Titelaufnahme

Titel
Untersuchungen zur Modulation des molekularen Wirkprofils von potenziellen neuen Arzneistoffen am Beispiel PPAR und COX-1/2
VerfasserObermoser, Victoria
Begutachter / BegutachterinGust, Ronald ; Obexer, Petra
Betreuer / BetreuerinGust, Ronald ; Kircher, Brigitte
Erschienen2016
Umfang114 Seiten
HochschulschriftInnsbruck, Univ., Diss., 2016
Anmerkung
Arbeit an der Bibliothek noch nicht eingelangt - Daten nicht geprüft
Datum der AbgabeDezember 2016
SpracheDeutsch
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)PPARgamma / pharmakologisches Profil / COX-1 / Cobalt-Komplexe
Schlagwörter (EN)PPARgamma / pharmacological profile / COX-1 / cobalt complexes
Zugriffsbeschränkung
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Zusammenfassung (Deutsch)

Die medizinische Chemie ist ein dynamisches Forschungsgebiet, das sich neben der Synthese von Arzneistoffen mit den molekularen Prinzipien derer Wirkung auseinandersetzt. Möglichst genaue Informationen über Struktur-Wirkung-Beziehungen sind unabdingbar, um neue Arz-neistoffe möglichst zielgerichtet für ein Target zu entwickeln. Neben der Aufgabe, Therapeutika für bisher nicht-behandelbare Krankheiten zu finden, hat es oberste Priorität, Resistenzen zu umgehen und Nebenwirkungen zu vermeiden bzw. so gering wie möglich zu halten.

Im Rahmen dieser Dissertation wurde am Beispiel von zwei Arzneistofftargets untersucht, wel-che strukturellen Voraussetzungen gegeben sein müssen, um gewisse molekulare Interaktion zwischen Arzneistoff und Target zu ermöglichen bzw. ein bestimmtes pharmakologisches Wirkprofil zu erhalten.

Das erste Projekt setzte sich mit der Untersuchung des pharmakologischen Profils neuer PPAR-Agonisten auseinander. PPAR ist ein nukleärer Hormonrezeptor, der neben seiner wichtigen Funktion im Fettsäure- und Kohlenhydratstoffwechsel eine Rolle bei der Entstehung von Krebs spielt. In früheren Arbeiten wurde der Angiotensin II Typ 1 Rezeptor-Antagonist Telmisartan bereits als partieller PPAR-Agonist mit einem differentiellen Coregulator-Interaktionsmuster charakterisiert. Das essentielle Grundgerüst für die PPAR-Aktivierung ist 4‘-((2-Propyl-1H-benzo[d]imidazol-1-yl)methyl)-[1,1‘-biphenyl]-2-carbonsäure, welches die Leitstruktur für die untersuchten neuen Substanzen darstellte.

Neben der Verlängerung der Alkylkette und der Variation bzw. Verschiebung des Carboxylats am Biphenyl-Rest wurde die Auswirkung eines Austauschs des 1H-Benzo[d]imidazol-Kern ge-gen andere Heteroaromaten sowie der Einfluss verschiedener distaler Substituenten an Position 5 oder 6 untersucht. Alle Substanzen wurden in einem zellbasierten Transaktivierungsassay hinsichtlich ihrer Wirksamkeit und Potenz an der humanen PPAR-Ligandenbindungsdomäne untersucht.

Es zeigte sich, dass n-Alkyl-Reste an Position 2 sowohl Aktivität als auch Potenz mit steigender Kettenlänge bis hin zu potentem vollen Agonismus erhöhen. Ebenso führt die Verschiebung der COOH-Gruppe am Biphenylrest von der ortho- in die para-Position zu vollem Agonismus. Sub-stituenten an Position 5 und 6 beeinflussen sowohl Potenz als auch Aktivität in Abhängigkeit von der Art und Position des Substituenten stark. Als aktivste Verbindungen in dieser Substanz-klasse wurden die Methoxyphenyl-substituierten Derivate charakterisiert. Die Untersuchung des Einflusses des zentralen 1H-Benzo[d]imidazols ergab, dass Austausch gegen ein 2,3-Dihydrobenzo[d]thiazol bzw. ein 1H-Indol nur zu unwesentlicher Veränderung der Aktivität führt, während Substitution des 2-Propyl-1H-benzo[d]imidazols durch ein Carbazol den Aktivi-tätsverlust zur Konsequenz hat.

