Design and synthesis of dihydrofolate reductase inhibitors for nontuberculous mycobacteria [recurso eletrônico] = Planejamento e síntese de inibidores de di-hidrofolato redutase para micobactérias não-tuberculosas
Matheus Andrade Meirelles
TESE
Inglês
T/UNICAMP M478d
[Planejamento e síntese de inibidores de di-hidrofolato redutase para micobactérias não-tuberculosas]
Campinas, SP : [s.n.], 2023.
1 recurso online (279 p.) : il., digital, arquivo PDF.
Orientadores: Ronaldo Aloise Pilli, Rafael Lemos Miguez Couñago
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química
Resumo: As micobactérias não tuberculosas (MNT) são patógenos oportunistas responsáveis por doenças pulmonares em pacientes imunocomprometidos ou pacientes com doenças pulmonares pré-existentes. A incidência e prevalência dessas doenças estão aumentando em todo o mundo devido a falta de medicamentos...
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Resumo: As micobactérias não tuberculosas (MNT) são patógenos oportunistas responsáveis por doenças pulmonares em pacientes imunocomprometidos ou pacientes com doenças pulmonares pré-existentes. A incidência e prevalência dessas doenças estão aumentando em todo o mundo devido a falta de medicamentos eficientes. Neste trabalho, temos como objetivo modificar a estrutura química do composto P218, um inibidor da di-hidrofolato redutase (DHFR) desenvolvido para tratamento da malária, para acessar novos inibidores de DHFR para MNT. Através de uma inspeção visual das estruturas cristalinas da enzima da Mycobacterium abscessus e humana complexadas com o P218, nós decidimos modificar a posição contendo o grupo etila a fim de obter análogos mais seletivos. Então, planejamos e sintetizamos cinco gerações de inibidores para Mycobacterium avium e Mycobacterium abscessus. Um target product profile (TPP) foi definido para monitorar o desenvolvimento de novas moléculas e o andamento do projeto. A base (TMP)2Zn·2MgCl2·2LiCl e reações catalisadas por paládio foram essenciais para viabilizar a introdução de grupos alquila (segunda geração) e arila (terceira geração) na posição C-6 do anel pirimidínico. Além disso, a nova estratégia sintética foi usada para incorporar grupos nitrogenados na posição C-6 (análogos de quarta geração) e serviu como um método confiável para sintetizar o P218. Por fim, desenvolvemos uma rota sintética que permitiu a modificação em estágio avançado da cauda do P218, que foi empregada para preparar os análogos de quinta geração. O análogo contendo o anel ciclohexila (29.5) manteve a alta atividade para ambas as enzimas bacterianas sendo oito vezes menos ativo contra a DHFR humana em comparação com o P218. Melhores perfis enzimáticos foram obtidos com quatro análogos (34.1, 34.5, 36.2, 36.3), que foram potentes contra M. avium e M. abscessus DHFR (Ki < 1 nM) e inativos contra humanos (KiHs > 5000 nM). Em colaboração com o Hospital Infantil de Seattle e a Universidade do Kansas, foram obtidas as estruturas cristalinas de seis análogos P218 complexados com a DHFR de M. ulcerans. Essas estruturas nos permitiram entender o modo de ligação dos análogos com o sítio ativo da enzima, e revelou diversas oportunidades e possíveis direções futuras no desenvolvimento de inibidores de DHFR. Cinco análogos (F14.4, 29.5, 33.3, 34.6, 44.6) exibiram maior potência que o antibiótico Amicacina contra M. avium subp. hominissuis, com MIC90MAH < 1 ?M no ensaio fenotípico, que foi realizado em colaboração com a Universidade McGill, Canadá. Os compostos 29.5 e 44.6 também mostraram potência semelhante à Amicacina contra M. asbcessus. Estudos de DMPK em colaboração com a Universidade de Dundee, Escócia, mostraram que os análogos P218 F14.4, 29.5, 33.3 e 34.6 apresentaram excelente estabilidade metabólica na presença de microssomas e hepatócitos de camundongos e humanos. Embora a solubilidade de alguns compostos ainda precise ser melhorada, os compostos também demonstraram boa permeabilidade no ensaio MDCK. A modificação da posição C-6 foi essencial no desenvolvimento de análogos P218 potentes e seletivos contra M. avium e M. abscessus. O excelente perfil exibido por algumas das moléculas sintetizadas (F14.4, 29.5, 33.3 e 34.6) indica que esses compostos podem ser considerados moléculas líderes em estudos posteriores
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Abstract: Nontuberculous mycobacteria (NTM) are opportunistic pathogens responsible for lung diseases in immunocompromised patients or patients with pre-existing lung diseases such as cystic fibrosis and chronic obstructive pulmonary disease. The incidence and prevalence of these diseases are...
