Medicinal chemistry approaches for novel DNA ligands
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| Data de Publicação: | 2017 |
| Idioma: | eng |
| Título da fonte: | Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) |
| Texto Completo: | http://hdl.handle.net/10451/32677 |
Resumo: | Tese de doutoramento, Farmácia (Química Farmacêutica e Terapêutica), Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2018 |
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Medicinal chemistry approaches for novel DNA ligandsTeses de doutoramento - 2018Domínio/Área Científica::Ciências Médicas::Medicina BásicaTese de doutoramento, Farmácia (Química Farmacêutica e Terapêutica), Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2018As nucleic acid lesions are involved in most of the diseases, deoxyribonucleic acid (DNA) and ribonucleic acid are attractive targets for drug design. Due to the high homogeneity of B-DNA, the main drawback of DNA binding drugs is their random distribution thereby affecting genome functions in an uncontrolled manner. To overcome this situation, secondary structures such as G-quadruplexes (G4), which can be found in genome regions involved in cell proliferation and genome stability, can be target. This thesis opened new perspectives and reinforced previously existing perceptions over the structural feactures that G4 ligand should have. With regards to non-fused aromatic ligands, this work confirmed that the presence of more than one aromatic core (such as benzene or naphtalene) seems to be essential to: (a) have an aromatic surface big enough to selectively interact with the G-quartet; (b) give some rigidity to the structure. Respecting the polyaromatic fused compounds, a new scaffold (benzo[h][1,6]naphthyridin-2(1H)-one) was tested as G4 ligand aromatic core and the FRET melting data give information that can be used in the design of new derivatives. Besides that, it is also essential to highlight the very good antiproliferative results obtained with some of the compounds synthesised. Alternativelly, peptide nucleic acids (PNAs) also have nucleic acids as drug target. Attempts to understand the structureactivity relationship and improve solubility, cell permeability, bioavailability, and binding orientation with nucleic acids of PNA have resulted in several structural modifications, such as α-PNA. α-PNA has a backbone consisting of α-amino acids, some of them carrying a nucleobase in their side chain. This thesis also described their synthesis of new α-PNA monomers containing sulfur. From a chemical point of view, this work is also interesting for the variety of reactions that were employed where the click thiol-ene reactions stood out.Tendo em conta que as lesões ou mutações nas moléculas de ácidos nucleicos contribuem para a etiopatogenia da maioria das doenças (como por exemplo as neoplasias malignas) os ácidos desoxirribonucleico e ribonucleico têm sido encarados como importantes alvos terapêuticos. No entanto, a sua elevada homogeneidade estrutural torna difícil a acção dos fármacos em regiões específicas do genoma. Esta ligação não específica às moléculas de ácidos nucleicos resulta, muitas vezes, em reacções adversas. Para evitar estas reacções adversas é importante desenvolver fármacos que actuem em regiões específicas do genoma. Ao longo dos tempos, diferentes abordagens têm sido adoptadas com esse objectivo entre elas a síntese de moléculas que tenham como alvo estruturas secundárias específicas, como os Gquadruplexes (G4), ou mesmo sequências de nucleótidos específicas. Os G4 são estruturas secundárias de sequências de ácidos nucleicos ricos em guanina que são capazes de se organizar num arranjo em quadrado de guaninas (tétradas) estabilizado por ligações de hidrogénio e pela existência de catiões monovalentes no centro das tétradas. Os G4 podem ser intramoleculares, bimoleculares ou tetramoleculares e dependendo da direcção das cadeias ou partes da cadeia que formam as tétradas, as estruturas podem ser descritas como paralelas ou antiparalelas. Deste modo, os G4 têm algumas características estruturais que os permitem diferenciar da dupla hélice de ácido desoxirribonucleico como (a) uma maior superfície aromática das tétradas de guanina disponível para interacções com os fármacos, (b) os quatro sulcos que se diferenciam dos sulcos da dupla hélice de ácido desoxirribonucleico no que diz respeito à profundidade, largura, potencial electrostático e distribuição dos átomos que participam nas ligações de hidrogénio e (c) a presença do ião metálico. Estas sequências ricas em guaninas são um interessante alvo terapêutico não só pelas suas características estruturais mas sobretudo por se localizarem geralmente em regiões do genoma envolvidas na divisão celular (como por exemplo nos promotores dos oncogenes) ou nas extremidades dos cromossomas (telómeros). O objectivo dos ligandos de G4 é estabilizar estas estruturas secundárias dos ácidos nucleicos de modo a evitar a divisão e proliferação celular (no caso dos G4 presentes nos promotores dos oncogenes) ou evitar a conservação do tamanho dos telómeros (associada à imortalidade das células característica das células neoplásicas). Apesar das diferenças estruturais supracitadas, um dos maiores desafios para o desenvolvimento de moléculas que estabilizem os G4 é a sua pouca selectividade relativamente à dupla hélice de ácido desoxirribonucleico. Com o objectivo de aumentar esta selectividade, os ligandos de G4 apresentam geralmente as seguintes características estruturais: (a) uma extensa superfície aromática com tamanho e forma similar à das tétradas de guanina de modo a estabelecerem interacções de empilhamento π-π, (b) cadeias laterais com grupos carregados positivamente capazes de interagir com os grupos fosfato presentes nos sulcos e assegurar a solubilidade das moléculas e (c) um centro catiónico no núcleo aromático que geralmente interage com o centro electrostático negativo