Síntese e design racional de novos análogos de nucleósidos e de nucleótidos como potenciais inibidores de cinases com interesse terapêutico

Tese de mestrado em Química, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, em 2018Os nucleósidos e nucleótidos são moléculas cruciais para a vida, desempenhando funções chave em inúmeros processos biológicos fundamentais como a síntese do DNA e RNA, divisão celular e metabolismo. O desenvolvimento de análogos sintéticos destes compostos tem sido explorado ao longo dos anos, tendo conduzido a vários fármacos que são utilizados no tratamento do cancro e de doenças virais. Para além disso, existem evidências do potencial de compostos deste tipo para inibir colinesterases e para exibir atividade antimicrobiana. Apesar do seu enorme potencial terapêutico, no que se refere às suas propriedades anticancerígenas e antivirais, existem alguns problemas associados ao seu usual mecanismo de ação. Existem vários mecanismos de resistência que as células exibem face à ação destes compostos, como por exemplo, a diminuição de proteínas transportadoras de nucleósidos, o que impossibilita a passagem destas moléculas para dentro das células, devido à sua polaridade. Deste modo, o desenvolvimento de novos análogos contendo substituintes estáveis e apolares e exibindo novos mecanismos de ação ou atuando em alvos biológicos pouco explorados, poderá ultrapassar estes problemas. Neste trabalho foram sintetizados novos análogos de nucleósidos, contendo o grupo guanidina, devido ao facto de ser um potencial mimético de uma base azotada, partindo de derivados de xilofuranose contendo diferentes O-substituintes na posição 3. Foram abordados dois diferentes métodos de redução/guanidinilação e os compostos desejados foram obtidos com sucesso. A partir desses derivados também foi possível sintetizar estruturas inovadoras de isonucleótidos, contendo um grupo fosfato ou um grupo fosforamidato na posição 5 e uma unidade benziltriazole numa O-ramificação da posição 3 como um sistema mimético de uma nucleobase. Foram abordadas as reações de fosforilação e Staudinger-fosfito para a síntese destes compostos, respetivamente. Por fim, foram também obtidos novos análogos de nucleótidos contendo o grupo uracilo na posição anomérica e um grupo (metil)triazolil fosfonato como um possível mimético estável e neutro do grupo difosfato. Para a síntese destes compostos as reações de ciclização térmica e N-glicosilação foram exploradas. A afinidade destes compostos para as enzimas CDK2 e GSK3β foi estudada por docking molecular, uma vez que estas enzimas são potenciais alvos terapêuticos para o cancro e para a doença de Alzheimer/diabetes, respetivamente. De um modo geral, as moléculas ou características estruturais que permitiram obter melhores resultados em termos de afinidade de ligação às enzimas foram: guanidino furanoses contendo o grupo benziltriazole, derivados de metil triazoles contendo o substituinte O-benzilo na posição 3 e grupo fosfato O-substituído por grupos fenilos. Deste modo, os resultados foram bastante positivos e motivadores para a realização de futuros testes biológicos.Nucleosides and nucleotides are crucial molecules for life that play a key role in fundamental biological processes such as a synthesis of DNA and RNA, cell division and metabolism. The development of synthetic analogues of these molecules has been explored throughout the years and has led to a number of drugs that are used nowadays for the treatment of cancer and viral diseases. Furthermore, some reports showed the potential of these types of compounds to display cholinesterase inhibitory properties and antimicrobial activity. On the other hand, despite their significant therapeutic profile, considering their anticancer and antiviral properties, there are some problems related to their mechanisms of action. Various mechanisms of resistance are exhibited by cells against the action of these compounds, such as the decrease on the level of nucleoside transporters, which perturbs their passage to the intracellular medium due to their polarity. Thus, the development of new analogues containing stable and less polar moieties and exhibiting new mechanism of action or focussing rather less exploited biological targets, are required to overcome these problems. In this work, new nucleoside analogues comprising a guanidine group as a potential mimetic of a nucleobase, were synthetized. These compounds were obtained successfully from bis-functionalized xylofuranose derivatives containing different O-substituents in position 3, using two different reduction/guanidinylation methods. Innovative isonucleotides were obtained from these precursors, comprising a phosphate or a phosphoramidate group and a triazole moiety in the position 3, as a mimetic of a nucleobase. For the access of these compounds, the synthetic strategies involved phosphorylation and Staudinger-phosphite reactions, respectively. Moreover, new nucleotide analogues containing a uracil moiety in the anomeric position and comprising a (triazolyl)methyl phosphonate system as a stable and neutral mimetic of a diphosphate group, were synthetized. These compounds were obtained by N-glycosylation and thermal cyclization reactions. The affinity of these compounds for CDK2 and GSK3β was studied by molecular docking, since these enzymes are potential therapeutic targets for cancer and Alzheimer’s disease/diabetes, respectively. The molecules/structural features that enabled obtaining better results in terms of binding affinities to the enzymes are the following: guanidino sugars comprising a benzyl triazole system, methyl triazole derivatives having an O-benzyl group in the position 3 and phosphate moieties containing O-phenyl groups. These results are very promising and encourage further biological testing of these molecules