Synthesis of nucleoside analogues and pronucleotides using the copper(I) catalyzed Huisgen reaction and studies of their biological activity

Wydział Chemii: Pracownia Chemii Nukleozydów i NukleotydówAnalogi nukleozydów są stosowane w medycynie przede wszystkim w leczeniu chorób nowotworowych i wirusowych. Pełnią rolę antymetabolitów, które mogą naśladować nukleozydy natywne i zakłócają funkcjonowanie kwasów nukleinowych. Aby taki analog nukleozydu mógł zostać włączony do nici DNA, musi on przejść trójkrotną fosforylację. Fosforylacja nukleozydów jest reakcją katalizowaną enzymatycznie, a etap pierwszej fosforylacji jest najwolniejszy. Dlatego badacze zajmują się syntezą 5’-fosforanów nukleozydów w postaci ich zablokowanych form zdolnych do swobodnego przejścia przez błonę komórkową i uwolnienia fosforanu we wnętrzu komórki. Takie molekuły nazwano pronukleotydami, co nawiązuje bezpośrednio do nazwy proleków, czyli substancji nieaktywnych, które ulegają enzymatycznej lub chemicznej aktywacji w organizmie. Ponadto, synteza analogów nukleozydów wiąże się z możliwością ich dalszej modyfikacji. Podejście “twin drugs” pozwala na łączenie ze sobą co najmniej dwóch farmakoforów, które wykazują lepszą aktywność niż każdy z nich osobno. W pracy doktorskiej wykorzystano do tego celu reakcję chemii “click”, czyli reakcję Huisgena katalizowaną jonami miedzi(I), dla której poszczególne molekuły były funkcjonalizowane terminalnym wiązaniem potrójnym lub grupą azydkową. W pracy zastosowano analogii nukleozydów takie jak 3’-azydo-3’-deoksytymidyna, 5-fluoro-2’-deoksyurydyna oraz gemcytabina, natomiast komponentami do reakcji koniugacji były m.in. modyfikowane alkaloidy kory chinowej, związki zawierające fluor, komponenty interkalujące do DNA tj. pochodne akrydyny, pochodne jonoforów karboksylowych oraz modyfikowane aminocukry. Niektóre z otrzymanych koniugatów zostały przeprowadzone w ich formy fosforanowe. Związki przebadano pod względem aktywności cytotoksycznej na komórkach nowotworowych oraz w stosunku do linii komórek nienowotworowych w celu wyznaczenia ich selektywności.Nucleoside analogues are used in medicine, especially in the treatment of cancer diseases and viral infections. They act as antimetabolites, which can mimic the native nucleosides and disturb the functioning of nucleic acids. Nucleoside analogue can be incorporated into DNA, only when it pass the triple phhosphorylation process. Phosphorylation of nucleosides is enzymatically catalyzed reaction and the first phosphorylation step is the slowest. Therefore, the researchers are involved in the synthesis of masked 5'-phosphate nucleosides, which in their unblocked form are able freely to pass through the cell membrane and release the 5’-phosphate in the cell interior. Such molecules called pronucleotides, which directly refers to the name of prodrugs – non-active substances, which after enzymatic or chemical activation in the body, release active parent drug. In addition, the synthesis of nucleoside analogues with e.g. anticancer activity implies the possibility of modification. “Twin drug” approach allows to join together at least two pharmacophores, which have better activity than either of them alone. In this dissertation, the "click" chemistry reaction was applied. The individual molecules were functionalized with a terminal triple bond, or an azide moiety for the copper(I) catalyzed Huisgen reaction. In the research were used nucleoside analogues such as 3'-azido-3'-deoxythymidine, 5-fluoro-2'-deoxyuridine and gemcitabine, and the components of the conjugation reactions were, among others, modified cinchona alkaloids, fluorine-containing compounds, components intercalating into DNA i.e. acridine derivatives, derivatives of carboxylic ionophores and modified aminosugars. Some of the derived conjugates have The compounds were tested for cytotoxic activity on cancer cells and for comparison in non cancer cell lines to determine their selectivity