Synthesis of peptide mimetics

Tez (Doktora)-- İTÜ Fen Bil. Enst., 2000.Thesis (Ph.D.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2000 Çoğu biyolojik fonksiyon için büyük öneme sahip olan peptidler, hızlı hidroliz olmaları, zayıf iletilme özellikleri ve böbrekler tarafından hızla atılmaları, düşük oral aktivasyonları gibi nedenler dolayısıyla ilaç olarak kullanımlarında dezavantajlar gösterebilmektedirler. Ayrıca çok değişken konformasyonlarda bulunabilmeleri, bu peptidlerin çok çeşitli reseptörlerle etkileşebilmesine, bunun sonucunda da belli bir hedefteki etkinin gücünün azalmasına yani etki alanında seçici davranamamasına neden olmaktadır. İlaç olarak kullanımlarında karşılaşılan bütün bu sınırlamalar dolayısıyla peptidler, spesifik fiziksel, kimyasal ve biyolojik karakteristikleri olan peptid mimetiklerine modifıye edilirler. Peptidomimetikler olarak da isimlendirilen bu moleküllerin yapılarında, amid bağları kısmen veya tamamen yeni bağlantılarla yer değiştirmekte, fakat peptidlerdeki aktif amino asit yan zincirleri korunmaktadır. Özellikle son yıllarda peptid mimetikleri konusunda yapılmış çok önemli ve ilginç çalışmaların sayısı hızla artmaktadır. Peptid mimetiklerinin hazırlanmasında hedef, bir peptidin özellikle aktif kısımlarını orijinal peptidteki konformasyon olasılıklarına yakın bir şekilde taklit etmektir. Literatürde bu konuda yapılmış çok çeşitli çalışmalara rastlanılmaktadır. Bu çalışmaların hepsinde benzer-ortak kabullar mevcuttur. Bunlar şöyle özetlenebilir: I) Uygun bir merkezi yapı (template) seçimi, i) Template genellikle rijit olmalıdır ve orijinal peptidteki konformasyonel yönlenmeleri sağlayabilmesi için belli yerlerinde istenen organik reaksiyonları kolaylıkla vermeye müsait gruplar olmalıdır, ii) Template, vücudun reddetmeyeceği, bilakis kolaylıkla kabul edebileceği türden ve genellikle heterosiklik yapılar olmalıdır. II) Template ile aktif amino asit yan zincirlerini bağlayacak ara bağlantıların seçimi: Bu bağlantıların esnekliği, doğal olarak, hem kimyasal yapıları, hem de boyutları ile ilgilidir. Bu nedenle gerçek peptidteki konformasyon ihtimallerini sağlayabilecek şekilde dikkatle seçilirler. III) Aktif uçlar: Gerçek peptitde SAR ( Structure- Activity Relationship) tekniği ile tesbit edilmiş olan aktif amino asit yan zincirlerinin tamamı veya yan zincirin de bir kısmı olarak, ana bağlantıya kolaylıkla monte edilebilmelidir. Bu çalışmada yeni peptidomimetiklerin sentezleri planlanmış ve çok aşamalı reaksiyonlar kullanılarak orijinal organik moleküllerin sentezleri gerçekleştirilmiştir. Üç farklı çekirdek yapı seçilerek, bunlardan türeyen çeşitli peptidomimetiklerin sentezi hedeflenmiştir. Bunlar piridin (1), 1,2,3-triazol (2) ve pirazol (3) yapıları içeren peptid mimetikleridir. Sentezlenen piridin çekirdekli peptidomimetikler Tablo l'de, 1,2,3-triazol çekirdekli peptidomimetikler Tablo 2'de ve pirazol çekirdekli peptidomimetikler Tablo 3' de gösterilmiştir. XV o^ ^x, o-x2 x3 N=N 9 ° U v^V II Xi- C- f >- C-X2 N-N H Xi, X2,Xi= Amino asit Yan Zincirleri. Tablo 1. Sentezlenen Piridin Çekirdekli Peptidomimetikler. jOC.CN A OH A »4. - CH3 °Xf A OH ^X>CH3 »JsX A A °xx" ^v- OMe 0^ vCT O- CO- CH3 oj3^° OH XVI Tablo 2. 1,2,3-Triazol Çekirdekli Peptidomimetikler. XVII Tablo 2. (Devam) 1,2,3-Triazol Çekirdekli Peptidomimetikler. Tablo 3. Pirazol Çekirdekli Peptidomimetikler. O-h^-O I N-N \=/ CH, NH CH3o -OhD^O Bu çalışmada, asidik (-COOH, -CeHUOH, -CH2OH), bazik (-C(NH2)=NH) ve lipofilik (-CH(CH3)2, -CH3, -C6H5) gruplar yukarıda bahsedilen templateler üzerine değişik kombinasyonlarla bağlanmıştır. Tirosin yan zinciri /?ara-substitüe fenol ile, leusin isopropyl grubu ile, arginin para- benzamidino grubu ile, fenil alanin ve alanin, fenil ve metil grupları ile ve glutamik asit ve aspartik asit /ttrra-substitüe benzoik asit ile mimiklenerek, 9 Adet piridin çekirdekli, 26 adet 1,2,3-triazol çekirdekli ve 3 adet pirazol çekirdekli peptidomimetik sentezlenmiştir. Sentezlenen bazı 1,2,3-Triazol bileşikleri üzerinde, "Tuberculosis Antimicrobial Acquisition & Coordinating Facility (Colorado State University)" tarafından yapılan Tüberküloz inhibisyon testlerinde oldukça umut verici sonuçlar elde edilmiştir. 