Importância terapêutica dos Compostos de 1,4-dihidropiridina como Potenciais Agentes Anticancerígenos

Introdução

Síntese fáctil e eficiente de moléculas biologicamente activas é um dos principais objectivos da química orgânica e medicinal. Nos últimos anos, as reações multicomponentes tornaram-se uma das ferramentas importantes na síntese de bibliotecas químicas estruturalmente diversas de moléculas orgânicas polifuncionais semelhantes a drogas. Além disso, as MCRs oferecem a vantagem da simplicidade e eficiência sintética sobre as reações químicas convencionais em vários aspectos. As MCRs permitem a construção de bibliotecas combinatórias de moléculas orgânicas complexas para uma eficiente identificação de estrutura de chumbo e otimização na descoberta de drogas .

Na continuação de nosso trabalho de pesquisa em andamento na síntese assistida por microondas de nano materiais nós descobrimos que, óxidos de metal nano-cristalinos atraíram considerável atenção de químicos sintéticos e medicinais por causa de sua alta atividade catalítica e reusabilidade . O óxido de zinco é barato, estável à humidade, reutilizável, disponível comercialmente e não tóxico, insolúvel em solventes polares e não polares. Uma vasta gama de reacções orgânicas que incluem rearranjos Beckmann , N-benzilação , acitilação , desidratação de oximas , reacções de abertura do anel nucleófilo de epóxidos , síntese de ureia cíclica , N-formilação de aminas . Em particular, o óxido nano-ZnO cristalino apresenta melhor atividade catalítica em comparação com seus equivalentes de grande porte .

Nos últimos anos, muita atenção tem sido direcionada para a síntese de compostos dihidropiridínicos devido à sua tremenda aplicação em vários campos de pesquisa, incluindo a ciência biológica e a química medicinal . Muitos DHPs já são produtos comerciais como: amlodipina, felodipina, isradipina, lacidipina, nicardipina, nitendipina, nifedipina e nimodipina B, dos quais a nitendipina e a nemadipina B exibem atividades potentes de bloqueio do canal de cálcio (Figura 1) e surgiram como uma das classes mais importantes de medicamentos para o tratamento de doenças cardiovasculares . Além disso, os derivados da dihidropiridina possuem uma variedade de atividades biológicas, como geroprotetor, hepatoprotetor, antiaterosclerótico, antitumoral e antidiabético . Estudos generalizados revelaram que a unidade de dihidropiridina contendo compostos apresenta várias funções medicinais, como neuroprotetor, atividade antiagregante plaquetária, atividade cerebral antiisquêmica no tratamento da doença de Alzheimer, quimiossensibilizante na terapia tumoral . Modificadores de resistência a drogas, antioxidantes e um medicamento para o tratamento da incontinência do impulso urinário .

Para modelar e compreender estas propriedades biológicas e desenvolver novos agentes quimioterápicos baseados nos compostos de 1,4-DHP, um esforço significativo tem sido dedicado ao estabelecimento de métodos eficazes para a sua síntese. Geralmente, as 1,4-DHPs foram sintetizadas pelo método Hantzsch , que envolve a ciclocondensação de um aldeído, um β-ketoester e amônia em ácido acético ou sob refluxo em álcoois por longos tempos de reação, o que tipicamente leva a baixos rendimentos. Outros métodos incluem o uso de microondas, altas temperaturas no refluxo, organocatalisadores e triflados metálicos .

Recentemente, o DNA é um importante alvo de drogas e regula muitos processos bioquímicos que ocorrem no sistema celular. As interações de pequenas moléculas com o DNA continuam a ser intensa e amplamente estudadas por sua utilidade como sondas de replicação celular e regulação transcripcional e por seu potencial como farmacêutico. Em particular, o desenho do composto baseado na sua capacidade de clivagem do DNA é de grande importância não só do ponto de vista biológico primário, mas também em termos de abordagem terapêutica fotodinâmica para desenvolver medicamentos potentes . Os derivados de 1,4-dihidropiridina têm atraído a atenção dos químicos devido às suas diversas aplicações biológicas . O significado biológico desta classe de compostos nos impulsionou a ampliar esta série, trabalhando na síntese e estudos de fotocópia de DNA dos derivados da 1,4-dihidropiridina. Nesta comunicação, a síntese de derivados da 1,4-dihidropiridina e seus estudos de fotocópia do DNA e docking molecular foram relatados.

