Università di Pisa
Dipartimento di Farmacia
Corso di Laurea Magistrale in
Chimica e Tecnologia Farmaceutiche
Tesi sperimentale:
Sintesi di eterodimeri contenenti unità di N-acetil-
D-glucosamina come
potenziali inibitori di metalloproteinasi (MMPs)
Settore Scientifico Disciplinare: CHIM/06
Relatori:
Dott.ssa Felicia D’Andrea
Prof. Armando Rossello
Dott.ssa Elisa Nuti
Candidata:
Doretta Cuffaro
Le metalloproteinasi della matrice (MMPs), dette anche matrixine, sono una famiglia di enzimi metallodipendenti normalmante presenti nella matrice extracellulare e rappresentano un gruppo di endopeptidasi multidominio zinco dipendenti ad attività proteolitica nei confronti di proteine della matrice extracellulare (ECM) e di varie proteine non-ECM. Le MMPs svolgono una funzione centrale nei processi fisiologici di accrescimento, sviluppo e rimodellamento tissutale.
In condizioni non patologiche la regolazione, da parte di specifici inibitori tissutali delle MMPs, esercita un ruolo chiave per mantenere l’equilibro tra i processi di distruzione e generazione dei costituenti della matrice extracellulare [1]. La compromissione di questo equilibrio a causa di una iperattivazione delle MMPs, oltre a determinare l’insorgenza di numerose patologie degenerative e infiammatorie (artrite reumatoide, osteoartrite e psoriasi), malattie cardiovascolari e neurodegenerative, svolge un ruolo primario nell’attivazione linfocitaria e nella progressione tumorale. Ad esempio, mentre le MMP-12 e le MMP-9 sono responsabili della broncopneumopatia ostruttiva cronica (COPD), le MMP-8 sono anche iper-espresse in varie neoplasie e la loro iper-espressione è correlata all’aggressività tumorale e al potenziale metastatico. Ne consegue che la sintesi di nuovi inibitori di MMPs ad alta selettività per il controllo dell’attività proteolitica di questi enzimi sia tutt’oggi molto interessante, sia dal punto di vista farmacologico che diagnostico. Analizzando il sito di binding, in generale, sono stati definite due porzioni fondamentali per l’attività di ipotetici inibitori: il sito L, necessario per chelare lo ione zinco presente nel sito attivo dell’enzima, nel quale si osserva una buona interazione con gruppi funzionali come un idrossammato o un carbossilato e la porzione S1’ ad alta affinità nei confronti di subunità lipofile e planari.
Le N-acetil-D-esosammine, amminozuccheri dove il gruppo ossidrilico in posizione 2 è
sostituito con un gruppo N-acetilammidico, sono tra i carboidrati più rappresentati nelle macromolecole saccaridiche come, ad esempio, le glicoproteine e i glicolipidi. Questi saccaridi, inseriti in strutture più complesse, sono responsabili di numerosi processi biologici, che vanno dal riconoscimento ed adesione tra cellule fino alla difesa immunitaria e la replicazione virale. Composti di tale struttura sono, quindi, strettamente correlati con lo sviluppo di processi infiammatori, quali l’osteoartrite e l’artrite reumatoide, infezioni virali e batteriche [2]. Le
N-acetil-D-esosammine più importanti e diffuse in natura, ottenibili dall’idrolisi acida di macromolecole di
origine naturale, sono la N-acetil-D-galattosammina (GalNAc), la N-acetil-D-glucosammina (GlcNAc) e la N-acetil-D-mannosammina (ManNAc).
La ricerca svolta in questa tesi, ha avuto come scopo quello di coniugare strutture solfonammidiche, con nota attività di inibizione nei confronti delle MMPs, con un’unità di
N-acetil-D-glucosammina a formare eterodimeri in grado di esplicare una più selettiva attività inibitoria verso le MMP-8, MMP-9 e MMP-12. Per realizzare il coupling delle suddette unità sono state
scartate tecniche di coniugazione che comprendessero la formazione di legami ammidici e esterei, in quanto labili in presenza dei comuni enzimi presenti in vivo come esterasi e amidasi. Sono stati prediletti i coupling attraverso la formazione sia di un legame tiureidico e sia di un legame 1,2,3-triazolico, facilmente ottenibile attraverso una cicloaddizione 1,3-dipolare, nota reazione di “click chemistry”.
Mentre il legame tioureidico mostra una buona stabilità e, ipoteticamente, potrebbe essere fonte di ulteriori interazioni deboli con il sito di binding, studi recenti hanno evidenziato che il nucleo l’1,2,3-triazolico incrementa l’attività inibitoria nei confronti delle MMPs [3].
La preparazione degli eterodimeri ha previsto la preliminare preparazione di:
1) idonei precursori N-acetilglucosamminici portanti un gruppo isotiocianato in grado di generare il legame tioureidico con l’unità solfonammidica avente uno spaziatore funzionalizzato con un gruppo amminico.
2) idonei precursori N-acetilglucosamminici portanti un gruppo azidico in grado di generare il legame 1,2,3-triazolico con l’unità solfonammidica avente uno spaziatore funzionalizzato con un gruppo alchinico terminale.
Con questa strategia sono stati preparati eterodimeri aventi una distanza variabile tra la porzione zuccherina e l’inibitore di MMPs con lo scopo di valutarne l’attività inibitoria verso le MMPs in dipendenza dal tipo e dalla lunghezza del linker.
Esperimenti NMR mono (1H, 13C) e bidimensionali (COSY, HSQC, DEPT-135) hanno permesso di determinare la struttura e la stereochimica di tutti i prodotti ottenuti in questa Tesi ed i dati spettroscopici sono concordi con le strutture proposte.
Gli eterodimeri opportunamente deprotetti, ottenuti in questa tesi, sono stati saggiati in vitro sugli enzimi umani ricombinanti MMP-8, MMP-9 e MMP-12 e hanno evidenziato un’attività inibitoria soddisfacente dell’ordine nanomolare.
Le informazioni che saranno ricavate dall’analisi strutturale dei complessi cristallini enzima-eterodimero inibitore, attraverso cristallografia a raggi X, saranno estremamente importanti nella progettazione e sintesi di nuovi potenziali e selettivi inibitori delle MMPs.
Bibliografia
1
Murphy, G.; Nagase, H.; Progress in matrix metalloproteinase research, Molecular Aspects of Medicine 2008, 29, 290-308
2 a) Horton, D.; Wander, J. D.; The Carbohydrates: Chemistry and Biochemistry, 2nd. Ed; b)El Sayed, H.E.A.;
Mohamed, R.E.A.; Pure Appl. Chem. 2007, 79, 2229-2242
3
(a) Hugenberg, V.; Riemann, B.; Hermann, S.; Schober, O.; Schäfers, M.; Szardenings, K.; Lebedev, A.; Gangadharmath, U.; Kolb, H.; Walsh, J.; Zhang, W.; Kopka, K.; Wagner, S. J. Med. Chem. 2013, 56, 6858-6870; (b) Hugenberg, V.; Breyholz, H-J.;Riemann, B.; Hermann, S.; Schober, O.; Schäfers, M.; Gangadharmath, U.; Mocharla, V.; Kolb, H.; Walsh, J.; Zhang, W.; Kopka, K.; Wagner, S. J. Med. Chem. 2012, 55, 4714-4727.
