Synthese von neuen antiviralen Wirkstoffen gegen RNA-Viren

Die Dissertation „Synthese von neuen antiviralen Wirkstoffen gegen RNA-Viren“ wurde im Rahmen des EU-Projekts SILVER (Small-molecule Inhibitor Leads Versus Emerging and neglected RNA viruses) durchgeführt. Als erste Leitstruktur wurde die als SCH-48973 oder V-073 beschriebene Struktur (vgl. [1] Cox 1996, [2] Buontempo 1997, [3] Oberste 2009 und [4] Leis 2011) 1,3-Dichlor-2-((4-((2-chlor-4-methoxyphenoxy)methyl)benzyl)oxy)benzol verwendet. Die 1996 von der Firma Schering entdeckte Substanz hat großes Potential gegen Polioviren (vgl. [5] Girijavallabhan 1992). Der Wirkmechanismus dieser Substanz ist eine Bindung an das Kapsid des Virus. So wird eine rezeptorvermittelte Endozytose gehemmt. Als Grundlage dieser Dissertation dienten hergestellte Derivate (aus [4] Leis 2011). Darauf aufbauend sollten weitere Substitutionsmustervariationen und hauptsächlich Derivate mit Variationen im mittleren Bereich des Moleküls hergestellt werden. Dabei wurden folgende Substanzklassen mit jeweils verschiedenen Substitutionsmustern an den äußeren Benzol-Ringen hergestellt: 1,4-Di(arylmethyloxy)benzole 1-(Arylmethyloxy)-4-(aryloxymethyl)benzole Diarylterephthalate 1,4-Phenylendibenzoate N1,N4-Diarylterephthalamide N,N'-Phenylendibenzamide 1,4-Di(1-aryloxyethyl)benzole 1-(1-Aryloxyethyl)-4-(aryloxymethyl)benzole 1,4-Di(aryloxymethyl)-2,5-dimethoxybenzole 1,4-Di[(pyridin-x-oxy)methyl]-benzole Das Ziel war einerseits die schon beschriebene Aktivitäten gegen Polio- und Echoviren zu verbessern, aber auch das antivirale Spektrum gegen andere Picornaviren, wie zum Beispiel Enterovirus 71 und Rhinoviren, zu erweitern. Die Testung der Aktivität gegen die jeweiligen Viren erfolgte am Rega Institut der KU Leuven, Belgien, in der Arbeitsgruppe von Prof. Johan Neyts am High-Throughput-Roboter EVO2000. Die aktivsten Substanzen für jeden Virus wurden durch folgende Kennwerte klassifiziert: EC90-Werte sind kleiner als 0,1M, Therapeutischer Index-Werte größer als 500 sowie Maximale Hemmung bei 100%. Daraus wird deutlich, dass diese Substanzklasse, die als antiviral aktiv gegen Polioviren klassifiziert ist, auch gegen Rhino- und Echoviren deutliche antivirale Aktivität aufweist. Weiters wurde im Zuge dieser Arbeit festgestellt, dass der Ersatz der endständigen Aromaten durch Pyridine die antivirale Aktivität steigert. Die zweite Leitstruktur beruht auf einem in vitro-Screening einer Substanzdatenbank. Das 4-(2-Hydroxy-2-phenylethyl)-2-methylpyrazol[1,5-]quinazolin-5(4H)-on zeigte beim Screening eine Aktivität gegen Chikungunyaviren. Nachdem die Aktivität mit einer neuerlich hergestellten Substanz bestätigt werden konnte, wurde sowohl versucht, die reinen Enantiomere herzustellen, als auch durch Variationen des Moleküls noch aktivere Analoga zu gewinnen und die für die antivirale Aktivität wesentlichen Teile des Moleküls zu identifizieren. Dazu wurden Produkte hergestellt, die sowohl zusätzliche zyklische Strukturen aufweisen als auch weniger Strukturelemente als die Leitstruktur enthalten. Zusätzlich wurden Substanzen mit diversen Substitutionsmustern an den beiden Aromaten hergestellt, um eine Verbesserung der virologischen Aktivität zu erreichen. Die Arbeit gibt einen Überblick über die wirksamsten