title: Furan- and pyran-based heterocycles as subtype-selective ligands of the estrogen receptor. Synthesis and biological characterisation
Creators: name: Zimmermann, Jochen
Publisher: name: Universität Regensburg
Year: 2006
Subjects: subject: Antiöstrogene , Brustkrebs , Östrogenrezeptor , Furanderivate , Pyranderivate , Heterocyclische Verbindungen , Ligand , Antiestrogene , Estrogen Rezeptor , Hormon-abhängiger Brustkrebs , Endokrine Therapie , Diphenylfuran , Antiestrogens , Estrogen receptor , Hormone-dependent brest cancer , Endocrine therapy , Diphenylfuran
subject: 540 Chemie

description: The discovery of an estrogen binding protein in target tissues about 50 years ago provided a rational basis for the endocrine therapy of breast cancer. After the approval of tamoxifen as drug for treatment of hormone-dependent mammary carcinomas antiestrogen therapy has become an established treatment modality for this malignancy. More recently an isoform of the estrogen receptor was discovered and characterised. It was termed ERbeta to discriminate it from the original ERalpha. Both receptor forms share many similarities but show a different distribution in the body and, consequently, differ in their functions which are not yet completely assigned to the two subtypes ERalpaha and ERbeta. The objective of this study was the search for new agents, that can be applied to the treatment of hormone-dependent mammary carcinomas. These compounds should display a preference for one of the two estrogen receptor isoforms ERalpha and ERbeta, which have been shown to possess distinct tissue distribution profiles and functions in the body. The ERalpha was found to be the predominant estrogen receptor protein in malignant mammary tumours. Steroidal fulvestrant is the only pure antiestrogen in the clinics for the treatment of this malignancy, but it lacks subtype selectivity. Thus, pure antiestrogens with selectivity for ERalpha would be the drugs of choice for the treatment of breast cancer patients, who have become resistant to prior endocrine therapy. Potent ERbata-selective antagonists would represent an useful tool to elucidate the functions of this receptor isoform, which are not yet completely understood. In order to discover new structures that have not yet been investigated as ligands for the ER, virtual screening with the software programme LUDI was performed to select promising structures from a large database. Five compounds containing either a bridged bicyclic core structures or a 1,1-diaryl motif were chosen for primary testing. An ethanoanthracene-based compound was synthesised through the Diels-Alder reaction and synthetically modified with phenolic hydroxy groups. A number of non-steroidal compounds have been identified as ER ligands with a variable degree of subtype selectivity for ERalpha. The preference for one or the other receptor isoform depends mainly on the structure of the core. In this study furan- or pyran-based heterocycles linked with two hydroxylated phenyl rings were chosen as carrier molecules. These core structures, including 2,5- and 2,4-diphenylfurans, 2-phenylbenzo[b]furans and 3-phenyl-1-benzopyrans, were chemically modified with long aliphatic side chains incorporating appropriate functional groups in order to convert them into pure antiestrogens. The biological characterisation of the new ligands of the estrogen receptor comprises the determination of binding affinities for a native estrogen receptor isolated from calf uteri and for the two recombinant ER subtypes alpha and beta. Compounds with sufficient affinity were tested for antiproliferative activity in estrogen-sensitive human MCF-7 breast cancer cells and in hormone-independent MDA-MB-231 breast cancer cells in order to detect non-specific cytotoxic drug actions. The estrogenic and antiestrogenic activity of the test compounds was quantified in the luciferase assay using hormone-dependent MCF-7/2a cells that have been stably transfected with a luciferase reporter gene under the control of an estrogen response element. Molecular modelling studies were performed to investigate the binding mode of the synthesised antiestrogens in the active site of the receptor and to rationalise the results of the in vitro evaluations.