4-(2- tiyofenkarbonil)-l-(bromoetil)-lH-l,2,3-triazole bileşiğinin tüberküloza karşı %94 lük bir inhibisyon etkisi gösterdiği ve aktif olduğu gözlenmiştir. Yeni sentezlenen triazol bileşiklerinin tüberküloz inhibisyon testleri de daha sonra aynı kuruluşa yaptırılacaktır. Test sonuçları Tablo 4'de verilmiştir. xviii Tablo 4. Tüberküloz inhibisyon Test Sonuçları. a) MIC (Minimum Inhibitory Concentration) değeri, Microplate Alamar Blue Assay (MABA) kullanılarak BACTEC 12B ortamında Mycobacterium tuberculosis H37RV (ATCC 27294) karşısında bulunan değerdir. b) Tüberküloz ilaçlarında kullanılabilmeleri için gereken daha ileri testlere geçilmesi için, bu bileşiklerin minumum %90 inhibisyon göstermeleri halinde bu bileşikler adı geçen kuruluşça "aktif olarak nitelendirilmektedir. There is a growing number of biologically active peptides which have potential for the development of new therapeutics. However, native peptides are only rarely directly usable as drugs, due to inherent limitations which include rapid proteolysis and metabolism, poor transport properties, rapid excretion by the kidneys, and low oral activity. Furthermore, peptides are often aselective in their actions owing to their flexible structure. In efforts to address these limitations, peptides are modified into mimetics with spesific physical, chemical and biological characteristics. These so- called peptidomimetics are derived from peptides by partly or completely removing the amide bonds while retaining essential aminoacid side chains in a defined, spatial relationship. Over the years peptidomimetics have become immensely important for both organic and medicinal chemists. In the biological, chemical, and pharmaceutical areas, they offer interesting advantages over physiologically active peptides, which as active substances are crucial for the organism. Apart from increasing the effectivity and selectivity of peptides, which may decrease side effects, improving oral bioavailability and prolonging the activity by hindering enzymatic degradation within the organism are of particular importance. The design of peptidomimetics as potential bioactive substances must take particular account of two structural factors: 1) a favorable fit (total conformation) with respect to the corresponding complemantery spatial situation at the active site: if necessary the conformation can be stabilized by the introduction of elements conferring rigidity; 2) the placement of certain structural elements e.g. functional groups, polar and hydrophobic regions in defined positions so that the required interactions e.g. hydrogen bonds, electrostatic or hydrophobic interactions can occur. We investigated focuses on attaching some amino acid side chains in flexible positions to a central core molecule (template) which causes rigidity in such a way that the total structure is semi-rigid and thus not constrained to a local minima, as is the case with most receptor ligands designed by medicinal chemists. In this study, pyridine (1), lH-l,2,3-triazol (2) and pyrazole (3) structures were chosen as the rigid templates and aryl ether linkages were constructed between the templates and amino acid side chains as flexible linkages. This work has been done with the goal of synthesis of new peptidomimetics. Synthesized peptidomimetics were shown in Table 1, Table 2 and Table 3. xx ,x, *3 O o Xr N=N ^-x2 Xı- C- f ^V-C-Xj N-N o-x2 H Xı, X2, X3 = Amino acid side chains. Table 1. Peptidomimetics With Pyridine Core..CN A OH A O- C- CH, ^kA0 ara-substituted phenol, leucine mimiced by isopropyl group, serine mimiced by hydroxymethyl, arginine mimiced by para- benzamidino group, phenyl alanine and alanine mimiced by phenyl and methyl groups and glutamic acid and aspartic acid mimiced by para-substituted benzoic acid. 9 Pyridine templated, 26 1,2,3-triazole templated and 3 pyrazole templated peptidomimetics were synthesized. "Tuberculosis Antimicrobial Acquisition & Coordinating Facility (Colorado State University)" has tested tuberculosis inhibitions of some triazole compounds and promising results were observed (Table 4). Compounds should have a minimum of 90% inhibition effect for use in drugs. Some of the new triazoles synthesized in this study were tested by the same university and very good results have been obtained. 4-(2-thiophenecarbonyl)-l-(bromoethyl)-lH-l,2,3-triazole has 94% inhibition and therefore is an active compound against tuberculosis. xxin a) MIC (Minimum Inhibitory Concentration) is found by using Microplate Alamar Blue Assay (MABA) in BACTEC 12B medium against Mycobacterium tuberculosis H37Rv (ATCC 27294). **) Compounds demonstrating at least 90% inhibition in the primary screen are called "active", and these compounds are tested further for use in drugs. DoktoraPh.D