Παράγωγα της 2,6-Διφθορο-4-Πυρρολ-1-Υλο-Φαινόλης ως βελτιωμένοι αναστολείς της αναγωγάσης της αλδόζης: συνθετική, φυσικοχημική και βιολογική αποτίμηση
Creators: name: Κοτσαμπασάκου, Ελένη Στέργιου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2012
Subjects: Διαβήτης
Αναγωγάση αλδόζης
Αναστολέας αναγωγάσης της αλδόζης
Diabetes
Aldose reductase
Aldose reductase inhibitor

description: Ο διαβήτης αποτελεί ένα μεταβολικό σύνδρομο, που στις μέρες μας έχει πάρει επιδημικό χαρακτήρα. Μπορεί ως έναν βαθμό να ελεγχθεί με υπογλυκαιμικά φάρμακα ή ινσουλίνη. Ωστόσο, το μεγαλύτερο πρόβλημα που προκύπτει από τον διαβήτη είναι οι μακροχρόνιες επιπλοκές του: αγγειοπάθειες και καρδιαγγειακές παθήσεις, νεφροπάθεια, νευροπάθεια και οφθαλμολογικές διαταραχές (αμφιβληστροειδοπάθεια, καταρράκτης). Βασικός υπεύθυνος για τις επιπλοκές αυτές έχει βρεθεί πως είναι η αναγωγάση της αλδόζης (ALR2) η οποία, τα τελευταία χρόνια, έχει συσχετιστεί επίσης με καρκίνο και άλλες παθολογικές φλεγμονώδεις καταστάσεις. Η ALR2 αποτελεί το πρώτο ένζυμο της μεταβολικής οδού των πολυολών που, χρησιμοποιώντας το NADPH ως συνένζυμο, μετατρέπει τη γλυκόζη σε σορβιτόλη, η οποία στη συνέχεια μετατρέπεται από την SDH σε φρουκτόζη. Οι μακροχρόνιες επιπλοκές προκαλούνται από συσσώρευση σορβιτόλης, που οδηγεί σε ωσμωτικό stress, από αναγωγική ανισσορροπία που οδηγεί σε οξειδωτικό stress, και από σύνθεση των AGEs. Λύση στο συγκεκριμένο πρόβλημα θα αποτελούσαν οι αναστολείς της ALR2 (ARIs). Στα πλαίσια της παρούσας μελέτης σχεδιάστηκαν ARIs, παράγωγα της 2,6-διφθορο-4-πυρρολ-1-υλο-φαινόλης με υποκατεστημένο τον πυρρολικό δακτύλιο στην 2- ή την 3-θέση. Συντέθηκαν συνολικά 11 ενώσεις (7 είναι τελικές και 4 ενδιάμεσα προϊόντα). Οι τελικές ενώσεις είναι όλες πρωτότυπες, ενώ από τα ενδιάμεσα προϊόντα, το 1 είναι πρωτότυπο. Η ταυτοποίησή τους και ο έλεγχος καθαρότητάς τους πραγματοποιήθηκε με φασματοσκοπία 1H-NMR, IR, στοιχειακή ανάλυση και προσδιορισμό του σημείου τήξεως. Για τη σύνθεση των ενώσεων πραγματοποιήθηκαν αντιδράσεις νίτρωσης, αναγωγής νιτρο-ομάδας, σχηματισμού πυρρολικού δακτυλίου με αντίδραση τύπου Clauson-Kaas, καθώς και ηλεκτρονιόφιλης αρωματικής υποκατάστασης. Στην περίπτωση της αντίδρασης Friedel-Crafts επιτεύχθηκε εκλεκτική παραλαβή β-υποκατεστημένων πυρρολίων ή μίγματος α- και ¬β- ανάλογα με την αναλογία AlCl3 και ακυλιωτικού μέσου που χρησιμοποιήθηκε. Αρκετά σημαντικό ρόλο φάνηκε να παίζει και η ποσότητα του διαλύτη. Ακόμη, προκειμένου να εξηγηθεί η παρατηρούμενη regio-εκλεκτικότητα ή μη, προβήκαμε στον ab initio υπολογισμό ηλεκτρονικών παραμέτρων όπως η διπολική ροπή, τα τοπικά φορτία και οι ενέργειες HOMO στα αντιδρώντα μόρια. Μελετήθηκε η ικανότητα των τελικών ενώσεων να αναστέλλουν το ένζυμο ALR2 σε ενζυμικό παρασκεύασμα από φακούς επιμύων. Όλες οι ενώσεις εμφάνισαν ανασταλτική δράση επί της ALR2 σε ποικίλο βαθμό. Περισσότερο δραστικά αποδεικνύονται τα 4-βρωμο-2-φθορο-βενζοϋλο παράγωγα της 2,6-διφθορο-4-πυρρολ-1-υλο-φαινόλης. Το περισσότερο δραστικό παράγωγο, η ένωση 8α, παρουσιάζει IC50 = 0,19 μΜ. Ως δείκτης για την εκλεκτικότητα των δραστικότερων ενώσεων μελετήθηκε η ικανότητά τους να αναστέλλουν το συγγενές ένζυμο ALR1 σε ενζυμικό παρασκεύασμα από νεφρούς επιμύων. Όλες οι ενώσεις αναστέλουν την ALR1 σε μικρότερο βαθμό απ’ όσο την ALR2, εκτός από την ένωση 8α, η οποία αναστέλλει τα δύο ένζυμα το ίδιο. Τη μεγαλύτερη εκλεκτικότητα εμφανίζει η ένωση 7α, με δείκτη εκλεκτικότητας 238. Υπολογίσθηκαν, με τη χρήση υπολογιστικών προγραμμάτων, φυσικοχημικές ιδιότητες των ενώσεων όπως ClogP, MlogP, S+logP, S+logD, TPSA και