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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.9.2020.tde-25062021-163447
Document
Author
Full name
Nuno Albuquerque Tavares Ferreira da Silva
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2020
Supervisor
Committee
Parise Filho, Roberto (President)
Machado Neto, João Agostinho
Fernandes, João Paulo dos Santos
Santos, Alcindo Aparecido dos
Title in Portuguese
Planejamento, síntese, modelagem molecular e avaliação biológica de novos potenciais inibidores duais HDAC/ MMP não-hidroxamatos
Keywords in Portuguese
Ancoramento molecular
Arilsulfonamidas
Câncer
Grupo ligante de zinco
Inibidores de histona desacetilase
Inibidores de metaloproteinases
Inibidores duais
Não-hidroxamatos
Abstract in Portuguese
A inibição de alvos específicos como metaloproteinase de matriz (MMP) e histona desacetilase (HDAC) é amplamente estudada para impedir o progresso do câncer. Foi estabelecido que a inibição concomitante de MMP e HDAC é eficaz no combate de tumores sólidos e hematológicos. Ambos os alvos possuem um íon Zn2+ em seu sítio ativo, fundamental para a atividade destas enzimas. A alta afinidade dos inibidores conhecidos de MMP e de HDAC é conferida, principalmente, por um potente grupo ligante de zinco (ZBG). O ácido hidroxâmico é o ZBG mais potente conhecido atualmente, entretanto, este apresenta instabilidade farmacocinética, levando a ineficácia e genotoxicidade em testes clínicos. Frente a este contexto, o presente trabalho teve como objetivo o planejamento, síntese, modelagem molecular e avaliação biológica de novos inibidores duais MMP/HDAC não-hidroxamatos. Os compostos foram planejados utilizando estratégias de hibridação molecular, a partir de arcabouços provenientes inibidores de HDAC e MMP, gerando compostos arilsulfonamídicos com variações no tipo de ZBG inserido e na sua respectiva posição relativa na estrutura geral. Foram sintetizados sete análogos, em duas a três etapas reacionais, utilizando métodos de sulfonilação e acoplamento com agentes condensantes, partindo dos ésteres para e meta aminobenzoicos. Os rendimentos globais variaram de 25% a 55% e os produtos obtidos foram caracterizados por RMN 1H e 13C, LC/MS, CLAE e ponto de fusão. Os compostos tiveram sua atividade citotóxica avaliada em células HOG (oligodendroma) e T98G (glioblastoma), dentre os quais o 6a, que possui o ZBG 2-amino anilida, foi o mais promissor, apresentando atividade nas duas linhagens na casa de nM. Ensaios de coordenação com Fe2+ comprovaram a capacidade quelante dos análogos contendo ácido hidroxâmico e dos demais compostos citotóxicos, 4a e 4b (ZBG-2, salicilal-hidrazona), o que não foi observado para o composto 6a. Os estudos de ancoramento molecular permitiram sugerir um modo de interação para todos os ZBG propostos frente aos respectivos alvos (HDAC e MMP), sendo observado que o ZBG 4 (2-amino anilida) faria a interação de modo monodentado com a HDAC, enquanto não seria possível o encaixe no sítio catalítico da MMP. Conclui-se, portanto, que o planejamento proposto permitiu a obtenção de compostos promissores como antitumorais, e que a substituição do ácido hidroxâmico por outros ZBG fornece moléculas ativas frente a células tumorais. Entretanto, a avaliação biológica frente à MMP e HDAC é necessária para confirmar o mecanismo de ação proposto.
Title in English
Design, synthesis, molecular modeling and biological evaluation of novel potential non-hydroxamate dual HDAC/ MMP inhibitors
Keywords in English
Arylsulfonamides
Cancer
Dual inhibitors
Histone deacetylase inhibitors
Metalloproteinase inhibitors
Molecular docking
Non-hydroxamates
Zing binding group
Abstract in English
Inhibition of specific targets such as matrix metalloproteinase (MMP) and histone deacetylase (HDAC) is extensively studied regarding arrest cancer growth. Particularly, concomitant inhibition of MMP and HDAC is effective against solid and hematologic tumors. Both targets have an ion Zn2+ at their catalytic site, which is essential for respective enzymatic activity. High affinity of known MMP and HDAC inhibitors is mainly provided by a potent zinc binding group (ZBG). Hydroxamic acid is the most potent ZBG currently known; however, it presents low pharmacokinetics stability, which results in its ineffectiveness and genotoxicity along clinical trial. So, the aim of this work comprised the design, synthesis, molecular modeling and biological evaluation of novel potential non-hydroxamate dual HDAC/ MMP inhibitors. Compounds were designed by molecular hybridation, employing scaffolds from HDAC and MMP inhibitors, which provided arylsulfonamides with variation about the ZBG type and its respective relative position in the general structure. Seven compounds were synthesized, in two to three reaction steps, through methods that comprise sulfonilation and coupling with condensing agents, using para and meta-aminobenzoic esters as starting material. Compounds showed global yields around 25-55 % and were characterized by 1H and 13C NMR, LC/MS, HPLC and melting point. Compounds were evaluated about their cytotoxicity against HOG (oligodendroma) and T98G (glioblastoma) cells, which 6a, with ZBG 2-aminobenzamide, was the most promising molecules, presenting activity against both cell lines at nM range. Coordination assays with Fe2+ proved the chelating capacity of hydroxamate analogues as well as the cytotoxic compounds, 4a and 4b (ZBG-2, salicylal-hydrazone), which was not observed about 6a. Molecular docking allowed to suggest an interaction model for all proposed ZBG with the respective targets (MMP and HDAC), showing that (ZBG-4) 2-aminobenzamide interacts with HDAC by monodentate way, but does not docks at MMP catalytic site. We conclude that the proposed design allowed obtaining promising compounds as antitumors agents, and the replacement of hydroxamic acid by other ZBG provide active molecules against tumor cells. However, biological evaluation against MMP and HDAC is necessary to confirm the proposed action mechanism.
 
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Publishing Date
2021-07-21
 
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