Na literatura, há vários métodos conhecidos para a síntese de derivados da 1,4-dihidropiridina. Em continuação ao nosso programa sobre a química do nano material, relatamos aqui um método eficiente de microondas para a síntese de ZnO-NPs cristalinos. O ZnO utilizado neste trabalho foi sintetizado de acordo com um método modificado. O ZnO-nano-partícula cristalina preparada foi caracterizada usando pó XRD, SEM, EDX (Figura 2). Nossa abordagem sintética começou com a condensação de 1 equiv. de benzaldeído 1a com 2 equiv. de acetoacetato de etila 2a e 2 equiv. de NH4OAc 3a na presença de ZnO-Nps resultou na formação de Hantzsch 1,4-dihidropiridina 4a (Figura 3). A reação foi completa em 5 min sob irradiação de microondas e o produto foi isolado pelo trabalho habitual, em 90% de rendimento e alta pureza. Em condições semelhantes, vários aldeídos aromáticos substituídos, portadores quer de elétrons, quer de substituintes de retirada, reagiram com 1,3-diketones para formar 1,4-DHPs de bom a excelente rendimento, e os resultados estão resumidos na Tabela 1.

Um processo assistido por irradiação por microondas muitas vezes minimiza a formação de subprodutos e requer muito menos tempo do que os métodos térmicos. Os principais benefícios de realizar reações sob condições controladas em vasos selados são as significativas melhorias de taxa e os maiores rendimentos de produto que podem ser alcançados com freqüência. Portanto, na continuação de nossos estudos sobre síntese de nano-materiais por microondas, tentamos desenvolver um protocolo rápido e assistido por microondas para a síntese de 1,4-DHPs usando catalisador ZnO-nano cristalino (Figura 3).

A clivagem do DNA de derivados de 1,4-DHP foi estudada por eletroforese em gel de agarose. Quando o DNA plasmídeo circular foi submetido à eletroforese, observou-se uma migração relativamente rápida para o DNA super-revestido intacto (tipo I). Se a cisão ocorrer em um filamento (nicking), o DNA super-recoletido irá relaxar para gerar uma forma circular aberta de movimento mais lento (tipo II). Se ambas as vertentes forem clivadas, será gerada uma forma linear (tipo III) que migra entre o tipo I e o tipo II. Foi observada a conversão do tipo I (super-revestido) para o tipo II (circular nicked) com concentração diferente de 1,4-DHP e irradiado durante 2 h, em 1:9 DMSO/trisbuffer (20 μM, pH- 7,2) a 365 nm. Não foi observada clivagem de DNA para o controle em que 1,4-DHP estava ausente (pista 1) (Figura 4). Com o aumento da concentração destes 1,4-DHP, a quantidade de DNA tipo I de pUC 19 diminuiu gradualmente, enquanto que o tipo II aumentou (Figura 4).

A 40 concentração de μM, o Composto (4c) pode promover apenas 30% de conversão de DNA do tipo I para II (Figura 5). Na concentração de 80 μM, o composto (4c) pode quase promover a conversão de cerca de 80% do DNA do tipo I para o II (Figura 5). O potencial de clivagem dos compostos de teste foi avaliado comparando as bandas aparecidas no controle e os compostos de teste na concentração de 80 μM. No entanto, outros derivados apresentam uma eficiência de clivagem muito menor para o ADN pUC 19. Mesmo na concentração de 80 μM, pode promover apenas 40% de conversão de DNA do tipo I para II (Figura 5).

Mas em concentrações mais elevadas em torno de 130 μM, os compostos são precipitados e não há momento no DNA. A imagem (Figura 6) demonstra claramente que os compostos (4b, 4c, 4d, 4e, 4f e 4 g) mostram clivagem de DNA do DNA pUC19 na concentração de 80 μM. Os resultados indicaram que compostos contendo -OCH3 e -OH na posição -para do anel fenil (C-6) clivaram o DNA completamente, outros compostos exibiram clivagem quase completa do DNA. Em geral, indica que os grupos alcóxidos são radicais altamente reativos, que abstraem eficientemente os átomos de hidrogênio em C-4′ de 2-deoxirribose. É interessante notar que o grupo hidroxila tem sido relatado para trazer danos ao DNA mediado por radicais de oxigênio na presença de fotoirradiação .