Substanzen mit distalem Substituenten bzw. Substanzen vom Carbazol-Typ wurden zudem hinsichtlich ihrer Coregulator-Interaktion untersucht. Es zeigte sich, dass die Coaktivator-Rekrutierung in hohem Grade vom pharmakologischen Profil der Substanzen abhängt, die Corepressor-Freisetzung jedoch unabhängig von Potenz und intrinsischer Aktivität ungefähr im gleichen Ausmaß zustande kommt. In funktionellen Assays (Präadipozytendifferenzierungsas-say, Proliferationsassay) wurde ein Teil der Substanz außerdem in Hinblick auf mögliche klini-sche Anwendungen untersucht. Da sich aber keine Korrelation zur PPAR-Transaktivierung zeigte und etwaige Effekte wohl PPAR-unabhängig auftraten, wurde dies nicht weiterverfolgt.

Im Rahmen des zweiten Projekts wurden neue Organometallverbindungen mit Acetylsalicyl-säure-Substruktur bezüglich ihres COX-1/2-Inhibitorprofils und ihres zytotoxischen Potenzials untersucht.

([(Prop-2-ynyl)-2-acetoxybenzoate]dicobalthexacarbonyl (Co-ASS) wurde zuvor erfolgreich als unselektiver COX-1/2-Inhibitor mit hohem antiproliferativem Potenzial in verschiedenen Krebszelllinien charakterisiert. Die Inhibition der COX-1, welche für die basale Prostaglandin-Produktion zuständig ist, geht jedoch mit Nebenwirkungen einher. Da COX-2 mit abnormalem Zellwachstum und Tumorentwicklung assoziiert ist, ist eine selektive Inhibition dieses Isoenzyms erstrebenswert. Die katalytischen Zentren der beiden COX-Isoformen unterscheiden sich wesentlich durch die Präsenz einer Seitentasche, eingesäumt von einem spezifischen Ami-nosäuremuster, bei COX-2. Dies kann im Sinne unterschiedlicher pharmakologischer Suszeptibi-lität genutzt werden.

Mit dem Ziel Substanzen zu synthetisieren, die selektiv COX-2 hemmen, wurde in unserer Ar-beitsgruppe am Liganden der Co-ASS, der Propargylester der Acetylsalicylsäure, ein Chlor-Substituent eingebracht. Um den Einfluss der Chlor-Substituenten in unterschiedlichen Positio-nen zu untersuchen, wurden die neuen Derivate 3-Cl-Co-ASS,4-Cl-Co-ASS, 5-Cl-Co-ASS und 6-Cl-Co-ASS in umfangreichen biologischen Untersuchungen im Rahmen dieser Arbeit charakteri-siert.

Im COX-1/2-Inhibitorassay zeigte sich, dass Chlorierung der Co-ASS tatsächlich zu einer Reduk-tion der COX-1-Inhibition führte, während die Aktivität am COX-2 unbeeinflusst blieb. Die neu-en chlorierten Cobalt-Alkin-Komplexe vermochten die COX-1/2 auch im zellulären System zu inhibieren. In verschiedenen zellbasierten Assays wurde der Einfluss der Cl-Co-ASS-Derivate auf Proliferation, Apoptose und metabolische Aktivität untersucht. Die deutlich stärkere Aktivität der Komplexe in COX-1/2-exprimierenden Zellen im Vergleich zu COX-1/2-negativen Zellen deutet auf eine COX-1/2-abhängige Zytotoxizität hin.

Zusammenfassung (Englisch)

Medicinal chemistry is a dynamic area of research, which focuses not only on the synthesis of new drugs but also on investigations on their molecular interaction with a certain target. A de-tailed knowledge about structure-activity-relationship is indispensable to find drugs to cure intractable diseases and to improve preexisting compounds in terms of resistances and side effects.

Within the framework of this thesis, two drug targets were taken as examples to investigate a compounds structural prerequisites to obtain a certain pharmacological profile or a specific molecular interaction with the target.

