Πρωτότυπα υβριδικά παράγωγα φαινόλης – τροπολόνης ως πιθανοί αναστολείς της τυροσινάσης
Creators: name: Ραφτόπουλος, Οδυσσέας Λαζάρου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2024
Subjects: Παράγωγα
Αναστολείς
Τυροσινάση
Hybrids
Inhibitors
Tyrosinase

description: Η τυροσινάση είναι ένα ένζυμο που εμπλέκεται στη διατήρηση της οξειδοαναγωγικής ομοιόστασης της επιδερμίδας και στην παραγωγή μελανίνης διαμέσου της μελανογένεσης. Αν και η δράση της μελανίνης είναι ευεργετική στην προστασία του δέρματος από την υπεριώδη ακτινοβολία, η συσσώρευση ή υπερπαραγωγή της οδηγεί σε αισθητικά προβλήματα που σχετίζονται με την υπερμελάγχρωση που επηρεάζουν σημαντικά την ποιότητα ζωής ή, ακόμη, μπορεί να οδηγήσει σε απειλητικές για τη ζωή καταστάσεις, όπως το μελάνωμα. Δεδομένου του καθοριστικού ρόλου του ενζύμου στην κατάλυση των αντιδράσεων που επάγουν τη μελανογένεση, η τυροσινάση έχει αναγνωριστεί ως ένας ελκυστικός φαρμακοθεραπευτικός στόχος για τη ρύθμιση της μη φυσιολογικής σύνθεσης της μελανίνης. Για τον λόγο αυτό, έχουν γίνει προσπάθειες ανακάλυψης παραγόντων που θα στοχεύουν στην παρεμπόδιση της μελανογένεσης αναστέλλοντας τη δράση της τυροσινάσης. Παρά τη πληθώρα των διαθέσιμων παραγόντων λεύκανσης του δέρματος, μόνο ένας μικρός αριθμός αναστολέων της τυροσινάσης χρησιμοποιείται στα δερμοκαλλυντικά, κυρίως λόγω ανησυχιών για την ασφάλεια και ανεπαρκών αποτελεσμάτων τους. Συνεπώς, η περιορισμένη επιτυχία αναστολέων και η εμφάνιση σοβαρών ανεπιθύμητών επιδράσεων στις κλινικές μελέτες υπογραμμίζουν την επιτακτική ανάγκη για την ανάπτυξη νέων αναστολέων της τυροσινάσης με ισχυρή αντιμελανογόνο δράση και βελτιωμένο φαρμακοκινητικό προφίλ χωρίς την εμφάνιση παρενεργειών. Ο σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας έγκειται στην ανακάλυψη νέων φαρμακοθεραπευτικών/δερμοκαλλυντικών ενώσεων ως πιθανών αναστολέων της ανθρώπινης τυροσινάσης, οι οποίοι δύνανται να διερευνηθούν ως λευκαντικοί παράγοντες για την αντιμετώπιση παθήσεων υπερμελάγχρωσης του δέρματος καθώς και ως επικουρικοί αντινεοπλασματικοί παράγοντες στην θεραπεία του μελανώματος. Λαμβάνοντας υπόψη την αποτελεσματικότητα ορισμένων φαρμακοφόρων να παρεμβαίνουν στην καταλυτική λειτουργία της τυροσινάσης (ανάλογα μεταβατικής κατάστασης, φαινολικά παράγωγα και υποστρώματα αυτοκτονίας), διενεργήθηκε ο ορθολογικός σχεδιασμός επτά πρωτότυπων παραγώγων τροπολόνης (PT1-7). Ο σχεδιασμός στηρίχθηκε στη τρισδιάστατη δομή της ανθρώπινης τυροσινάσης και προσανατολίστηκε από μελέτες μοριακής υβριδοποίησης. Οι ενώσεις PT1-7 συντέθηκαν μέσω γνωστών στη βιβλιογραφία αντιδράσεων σε ικανοποιητική απόδοση και απομονώθηκαν με ανακρυστάλλωση, ενώ για την ταυτοποίηση των δομών χρησιμοποιήθηκαν μέθοδοι φασματοσκοπίας πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (1H‐NMR και 13C‐NMR). Οι ενώσεις PT1-7 διερευνήθηκαν για την in vitro ανασταλτική δράση στην τυροσινάση από τον μύκητα Agaricus Bisporus ως μοντέλο ομολογίας του ανθρώπινου ενζύμου και για την αντιοξειδωτική τους δράση σύμφωνα με τη δοκιμασία ελέγχου σάρωσης ελεύθερων ριζών DPPH. Η μελέτη της in vitro ανασταλτικής δράσης της τυροσινάσης έχει ως σκοπό την απόδειξη της ύπαρξης φαρμακολογικής δράσης για την οποία οι ενώσεις αυτές σχεδιάστηκαν και συντέθηκαν. Επίσης, η ύπαρξη αντιοξειδωτικής δράσης κρίνεται ωφέλιμη δεδομένου ότι ορισμένοι κλινικοί αναστολείς της τυροσινάσης (π.χ. φερουλικό οξύ, ασκορβικό οξύ κ.α.) προσφέρουν πέρα από αντιμελανογόνες ιδιότητες και προστασία από τις ελεύθερες ρίζες, οι οποίες συμβάλλουν στην φωτογήρανση και την υπερμελάγχρωση του δέρματος καθώς και στην εμφάνιση μελανώματος. Για την επεξήγηση των αποτελεσμάτων βιολογικής δράσης έναντι της τυροσινάσης, διενεργήθηκαν μελέτες μοριακής πρόσδεσης των ενώσεων PT1-7 στο ενεργό κέντρο του ενζύμου. Τέλος, κρίθηκε σημαντικό να εξετασθούν in silico ορισμένες παράμετροι κρίσιμες για την φαρμακευτική βιομηχανία που σχετίζονται με την φαρμακοκινητική και την πιθανή τοξικότητα (ADMET) των ενώσεων PT1-7 και να συσχετισθούν με αντίστοιχες φαρμακοκινητικές ιδιότητες και καταληκτικά σημεία τοξικότητας γνωστών αναστολέων της τυροσινάσης που κυκλοφορούν ευρέως στο εμπόριο ως λευκαντικοί παράγοντες (αρβουτίνη, κοζικό οξύ και τρανεξαμικό οξύ).