Analoga im Vergleich zur Leitstruktur inklusiver aller ermittelten virologischen Kennwerte. Hier ist deutlich zu sehen, dass eine breite Auswahl an aktiveren Substanzen im Vergleich zur Leitstruktur synthetisiert werden konnte. Besonders die Leitstruktur, an der zusätzlich entweder eine 3-Methoxy- oder 3-Fluorgruppe substituiert ist, ist deutlich stärker aktiv, weist kleinere EC50 und EC90-Werte, sowie deutlich höhere Selektivitätswerte auf. Zusätzlich wurden alle für diese Zwecke synthetisierten Substanzen auch gegen andere Alphaviren getestet. Der Vergleich der Wirksamkeit dieser Analoga gegenüber Semliki-Forrest- und Sindbisvirus, sowie die Testung von 4-(2-Hydroxy-2-(naphthalen-2-yl)ethyl)-2-methylpyrazol[1,5-]quinazolin-5(4H)-on gegen eine Auswahl von 10 weiteren Alphaviren, deutet auf eine vielversprechende therapeutische Breite hin. [1] Cox S.; Buontempo P.J.; Wright-Minoque J.; DeMartino J.L.; Skelton A.M.; Ferrari E.; Schwartz J.; Rozhon E.J.; Linn C.C.; Girijavallabhan V.; OConnel J.F.: „Antipicornavirus activity of SCH 47802 and analogs: in vitro and in vivo studies“; Antiviral Res. 1996, 32, 71-79 [2] Buontempo P.J.; Cox S.; Wright-Minoque J.; DeMartino J.L.; Skelton A.M.; Ferrari E.; Albin R.; Rozhon E.J.; Girijavallabhan V.; Modlin J.F.; OConnel J.F.: „SCH 48973: a Potent, Broad-Spectrum, Antienterovirus Compound”; Antimicrob. Agents Chemother. 1997, 41(6), 12201225 [3] Oberste M.S.; Moore D.; Anderson B.; Pallansch M.A.; Pevear D.C.; Collett M.S.: “In vitro antiviral activity of V-073 against polioviruses.” Antimicrob. Agents Chemother. 2009, 53 (10): 4501-3 [4] Martina Leis: Diplomarbeit: „Synthese von Analoga des antipicornaviralen Kapsidbinders SCH48973“, Universität Innsbruck August 2011 [5] Girijavallabhan V.M.; Ganguly A.K.; Versace R.; Saksena A.K.; Pinto P.A.; Schering Corporation: „Orally active antiviral compounds”, EPThis PhD-thesis “Synthesis of new antiviral compounds targeting RNA-Viruses” was generated within the framework of the EU-project SILVER (Small-molecule Inhibitor Leads Versus Emerging and neglected RNA viruses). The first lead structure was the compound 1,3-dichloro-2-((4-((2-chloro-4-methoxyphenoxy)methyl)benzyl)oxy)benzene in literature described as SCH-48973 or V-073 (see [1] Cox 1996, [2] Buontempo 1997, [3] Oberste 2009 and [4] Leis 2011). This compound was discovered in 1996 by the company Schering and specified as active against Polioviruses (see [5] Girijavallabhan 1992). The target of V-073 is the virus capsid where it inhibits the receptor-mediated endocytosis. The basis of this work has been 32 synthesized derivatives (see [4] Leis 2011). Following this prework derivatives with different substitution patterns, different linker parts between the three benzene rings and additional substituents on the linker part and the mean benzene ring were produced. The following compound classes were synthesized: 1,4-bis(arylmethyloxy)benzenes 1-(arylmethyloxy)-4-(aryloxymethyl)benzenes Diaryl terephthalate 1,4-phenylene dibenzoate N1,N4-diaryl terephthalamide N,N'-phenylene dibenzamide 1,4-bis(1-aryloxyethyl)benzole 1-(1-aryloxyethyl)-4-(aryloxymethyl)benzenes 1,4-bis(aryloxymethyl)-2,5-dimethoxybenzenes 1,4-bis[(pyridinoxy)methyl]-benzenes The goal was on the one hand to improve the antiviral