Applicazioni farmaceutiche ed ambientali della chimica di coordinazione: progettazione innovativa di leganti chelanti e complessi metallici ad attività biologica

Abstract

Le micotossine sono altamente tossiche per l'uomo e gli animali e un gruppo di tali composti, le aflatossine (AF), sono potenti agenti cancerogeni. La necessità di prevenire la diffusione di queste tossine è quindi emersa come un problema globale. In questo contesto è stato sviluppato lo studio di sostanze che possono interferire con l'ordine della via delle FA biosintetiche per inibire la loro produzione, senza influire sulla crescita fungina. Risultati precedenti hanno evidenziato che i tiosemicarbazoni derivati ​​da aldeidi naturali possono essere potenti inibitori della produzione di AF, a seconda dei sostituenti sul ponteggio molecolare. L'analisi struttura-attività ha evidenziato che la lipofilia sembra essere una caratteristica importante per garantire un'efficace inibizione.Dopo la valutazione dei risultati precedenti, è stata sintetizzata una nuova serie di molecole con una buona lipofilia e queste molecole sono state valutate per la loro capacità di inibire entrambe la germinazione di Aspergillus flavus e produzione di aflatossine. Due dei composti hanno mostrato una buona attività anti-aflatossigenica, senza ridurre la crescita del fungo. I composti selezionati sono stati quindi sottoposti a test di geno- / citotossicità. I tiosemicarbazoni sono anche noti per la loro attività antitumorale: è stata fatta un'esplorazione di tale proprietà. I derivati ​​sintetizzati hanno evidenziato risultati promettenti nei test in vitro e in vivo. Indagini meccanicistiche indicano che il proteasoma 26S è un bersaglio cellulare per questa classe di composti. Un importante svantaggio per questi complessi metallici è la scarsa solubilità in acqua: per ovviare a tale problema, abbiamo deciso di fare un passo avanti e derivatizzare l'impalcatura organica mediante l'inserimento di un gruppo solfonilico sull'anello aromatico. I composti sono stati sintetizzati e completamente caratterizzati, insieme ai loro complessi di rame. I saggi biologici sono ancora in corso. La strategia di chelazione è inoltre emersa come un approccio efficace allo sviluppo di nuovi farmaci antivirali: la chelazione dei cofattori metallici nel sito attivo degli enzimi virali si traduce in effetti nella compromissione dell'attività catalitica e conseguente blocco del virale ciclo vitale. Per quanto riguarda il virus dell'influenza, l'endonucleasi PA ha attirato molta attenzione, anche perché non esiste un analogo nella cellula ospite umana. Abbiamo deciso di esplorare l'attività di un'impalcatura che è già stata valutata sull'integrasi dell'HIV-1: entrambi questi metalloenzimi, infatti, conservano lo stesso nucleo catalitico: un centro attivo "due ioni metallici". Abbiamo pianificato di utilizzare diversi sostituenti sull'anello aromatico per metterli in relazione con l'attività dell'impalcatura; infatti, gruppi diversi possono fare interazioni diverse con tutti i residui aminoacidici proteici del sito attivo. Tutti i composti sono stati caratterizzati da 1H / 13C-NMR e HR-MS. Tutti i derivati ​​sono stati sottoposti al saggio in vitro dell'endonucleasi PAN basato su FRET al fine di valutare la loro attività: risultano tutti attivi con valori IC50 nella bassa gamma nanomolare. I composti saranno sottoposti a ulteriori indagini biologiche.

Mycotoxins are highly toxic for humans and animals and a group of such compounds, aflatoxins (AFs), are potent carcinogenic agents. The need to prevent the spread of these toxins has, then, emerged as a global issue. In this context the study of substances that can interfere with the biosynthetic AFs pathway order to inhibit their production, without affecting the fungal growth, has been developed . Previous results have highlighted that thiosemicarbazones derived from natural aldehydes can be potent inhibitors of AFs production, depending on the substituents on the molecular scaffold. Structure-activity analysis evidenced that lipophilicity seems to be an important feature to ensure effective inhibition.After evaluation of previous results, a new set of molecules with good lipophilicity has been synthesized, and these molecules have been evaluated for their ability to inhibit both the germination of Aspergillus flavus and aflatoxins production. Two of the compounds showed good anti-aflatoxigenic activity, without decreasing the growth of the fungus . The selected compounds were then subjected to geno-/cytotoxicity assays. Thiosemicarbazones are also known for their antitumor activity: an exploration of such propriety has been made. The synthesized derivatives have highlighted promising results in in vitro and in vivo tests. Mechanicistic investigations indicate that 26S proteasome is a cellular target for this class of compounds. An important drawback for these metal complexes is the scarce water solubility: in order to overcome such a problem, we have decided to make a step forward and derivatized the organic scaffold by the insertion of a sulphonyl group on the aromatic ring. Compounds have been synthesized and fully characterized, together with their copper complexes. Biological assays are still ongoing. The chelation strategy has, also, emerged as a successful approach to the development of novel antiviral drugs: the chelation of metal cofactor(s) in the active site of viral enzymes results in fact in the impairment of catalytic activity and consequent block of the viral lifecycle. As far as influenza virus, PA endonuclease has been attracting much attention, even because there is no analogue in the human host cell. We have decided to explore the activity of a scaffold that has already been evaluated on HIV-1 integrase : both these metalloenzymes, in fact, conserve the same catalytic core: a “two metal ions” active center.We have planned to use different substituents on the aromatic ring to relate them to the activity of the scaffold; in fact, different groups can make different interactions with all the protein aminoacidic residues of the active site. All the compounds have been characterized by 1H/13C-NMR and HR-MS. All derivatives have been subjected to FRET-based PAN endonuclease in vitro assay in order to evaluate their activity: they all result to be active with IC50 values in the low nanomolar range. Compounds are going to be subjected to further biological investigation.