description: Tyrosinase is an enzyme that maintains redox homeostasis of the epidermis and in melanin production through melanogenesis. Although the action of melanin is beneficial in protecting the skin from ultraviolet radiation, its accumulation or overproduction can lead to aesthetic problems associated with hyperpigmentation that significantly affects the quality of life or even leads to more life-threatening conditions, such as melanoma. Given the enzyme's key role in catalyzing melanogenesis-inducing reactions, tyrosinase has been identified as an attractive pharmacotherapeutic target for regulating abnormal melanin synthesis. For this reason, in recent years, efforts have been made to discover agents that will aim to inhibit melanogenesis by inhibiting the action of tyrosinase. Despite the plethora of skin-whitening agents available, only a few tyrosinase inhibitors are used in dermo-cosmetics, mainly due to safety concerns and insufficient whitening effects. Therefore, the limited success of enzyme inhibitors and their serious adverse effects in clinical studies underline the urgent need for developing novel tyrosinase inhibitors with strong antimelanogenic activity and an improved pharmacokinetic profile without side effects. The purpose of this thesis lies in the discovery of new pharmacotherapeutic/dermo-cosmetic compounds as potential human tyrosinase inhibitors, which can be investigated as whitening agents for the treatment of hyperpigmentation of the skin as well as adjuvant antineoplastic agents in the treatment of melanoma. Considering the efficacy of certain pharmacophores to interfere with the catalytic function of tyrosinase (transition state analogs, phenolic derivatives, and suicide substrates), the rational design of seven prototype tropolone derivatives (PT1-7) was carried out. The design of these compounds was based on the three-dimensional structure of human tyrosinase and was oriented by molecular hybridization studies. Compounds PT1-7 were synthesized through known reactions in the literature at satisfactory performance and isolated by recrystallization, while nuclear magnetic resonance spectroscopy methods (1H‐NMR and 13C‐NMR) were used to identify the structures. Compounds PT1-7 were investigated for their in vitro Agaricus Bisporus tyrosinase inhibitory activity as a homology model of the human enzyme and for their antioxidant activity according to the DPPH free radical scan screening test. The in vitro study of the inhibitory activity of tyrosinase is intended to demonstrate the existence of pharmacological activity for which these compounds were designed and synthesized. Also, the existence of antioxidant activity is considered beneficial since some clinical tyrosinase inhibitors (ferulic acid, ascorbic acid etc.) offer in addition to antimelanogenic properties and protection from free radicals, which contribute to photoaging and hyperpigmentation of the skin as well as the appearance of melanoma. To explain the effects of biological activity against tyrosinase, molecular docking studies of compounds PT1-7 to the enzyme’s active center were performed. Finally, it was considered important to examine certain critical in silico parameters for the pharmaceutical industry related to the pharmacokinetics and potential toxicity (ADMET) of PT1-7 compounds and correlate with the respective pharmacokinetics and toxicity endpoints of known tyrosinase inhibitors widely marketed as skin-lightening agents (arbutin, kojic acid, and tranexamic acid).