In the first project, the pharmacological profile of new PPAR agonists was investigated. PPAR is a nuclear hormone receptor and it is an important regulator of fatty acid and carbohydrate metabolism. Besides these physiological functions it also has an impact on tumorigenesis and tumor development. Previously, the angiotensin II subtype 1 receptor antagonist telmisartan was characterized as a partial PPAR agonist with a specific coregulator interaction profile. 4‘-((2-Propyl-1H-benzo[d]imidazol-1-yl)methyl)-[1,1‘-biphenyl]-2-carboxylic acid was deter-mined as its essential core to achieve PPAR activation. The biological characterization of de-rivatives of this lead structure was the objective of this project.

The impact of the following structural changes was investigated: elongation of the alkyl chain at position 2 of the 1H-benzo[d]imidazole; exchange of the carboxylic acid residue in ortho-position of the biphenyl moiety or shift from ortho- to meta- and para-position; exchange of the central 1H-benzo[d]imidazole against another heterocyclic core; introduction of an aryl sub-stituent at position 5 or 6 of the 1H-benzo[d]imidazole or position 3 of the carbazole, respec-tively. All compounds were characterized in a cellular PPAR transactivation assay with regard to potency and efficacy.

tersucht.

It was shown that n-alkylation at position 2 of the 1H-benzo[d]imidazole leads to an increase in efficiency and potency, the heptyl-substituted derivative represents a potent full agonist. Also the shift of the COOH group from ortho to para position of the biphenyl moiety leads to full agonism. Furthermore, activity and potency are strongly influenced by aryl substituents at posi-tion 5 and 6 of the 1H-benzo[d]imidazole, position and type of substituent playing a major role. The m ethoxyphenyl derivatives were characterized as the most active and potent compounds in this group. We also exchanged the central 1H-benzo[d]imidazole by a 2,3-dihydrobenzo[d]thiazole and 1H-indole. The generated compound were comparably active as the lead structure. Exchange by a carbazole, however, led to a loss of activity.

Substances with a distal substituent were additionally characterized regarding their coregulator interaction pattern. It was shown that coactivator recruitment strongly depends on the phar-macological profile of the respective compound while corepressor release is roughly consistent independently of potency and efficacy. Functional assays (preadipocyte differentiation assay and cytotoxicity assay) were conducted to assess potential clinical applications of the new compounds. As occurring effects were independent of PPAR activation, these investigations were only performed for selected compounds.

In the second project new organometallic compounds with an acetylsalicylic acid substructure were investigated in regard to their COX-1/2 inhibitor profile and their cytotoxic potential.

[(Prop-2-ynyl)-2-acetoxybenzoate]dicobalthexacarbonyl (Co-ASS) demonstrated high growth-inhibitory potential against various tumor cell lines with inhibition of COX-1/2 as a probable mode of action. COX-1 is responsible for the basal prostaglandin synthesis and its inhibition goes along with side effects. COX-2, instead, is related to the development of cancer and abnormal tissue growth and therefore its selective inhibition is desirable. Both COX isoforms have similar active sites that differ in the presence of a side pocket in COX-2 surrounded by a different amino acid pattern than COX-1.

With the objective of creating compounds, that only interact with COX-2, we modified the lig-and of Co-ASS, an ASS moiety esterified by a propargyl group, and obtained its chlorinated de-rivatives 3-Cl-Co-ASS. 4-Cl-Co-ASS, 5-Cl-Co-ASS and 6-Cl-Co-ASS, respectively. The new com-pounds were characterized in comprehensive biological studies.

In an inhibitor assay using the isolated or recombinant COX-1/2 isoenzymes, the chloro deriva-tives were shown to have impaired potential to inhibit COX-1, while interaction with COX-2 remained almost unchanged. Also in the cellular assay, the new compounds were able to inhibit COX-1/2. Further, the compounds impact on proliferation, metabolic activity and apoptosis was assessed in cell-based assays, showing a distinctly higher activity in the COX-1/2 expressing cells compared to the COX-1/2 negative cells for all compounds. This suggests that cytotoxicity induced by the chlorinated cobalt complexes is due to a COX-2 dependent mechanism of action.