Εκλεκτικοί αναστολείς πρωτεϊνικών κινασών: σχεδιασμός, σύνθεση και μοριακή μοντελοποίηση νέων, ευρέως τροποποιημένων αναλόγων της Ιματινίβης: εισαγωγή των δομών της Χρωμόνης και της Κουμαρίνης

Abstract

Protein kinases are enzymes that modify other proteins by phosphorylating them. Protein kinases, the major signal transducers involved in all signaling pathways of the cell, are known to affect cellular processes by enzymatically transferring the ATP terminal phosphate group to the hydroxyl of the side chain of serine, threonine, or tyrosine. Selective inhibition of protein kinases, through the synthesis of these inhibitors, has been established as one of the most promising therapeutic strategies for the treatment of diseases such as cancer. Mutations in protein kinase molecules sometimes lead to the autonomic, uncontrolled, behavior of cancer cells, disrupting the mechanisms that regulate cell division, survival, and apoptosis. Many cancers are caused by such mutations. The drug Glivec or Imatinib from the pharmaceutical company "Novartis", a derivative of phenylaminopyrimidine, is the first selective protein kinase inhibitor, which has been successfully administered for several years for the treatment of Chronic Myeloid Leukemia. In the present Ph.D. dissertation we describe the design, synthesis and characterization of new phenylaminopyrimidine derivatives analogous to the medicinal product Imatinib, with structural changes involving: a) removal of the N-methylpiperazine ring and its replacement by substituted benzene rings, chromone and coumarin structures b) the connection of the pyridine to the 4-position of the pyrimidine ring as well as the replacement of the 3-pyridine ring A by a 3-methoxy-benzene ring, b) the replacement of the -NH-linking group between B and C rings by - NHCH2-, or -NHCO- while there are various combinations of the above categories. Another objective of the present PhD thesis was to provide an improved process for the preparation of the imatinib analogues, overcoming the difficulties of the synthetic process described in patents of the Novartis Company. By our synthetic method the inhibitors were isolated much easier and also obtained in higher yields compared to the Novartis synthetic method. All the 22 new inhibitors described herein were fully characterized by IR, 1H NMR, 13C NMR spectroscopy, as well as by high resolution mass spectrometry. The new compounds provide a platform for further drug development against the therapeutically important receptor family PDGF, and they also provide insight into alternative ways of engineering drugs with altered biological activity.

Οι πρωτεϊνικές κινάσες είναι ένζυμα τα οποία τροποποιούν άλλες πρωτεΐνες φωσφορυλιώνοντας αυτές. Οι πρωτεϊνικές κινάσες, οι κύριοι μεταγωγοί σημάτων, εμπλεκόμενες σε όλες τις σηματοδοτικές οδούς του κυττάρου, ως γνωστόν, επηρεάζουν τις 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. Η εκλεκτική αναστολή των πρωτεϊνικών κινασών, μέσω της σύνθεσης αναστολέων αυτών, έχει καθιερωθεί ως μία από τις πλέον υποσχόμενες θεραπευτικές στρατηγικές για την αντιμετώπιση ασθενειών, όπως ο καρκίνος. Tυχόν μεταλλάξεις των μορίων των πρωτεϊνικών κινασών οδηγούν ενίοτε στην αυτόνομη, μη ελεγχόμενη, συμπεριφορά των καρκινικών κυττάρων, διαταράσσοντας τους μηχανισμούς που ρυθμίζουν τη διαίρεση, την επιβίωση και την απόπτωση των κυττάρων. Πολλές μορφές καρκίνου οφείλονται σε τέτοιου είδους μεταλλάξεις. Το φαρμακευτικό σκεύασμα Glivec ή Imatinib της φαρμακευτικής εταιρίας “Novartis”, ένα παράγωγο της φαινυλαμινοπυριμιδίνης, είναι ο πρώτος εκλεκτικός αναστολέας πρωτεϊνικής κινάσης, που χορηγείται εδώ και μερικά χρόνια επιτυχώς για τη θεραπευτική αντιμετώπιση της Χρόνιας Μυελογενούς Λευχαιμίας (CML). Στην παρούσα διδακτορική διατριβή περιγράφεται ο σχεδιασμός, η σύνθεση και ο χαρακτηρισμός νέων παραγώγων της φαινυλο αμινοπυριμιδίνης, αναλόγων του φαρμακευτικού σκευάσματος Imatinib, με δομικές μεταβολές που αφορούν : α) την απομάκρυνση του Ν-μεθυλοπιπεραζινικού δακτυλίου και την αντικατάσταση του από υποκατεστημένους βενζολικούς δακτυλίους , δομές χρωμόνης και κουμαρίνης β) την σύνδεση της πυριδίνης στην 4-θέση του πυριμιδινικού δακτυλίου καθώς και αντικατάσταση του 3-πυριδινικού δακτυλίου Α από 3-μεθοξυ-βενζολικό δακτύλιο, β) την αντικατάσταση της ομάδας σύνδεσης –NH-μεταξύ Β και C δακτυλίων από -ΝΗCH2-, ή -NHCO- ενώ υπάρχουν και διάφοροι συνδυασμοί των ως ανωτέρω κατηγοριών. Επιπλέον, στο πλαίσιο της παρούσας διδακτορικής κατέστη εφικτή η ανάπτυξη μιας αποδοτικότερης και απλούστερης μεθόδου σύνθεσης αναλόγων του φαρμακευτικού σκευάσματος Glivec, σε σχέση με τη μέθοδο σύνθεσης όπως αυτή περιγράφεται στην κατοχύρωση της Φαρμακοβιομηχανίας Novartis, με τη βελτιστοποίηση των συνθηκών και των αποδόσεων διαφόρων σταδίων. Οι 22 νέες ενώσεις έχουν χαρακτηρισθεί πλήρως (IR, 1H-NMR, 13C-NMR, φάσματα μαζών υψηλής ευκρίνειας/ESI-HRMS).Οι νέες ενώσεις προσφέρουν ένα δομικό μοτίβο για περαιτέρω ανάπτυξη αναστολέων έναντι της σπουδαίας οικογένειας υποδοχέων των πρωτεϊνικών κινασών PDGF, καθώς και εναλλακτική οδό και για το σχεδιασμό φαρμάκων με εκλεκτική βιολογική δράση έναντι άλλων πρωτεϊνικών κινασών.