Titelaufnahme

Titel
Targeting the coactivator-binding site of estrogen receptor : design of new lead structures and synthesis of novel compounds / vorgelegt von Nathalie Fahrner
VerfasserFahrner, Nathalie
Begutachter / BegutachterinnenGust, Ronald ; Wolber, Gerhard
Betreuer / BetreuerinnenGust, Ronald ; Schuster, Daniela
ErschienenInnsbruck, April 2016
UmfangV, 136 Blätter : Diagramme
HochschulschriftUniversität Innsbruck, Dissertation, 2016
Datum der AbgabeApril 2016
SpracheEnglisch
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Brustkrebs / Estrogenrezeptor / NRAM / Coaktivator / Chirale Phenylethylendiamine / Enantiomere / Diarylimidazoline / Computergestützte Arzneistoffentwicklung / Pharmakophor / Docking / Virtuelles Screening
Schlagwörter (EN)Breast cancer / Estrogen receptor / NRAM / Coactivator / Chiral phenylethylenediamines / Enantiomers / Diarylimidazolines / Computer-aided drug development / Pharmacophore / Docking / Virtual Screening
Schlagwörter (GND)Brusttumor / Östrogenrezeptor
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Die aktuellen Therapieoptionen zur Behandlung von hormonabhängigen Brusttumoren beschränkt sich auf Substanzen, die auf ähnliche Weise wie Estradiol mit der Hormonbindestelle des Estrogenrezeptors (ER ) interagieren. Um Einschränkungen der bestehenden Therapieoptionen zu umgehen, ist in den letzten Jahrzehnten die Entwicklung von Modulatoren mit einem alternativen Bindemodus stark in den Vordergrund getreten. In vorausgehenden Studien konnten in unserem Arbeitskreis Derivate von 4,5-Diarylimidazolinen entwickelt werden, die einen anderen Bindemodus als Estradiol aufweisen. Sie wurden als Typ-II-Estrogene klassifiziert. Erste Beispiele von kleinen Molekülen, die außerhalb der Hormonbindestelle mit dem ER interagieren wurden 2004 veröffentlicht. Diese Erkenntnisse eröffnen das Feld für die Entwicklung von sogenannten nuclear receptor alternate-site modulators (NRAM).

In vorliegender Arbeit wurden Methoden der computergestützten Arzneistoffentwicklung angewandt um neuartige Verbindungen zu entwickeln, die spezifisch mit der Coaktivator-Bindestelle (CABS) des ER interagieren und somit die Bindung von Coaktivatoren an diese verhindern. Ausgehend von Substanzen, die an die CABS von ER binden und deren biologische Aktivität bekannt ist, konnte ein Protokoll für eine Docking-Methode etabliert werden, die zur Vorhersage der Bindeposen potentieller NRAMs herangezogen werden kann. Zusätzlich wurden zwei Pharmakophor-Modelle entwickelt, die für ein virtuelles Screening von Datenbanken mit kommerziell erhältlichen Substanzen verwendet wurden. Ergebnisse dieses Screenings wurden biologisch evaluiert und beinhalten einen vielversprechenden Kandidaten mit einem IC50-Wert von 16 M, der dem von 4-Hydroxytamoxifen überlegen ist. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden Derivate von 4,5-Diarylimidazolinen hinsichtlich ihrer Stereochemie und möglichem Substitutionsmuster in silico untersucht und ausgewählte Verbindungen synthetisch hergestellt. Es konnte sowohl eine stereoselektive Syntheseroute von Phenylethylendiaminen, als auch eine NMR-Methode zur Bestätigung der Enantiomerenreinheit etabliert werden. Diese Methode kann nicht nur zur Unterscheidung zwischen chiralen Enantiomeren herangezogen werden, sondern eignet sich auch zur Differenzierung der meso-Form. Im weiteren ist diese Methode ausreichend sensibel um das Verhältnis der Enantiomere zu bestimmen. Durch die ersten biologischen Untersuchungen der synthetisierten Produkte konnte eine inhibitorische Wirkung an ER-abhängigen Brustkrebszellen ermittelt werden, wohingegen keine Aktivität an hormonunabhängigen Zellen gemessen wurde. Diese Ergebnisse deuten auf einen selektiven Wirkmechanismus am ER hin. Drei Kandidaten sind in höchstem Maße vielversprechend: (4S,5S)-4,5- Bis(2-chlorophenyl)-1-propylimidazolin, (4R,5R)-4,5-Diphenyl-1-pentylimidazolin und (4R,5R)-4,5-Bis(2- chlorophenyl)-1-propylimidazolin. Alle weisen IC50-Werte im Bereich von 30 M auf.

Zusammenfassung (Englisch)

Currently marketed treatment for hormone-dependent breast cancer, targeting the estrogen receptor (ER ), focuses on the interaction with the ligand-binding site (LBS) producing binding modes similar to estradiol. In order to overcome limitations of this current therapy, alternate-site modulators for several nuclear receptors (NR) have become of great interest during the last decades. In previous studies, our working group discovered 4,5-diarylimidazoline derivatives with a binding mode different to estradiol, so-called type II estrogens. The first examples of small molecules that interact with ER outside the LBS were described in 2004 and this opens the field for the design of nuclear receptor alternate-site modulators (NRAMs).

In this work, methods from computer-aided drug development (CADD) were applied for the design of novel compounds that interact specifically with the coactivator-binding site (CABS) of ER and thus inhibit the binding of coactivators. Based on biologically evaluated compounds binding to the CABS of ER , a protocol for docking could be established. This can be applied for predicting binding poses of potential NRAMs. In addition, two different pharmacophore models were derived and applied for virtual screening of databases containing commercially available compounds. Screening hits were biologically evaluated and contain one promising NRAM with an IC50 value of about 16 M, which is lower than for 4-hydroxytamoxifen. In the second part of this work, derivatives of 4,5-diarylimidazolines were analysed in silico concerning their stereochemistry and substitution pattern and selected candidates were synthesised. A route for stereoselective synthesis of chiral phenylethylenediamines and a novel NMR method for conformation of enantiopurity were established. This method is able to discriminate between chiral enantiomers and also between the meso-form. It is sensitive enough to be applied for the determination of enantiomeric ratios.

The first biological evaluation of the newly synthesised compounds revealed their inhibitory activity in ER-dependent breast cancer cells despite having no effect in hormone-independent cells, indicating a selective mode of action for the ER. Three compounds are highly promising: (4S,5S)-4,5- Bis(2-chlorophenyl)-1-propylimidazoline, (4R,5R)-4,5-diphenyl-1-pentylimidazoline and (4R,5R)-4,5- bis(2-chlorophenyl)-1-propylimidazoline. They all have IC50 values around 30 M.