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Abstract: Nontuberculous mycobacteria (NTM) are opportunistic pathogens responsible for lung diseases in immunocompromised patients or patients with pre-existing lung diseases such as cystic fibrosis and chronic obstructive pulmonary disease. The incidence and prevalence of these diseases are increasing worldwide due to the lack of effective drugs. In this work, we aim to modify the chemical structure of compound P218, a dihydrofolate reductase (DHFR) inhibitor developed for malaria, to access new DHFR inhibitors for NTM. Through a visual inspection of the crystal structures of the M. abscessus and human enzymes complexed with P218, we decided to modify the position containing the ethyl group in the pyrimidine ring to obtain more selective analogues. Then, we designed and synthesized five generations of DHFR inhibitors for Mycobacterium avium and Mycobacterium abscessus. A target product profile (TPP) was defined to monitor the development of new molecules and the progress of the project. The base (TMP)2Zn·2MgCl2·2LiCl and palladium catalyzed reactions were instrumental to access the desired modification at the C-6 position in good yields. Moreover, the new synthetic strategy was used as a reliable method to synthesize P218, and this route was also used to incorporate nitrogen-containing groups at the C-6 position (fourth-generation analogues). Finally, we developed a synthetic route that allowed the late-stage modification of the P218 tail, which was employed to prepare the fifth-generation analogues. The analogue containing the cyclohexyl ring (29.5) maintained the high activity for both bacterial enzymes being 8-fold less active against the human DHFR compared to P218. More impressive enzymatic profiles were achieved with four analogues (34.1, 34.5, 36.2, 36.3), which were potent against the M. avium and M. abscessus DHFR (Ki < 1 nM) and inactive against the human (KiHs > 5000 nM). A collaboration with the Seattle Children’s Hospital and the University of Kansas enabled the cocrystalization of six P218 analogues with M. ulcerans DHFR, which helped to understand their biding mode and possible future directions in developing DHFR inhibitors. Five analogues (F14.4, 29.5, 33.3, 34.6, 44.6) exhibited higher potency than the antibiotic amikacin against M. avium subp. hominissuis, with MIC90MAH < 1 ?M in whole-cell inhibition assay, which was performed in collaboration with the McGill University, Canada. Compounds 29.5 and 44.6 also showed similar potency to amikacin against M. asbcessus. DMPK studies in collaboration with the University of Dundee, Scotland, showed that the P218 analogues F14.4, 29.5, 33.3, and 34.6 presented excellent metabolic stability in the presence of both mouse and human microsomes and hepatocytes. Although solubility may have to be improved, the compounds also demonstrated good permeability in the MDCK assay. The modification of the C-6 position was essential in developing potent and selective P218 analogues against M. avium and M. abscessus. The excellent drug profile exhibited by some of the synthesized molecules (F14.4, 29.5, 33.3, and 34.6) indicates that these compounds could represent promising lead compounds
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Pilli, Ronaldo Aloise, 1955-
Orientador
Couñago, Rafael Lemos Miguez, 1975-
Coorientador
Correia, Carlos Roque Duarte, 1953-
Avaliador
Kawano, Daniel Fábio, 1980-
Avaliador
Parise Filho, Roberto
Avaliador
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Matheus Andrade Meirelles
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Matheus Andrade Meirelles