pKa. Όλες οι ενώσεις υπακούουν στον κανόνα των 5 του Lipinski. Καθώς παρατηρήθηκε διαφορά στη δραστικότητα regio-ισομερών πυρρολίων, προβήκαμε σε υπολογισμό των διαμορφομερών ελαχίστης ενέργειας. Μετά από στατιστική επεξεργασία των τιμών που πήραμε υπολογιστικά καταλήξαμε σε δύο εξισώσεις που μας δίνουν σχέσεις δομής-δράσης αναφορικά με την αναστολή της αναγωγάσης της αλδόζης και την εκλεκτικότητα. Τέλος, διαπιστώθηκε πως η ύπαρξη αροϋλο-υποκαταστάτη στο πυρρόλιο δεν είναι αναγκαίο δομικό χαρακτηριστικό για εμφάνιση δράσης ARI.
description: Diabetes is a metabolic syndrome, which has attained epidemic prevalence. It can be controlled by hypoglycemic drugs or insulin. However, the greatest problem with diabetes is its long-term complications: angiopathy and cardiovascular disease, nephropathy, neuropathy and ophthalmic disorders (retinopathy, cataract). Responsible for these long-term effects is believed to be aldose reductase (ALR2), which has also been related to cancer and other inflammation disorders. ALR2 is the first enzyme of the polyol pathway, which converts glucose to sorbitol, using NADPH as a co-factor. Sorbitol is converted to fructose by SDH, the second enzyme of the pathway. Long-term effects are due to sorbitol concentration into cells, which leads to osmotic stress, as well as due to cofactors’ imbalance -that causes oxide stress- and the synthesis of AGEs. An effective solution could be aldose reductase inhibitors (ARIs). During this master’s study we have designed novel ARIs, derivatives of 2,6-difluoro-pyrrol-1-yl-phenol with substituted the pyrrole ring on C-a or C-b. 11 compounds have been synthesized (11 are final and 4 are intermediate products). Final compounds are all novel, while from intermediate products one is novel. Their identification has been accomplished by 1H-NMR and IR spectroscopy, elementary analysis and melting point. For the synthetic part we have conducted reactions of nitrosation, reduction of the nitro-group, Clauson-Kaas and Friedel-Crafts reactions. In Friedel-Crafts reaction we have accomplished selective substitution in C-b or C-a of pyrrole, which depends on the proportion of AlCl3 and acylating agent. The amount of solvent is also important. In addition, in order to explain this regio-selectivity of the products we performed ab initio calculation of electronic parameters, such as dipole moment, Mulliken charges, the energy of HOMO and HOMO coefficients. We have studied the ALR2 inhibitory activity of our compounds. All the compounds exhibit ARI activity. More active were proved to be the derivatives of 4-bromo-2-fluoro-benzoyl substitution. The most active is compound 8α, with IC50 = 0,19 μΜ. We have also studied the inhibitory activity of the compounds towards ALR1, which gives the selectivity index (SI) of the compounds (SI= IC50ALR1/IC50ALR2). All the compounds inhibit ALR1 less than ALR2, except for 8α, which inhibits the two enzymes the same. The highest selectivity is exhibited by 7α, with SI 238. Additionally, we have calculated physicochemical properties such as ClogP, MlogP, S+logP, S+logD, TPSA and pKa. All the compounds obey Lipinsky’s rule of five. Because of the difference in inhibitory activity of the regio-isomers, we have also determined the lowest energy conformations of these molecules. After statistical analysis of our results, we ended up in two QSAR equations regarding pIC50ALR2 and SI. Finally it was shown that the presence of an arroyl substituent in the pyrrole ring is not a prerequisite for having ARI activity.