description: Als man vor etwa 50 Jahren ein Protein entdeckte, welches Estrogene zu binden vermag, bot sich ein vielversprechender Ansatz für die endokrine Therapie von Bruskrebs. Nach der Freigabe von Tamoxifen als Wirkstoff zur Behandlung des hormonabhängigen Mammakarzinoms hat sich die Therapie mit Antiestrogenen als Behandlungsmethode für Brustkrebs etabliert. Vor Kurzem wurde ein zweiter Estrogen Rezeptor Subtyp (ERbeta; zur Unterscheidung vom ursprünglichen Estrogen Rezeptor ERalpha) entdeckt und charakterisiert. Beide Rezeptor-Subtypen weisen trotz vieler Gemeinsamkeiten eine unterschiedliche Gewebeverteilung im Körper auf und unterscheiden sich deshalb auch in ihren Funktionen, die für beide Rezeptoren noch nicht vollständig aufgeklärt sind. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Suche nach neuen Wirkstoffen, die zur Behandlung von hormonabhängigen Brustkrebs eingesetzt werden können. Diese Verbindungen sollten bevorzugt an eines der beiden Estrogen Rezeptor Proteine binden. Der alpha-Rezeptor wird hauptsächlich im bösartigen Brusttumoren expremiert. Das steroidale Antiestrogen Fulvestrant ist das einzige reine Antiestrogen im klinischen Einsatz zur Behandlung von Brustkrebs. Allerdings läßt diese Verbindung eine Selektivität zu einem der beiden Estrogen Rezeptoren vermissen. Reine Antiestrogene mit Selektivität zum ERalpha wären die Wirkstoffe der Wahl für die Behandlung von Brustkrebspatienten, die eine Resistenz zu einer vorhergehenden endokrinen Therapie entwickelt haben. Potente ERbeta-selektive Antagonisten wären zudem nützliche Verbindungen um die Funktion und die Wirkungsweise dieses Rezeptors aufzuklären. Durch Virtual Screening mit dem Software Programm LUDI sollten aus einer großen Datenbank neue Sturkturen gewählt werden, die bis dato noch nicht als Liganden des Estrogen Rezeptors untersucht wurden. Fünf Substanzen mit entweder einem überbrückten bicyclischen Grundgerüst or einem 1,1-Diarylmotiv wurden für die Testung ausgewählt. Eine Verbindung, die auf einem Ethanoanthrancen-Gerüst basiert, wurde über die Diels-Alder-Reaktion synthetisiert und durch die Einführung von zusätzlichen phenolischen Hydroxygruppen modifiziert. Viele nicht-steroidale ER Liganden mit unterschiedlicher Selektivität zum ERalpha wurden mittlerweile identifiziert. Die Präferenz für den eine oder anderen ER Subtyp hängt hauptsächlich von der Sturktur des Grundgerüsts ab. In dieser Arbeit wurden Furan- und Pyran-basierende Heterozyklen mit einem oder zwei hydroxylierten Phenylringen als Trägermoleküle gewählt. Diese Grundstrukturen, welche 2,5- and 2,4-Diphenylfurane, 2-Phenylbenzo[b]furane und 3-Phenyl-1-benzopyrane umfassen, wurden auf chemischen Wege mit einer langen aliphatischen Seitenkette mit geeigneten funktionellen Gruppen ausgestattet, um reine Antiestrogen zu erhalten. Die biologische Charakterisierung der neuen ER Liganden umfasst die Bestimmung der Bindungsaffinität zum natürlichen Estrogen Rezeptor, der aus Kalbsuteri isoliert wurde, und zu den beiden rekombinanten humanen Rezeptorproteinen ERalpha und ERbeta. Die Verbindungen mit ausreichender Affinität zum ER wurden auf ihre antiproliferative Wirkung in hormon-abhängigen humanen MCF-7 Brustkrebszellen und auf ihre nicht-spezifischen, cytotoxischen Effekte in hormon-unabhängigen humanen MDA-MB-231 Brustkrebszellen getestet. Die estrogene und antiestrogene Aktivität der Testsubstanzen wurde im Luziferase-Assay mit hormon-abhängigen MCF-7/2a Zellen quantifiziert. Dabei handelt es sich um MCF-7 Zellen, die mit einem Luziferase Reportergen und einem Estrogen Response Element stabil transfiziert wurden. Zur Aufklärung der Bindungsmodi der synthetisierten Verbindungen im aktiven Zentrum des Proteins wurden Untersuchungen mit Hilfe von Molecular Modelling unternommen.