activity against Polio- and Echovirus and on the other hand to extend the antiviral spectrum against other picornaviruses for example Enteroviruses and Rhinoviruses. The antiviral activity was assayed at the Rega Institute of KU Leuven, Belgium by the workgroup of Johan Neyts with a high-throughput robot. The most active substances were classified by an EC90-value smaller than 0,1M, a therapeutically index higher than 500 and a maximum virus inhibition of 100%. The compound class, described as antiviral active against Poliovirus, shows also high activity against Rhino- and Echovirus. This thesis also shows that 1,4-bis[(pyridinoxy)methyl]-benzenes are antiviral active against picornaviruses. The second lead structure found during an in vitro screening of a compound databank is 4-(2-hydroxy-2-phenylethyl)-2-methylpyrazolo[1,5-]quinazolin-5(4H)-one. During the screening this compound showed antiviral activity against chikungunya viruses. After the confirmation of the activity the pure enantiomers were synthesized. Additionally this thesis describes the synthesis of a lot more derivatives of this compound to detect the essential parts of the molecule to obtain and improve antiviral activity. That was achieved by adding and omitting cyclic structure elements and changing the substitution pattern. The thesis gives an overview of the most active agents including all the virologic values detected at Rega Institute. It was possible to improve the antiviral activity. Especially fluoro- and methoxysubstiuents on the benzene ring in position 3 are responsible for this improvement. This can be seen in the EC-values but also the selectivity index is much higher. To investigate the therapeutically array all of the synthesized derivatives were tested not only against Chikungunya- but also against Semliki-Forrest- and Sindbisvirus. The virologic data of every substance against these three viruses is quite consistent. Also the testing of 4-(2-Hydroxy-2-(naphthalen-2-yl)ethyl)-2-methylpyrazolo[1,5-]quinazolin-5(4H)-one shows that this class of compounds has an interesting therapeutically array. [1] Cox S.; Buontempo P.J.; Wright-Minoque J.; DeMartino J.L.; Skelton A.M.; Ferrari E.; Schwartz J.; Rozhon E.J.; Linn C.C.; Girijavallabhan V.; OConnel J.F.: „Antipicornavirus activity of SCH 47802 and analogs: in vitro and in vivo studies“; Antiviral Res. 1996, 32, 71-79 [2] Buontempo P.J.; Cox S.; Wright-Minoque J.; DeMartino J.L.; Skelton A.M.; Ferrari E.; Albin R.; Rozhon E.J.; Girijavallabhan V.; Modlin J.F.; OConnel J.F.: „SCH 48973: a Potent, Broad-Spectrum, Antienterovirus Compound”; Antimicrob. Agents Chemother. 1997, 41(6), 12201225 [3] Oberste M.S.; Moore D.; Anderson B.; Pallansch M.A.; Pevear D.C.; Collett M.S.: “In vitro antiviral activity of V-073 against polioviruses.” Antimicrob. Agents Chemother. 2009, 53 (10): 4501-3 [4] Martina Leis: Diplomarbeit: „Synthese von Analoga des antipicornaviralen Kapsidbinders SCH48973“, Universität Innsbruck August 2011 [5] Girijavallabhan V.M.; Ganguly A.K.; Versace R.; Saksena A.K.; Pinto P.A.; Schering Corporation: „Orally active antiviral compounds”, EPvon Mag. Karin OrtnerAbweichender Titel laut Übersetzung der VerfasserinP7400-019-013Universität Innsbruck, Dissertation, 2017OeBB(VLID)169673