do G4. Os ligandos de G4 descritos na literatura dividem-se em 3 grupos: compostos macrocíclicos, poliaromáticos fundidos e aromáticos não fundidos. Esta tese apresenta a síntese de duas novas famílias de moléculas (desenhadas com base nas características previamente referidas para os ligandos de G4) e que foram testadas como potenciais ligandos de G4 recorrendo à transferência ressonante de energia por fluorescência (FRET). No Capítulo II são descritos compostos simétricos cujo núcleo aromático é o benzeno, o naftaleno ou o 2,7-bifenilnaftaleno e que contêm heteroatomos (enxofre na maioria dos compostos) nas suas cadeias laterais. Estes compostos pertencentes à família dos compostos aromáticos não fundidos, revelaram não aumentar significativamente a estabilidade das sequências oligonucleotídicas testadas. Estes resultados realçam a importância de existir mais de um anel aromático na estrutura dos ligandos aromáticos não fundidos de modo a que: (a) a superfície aromática dos compostos seja suficientemente grande para estabelecer interacções de empilhamento π-π com as tétradas de guanina; e (b) para conferirem rigidez à estrutura. Alguns destes compostos apresentaram actividade antiproliferativa interessante em três linhas tumorais e aumentaram significativamente os níveis de apoptose quando as células foram expostas à concentração da molécula que induziu metade do efeito máximo. Com base nestes resultados, a indução da apoptose parece ser importante para o mecanismo de acção destes compostos ao passo que a estabilização dos G4 não parece ter um papel relevante. Com o objectivo de melhorar a capacidade de estabilização de G4, um grupo de compostos pertencentes à família de compostos poliaromáticos fundidos foi sintetizado, conforme descrito no Capítulo III. Estes compostos derivados de benzo[h][1,6]naftiridin-2(1H)-ona não são simétrico (contrariamente aos compostos descritos no Capítulo II) e possuem uma maior superfície aromática. Estas moléculas apresentaram uma melhor capacidade de estabilização do G4 quando comparados com os compostos descritos no Capítulo II. Além disso, os resultados obtidos com os ensaios de FRET forneceram informações que poderão ser úteis futuramente na síntese de compostos derivados deste núcleo aromático. Alternativamente aos compostos que têm como objectivo a estabilização de G4, foram sintetizadas moléculas cujo alvo são sequências nucleotídicas específicas. Os oligonucleótidos naturais possuem limitações importantes à sua acção como o facto de (a) poderem ser degradados por nucleases, tanto in vivo como in vitro, e por isso serem clivados antes de atingirem o alvo, (b) terem dificuldade em penetrar na célula atravessando a membrana, e (c) a sua síntese ser pouco rentável. Por este motivo, foram desenvolvidos análogos dos oligonucleótidos com capacidade de estabelecer interações específicas com bases azotadas dos ácidos nucleicos, mas com uma maior estabilidade em meio biológico, maior capacidade de atravessar membranas e mais facilmente sintetizáveis. Dentro dos vários análogos de oligonucleótidos sintetizados encontram-se os ácidos nucleicos peptídicos. Nestes análogos o esqueleto ribose-fosfato foi substituído por um pseudopéptido com bases azotadas nas cadeias laterais. Os ácidos nucleicos peptídicos apresentam algumas vantagens quando comparados com os ácidos nucleicos naturais nomeadamente o facto de (a) não serem degradados nem por nucleases nem por proteases; (b) terem pouca afinidade para as proteínas plasmáticas; (c) terem uma maior afinidade e especificidade para cadeias de ácidos nucleicos que as duas cadeias de ácido desoxirribonucleico que constituem a dupla hélice, e (d) a sua síntese ser menos complexa uma vez que se baseia na formação de ligações peptídicas entre os diferentes monómeros. Os ácidos nucleicos peptídicos podem ter várias aplicações nomeadamente na terapêutica, no diagnóstico e como sondas. Com o objectivo de melhorar algumas das características dos ácidos nucleicos peptídicos como a sua solubilidade, permeabilidade celular ou biodisponibilidade foram feitas algumas alterações estruturais. Um dos exemplos desta modificação são os α-ácidos nucleicos peptídicos em que o esqueleto do análogo é composto por α-aminoácidos, alguns dos quais com uma base azotada na cadeia lateral. Para a síntese deste análogo de oligonucleótidos são necessários aminoácidos quiméricos. Na literatura, já foram descritos, por exemplo, derivados da alanina, homoalanina, serina tirosina, lisina e prolina. O Capítulo IV desta tese foca-se na síntese de aminoácidos quiméricos derivados da cisteína que poderão vir a ser utilizados como monómeros na síntese de α-ácidos nucleicos peptídicos. A escolha da cisteína teve como objectivo aumentar a variabilidade estrutural dos α-ácidos nucleicos peptídicos. Futuramente, poder-se-á verificar qual o impacto da presença destes aminoácidos quiméricos com um átomo de enxofre na afinidade dos α-ácidos nucleicos peptídicos que os incorporem para as sequências-alvo de oligonucleótidos. De um ponto de vista sintético também é importante realçar a grande diversidade de reações que foram utilizadas durante a elaboração deste trabalho. A reações tiol-eno merece ser destacada não só por ter sido essencial na síntese dos monómeros α-ácidos nucleicos peptídicos mas também por ter sido usada na síntese dos ligandos descritos no Capítulo II.Ressurreição, Ana Sofia Marques daMoreira, Rui, 1960-Repositório da Universidade de LisboaDuarte, Ana Rita Português 1986-2018-04-10T08:55:50Z201820172018-01-01T00:00:00Zdoctoral thesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/32677TID:101543808enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiainstacron:RCAAP2025-03-17T13:51:36Zoai:repositorio.ulisboa.pt:10451/32677Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-29T02:56:25.630309Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse |
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