Os estudos de relação estrutura-actividade das 1,4-DHPs em relação aos estudos de fotocópia de DNA mostram que, as alterações no padrão de substituição nas posições C-3, C-4 e C-5 alteram o anel de 1,4-DHP. O Osiris Property Explorer é uma dessas ferramentas de previsão de atividade baseadas no conhecimento que prevê a probabilidade de drogas, escore de drogas e propriedades indesejáveis, como mutagênicas, tumorigênicas, irritantes e efeitos reprodutivos de novos compostos, com base em dados de fragmentos químicos de drogas disponíveis e não-drogas, conforme relatado (Tabela 2) . Observou-se que os compostos com grupos alifáticos como -CH3, -COOCH3, -COOC2H5 e -COOC(CH3)3, ligados a C-2 e C-3 de 1,4-DHP, apresentaram boa atividade. Outros derivados que possuem, um substituto doador de electrões, como o grupo hidroxi e metoxi no anel fenílico (C-6), aumentam a actividade de fotocópia do ADN. Um par único de electrões no átomo de oxigénio do grupo metoxi deslocaliza-se para o espaço π do anel de benzeno, aumentando assim a actividade. Da mesma forma, os substituintes de extracção de electrões, como o 4-fluorofenil, 4-cloro fenil de 1,4-DHP, diminuem a actividade. Estes resultados indicam que, os substitutos alkoxy e nitrogênio do anel de piridina na estrutura de 1,4-DHP são os responsáveis pela clivagem do DNA.

Para racionalizar os resultados espectroscópicos observados e obter mais informações sobre a modalidade de intercalação, os 1,4-DHP (4a-r) foram sucessivamente encaixados dentro do duplex de DNA da seqüência d(CGCGAATTCGCG)2 dodecamer (PDB ID: 1BNA), a fim de prever o local de ligação escolhido, juntamente com a orientação preferencial do ligando dentro da ranhura menor de DNA. Todas as derivadas sintetizadas 1,4-DHP foram desenhadas em ChemSketch e as estruturas foram salvas em formato .mol. Em seguida, o formato .mol foi usado no Hyperchem-7, para ajustar seus fragmentos, seguido pela minimização total da energia dos ligandos para que eles possam atingir uma conformação estável e o arquivo foi salvo no formato .pdb.

Protein 3D structure of B-DNA foi obtido do RCSB PDB (um portal de informação para estruturas macromoleculares biológicas). As moléculas de água foram removidas do arquivo, e a proteína foi protonada em 3D para adicionar hidrogênio polar. A bolsa de ligação foi identificada usando o site finder, e os respectivos resíduos foram selecionados. Os parâmetros de ancoragem foram definidos para valores padrão e algoritmo de pontuação, as execuções de ancoragem foram mantidas em 30 conformações por ligando. As estruturas proteicas acopladas foram salvas em formato .pdb, e as conformações dos ligandos foram investigadas uma a uma. Os complexos com as melhores conformações foram selecionados com base na maior pontuação, menor energia de ligação e valores mínimos de RMSD .

Os compostos orgânicos sintetizados realizam sua atividade biológica mais eficientemente ligando a respectiva proteína ou DNA em seu local específico de ligação. A identificação de resíduos em interação com ligantes é um passo necessário para o desenho racional de medicamentos, compreensão da via molecular e ação mecanicista da proteína.

O acoplamento molecular foi realizado entre a proteína receptora rígida e os ligantes flexíveis. A Tabela 3 mostra os detalhes dos resultados do docking incluindo RMSD e valores de energia de ligação dos complexos proteína-ligand. Os ligandos (4b, 4c, 4 h, 4i, 4n e 4o) ligam-se fortemente ao B-DNA como inferido por seus valores mínimos de energia de ligação, ou seja, -13,8, -12,9 e -12,3 kcal/mol, respectivamente (Figura 7).

Figure 8 mostra a posição do local ativo na estrutura helicoidal do DNA e também mostra que todos os ligandos acoplados se agruparam dentro da bolsa. A figura 8 mostrou a interação da ligação de hidrogênio 4c e 4d com resíduos chave em local ativo dentro da estrutura helicoidal do DNA. Neste modelo, está claramente indicado que o composto 4c formou uma ligação de hidrogênio entre o -OH e N1 da timina, que é DT7 e DT19 com o comprimento de ligação de 2,02 e 2,05 Ǻ respectivamente. Além disso, os outros derivados de 1,4-DHP formaram menos interação do H-bond com o DNA devido à orientação do anel aromático envolvido nas interações de van der Waals (modelo Wireframe) e regiões hidrofóbicas planas dos locais de ligação do DNA (Tabela 3). Estes resultados demonstraram que os estudos de acoplamento molecular de 1,4-DHPs com B-DNA em silico sugerem que as 1,4-DHPs possuem o potencial de perturbar as interações hidrofóbicas e H-bond, afetando assim a estabilidade de fixação do B-DNA, e podem ser eficazes para linhas de células cancerígenas.