντέθηκαν μια σειρά από ενονικά παράγωγα μεταξύ των οποίων 2-υδροξυ, 4-υδροξυ και διπλά υποκατεστημένες χαλκόνες, αουρόνες, αιθερικά ενονικά παράγωγα όπως επίσης και μια σειρά από πυραζολικά, πυραζολινικά και πυριμιδινικά παράγωγα της ενόνης. Η σύνθεσή τους πραγματοποιήθηκε με αλδολικές συμπυκνώσεις τύπου Claisen-Schmidt, αιθεροποιήσεις και κυκλοποιήσεις. Για τις ενώσεις έγινε υπολογισμός και μελέτη συσχετισμού των δράσεων με τις φυσικοχημικές τους ιδιότητες καθώς και θεωρητική μελέτη των μηχανισμών μεταβολισμού τους. Οι ενώσεις δοκιμάστηκαν για την αντιοξειδωτική τους ικανότητα έναντι της ελεύθερης ρίζας DPPH, της λιπιδικής υπεροξείδωσης που επάγεται από το AAPH (FWD3=100%) αλλά και λιποσώματα (FWD3=82%), την αλληλεπίδρασή τους με την λουμινόλη και την κατιονική ρίζα ABTS (FWD3=99%). Για τον έλεγχό της αντιφλεγμονώδους δράσης τους μελετήθηκε η αναστολή που προκαλούν στην λιποξυγονάση φυτικής προέλευσης (FWD15 IC50=50μΜ, FWD3 IC50=56μΜ, FWD4 IC50=55μΜ) και την h-15-Lox (TL4 IC50=9,5μΜ). Επίσης μελετήθηκε η αναστολή τους στην δράση του ενζύμου AChE, η σύζευξη τους με την GSH, και η δυνατότητα τους να αναστέλλουν τον σχηματισμό των β-Αμυλοειδών πλακών. Για τις ενώσεις έγινε επίσης μελέτη κυτταροτοξικότητας και μελέτη τοξικότητας σε προνύμφες κουνουπιών. Η ένωση FWD3 επιλέχθηκε και για επιπλέον μελέτη σε in vivo δοκιμασίες όπως πειράματα συμπεριφοράς και δοκιμασία καραγγενίνης. Οι δομές όλων των ενώσεων που συντέθηκαν, επιβεβαιώθηκαν με στοιχειακές αναλύσεις και φασματοσκοπική εξέταση IR, 1H-NMR, 13C-NMR και MS.Τα αποτελέσματα αυτά μας οδηγούν στο να μπορούμε να προτείνουμε τις ενώσεις FWD2 και FWD3 ως νέους πολυδραστικούς παράγοντες έναντι της νόσου Αλτσχαιμερ. Η παρουσία της διπλής ενονικής ομάδας υποστηρίζει την εμφάνιση καλύτερων αποτελεσμάτων στις βιολογικές δοκιμασίες. Οι σχέσεις που προέκυψαν, μελετήθηκαν και έγινε προσπάθεια να εξηγηθούν και τα συμπεράσματα τα οποία εξήχθηκαν να χρησιμοποιηθούν στο σχεδιασμό και τη σύνθεση των νέων παραγώγων μας. Από τα αποτελέσματα που λάβαμε επιβεβαιώνεται η ύπαρξη της προβλεφθείσας βιολογικής δράσης για τις ενώσεις που συνθέσαμε, ενώ μπορούμε να καταλήξουμε σε ορισμένα συμπεράσματα όσον αφορά στα δομικά και φυσικοχημικά χαρακτηριστικά των υπό εξέταση παραγώγων, τα οποία είναι σημαντικά για την εμφάνιση δράσης.