Synthesis and evaluation of substrates and inhibitors of Trypanosoma cruzi trans-sialidase of, the agent of Chagas disease

La trans-sialidasa de Trypanosoma cruzi (TcTS) cataliza la transferencia de ácido siálico desde los glicoconjugados del hospedero a β-galactopiranósidos terminales en las mucinas del parásito. Esta enzima no tiene equivalentes en mamífero y durante la infección se secreta activamente induciendo alteraciones hematológicas. Se había demostrado que en cepas menos infectivas las cadenas Oglicosídicas de las mucinas contenían β-galactofuranosa además del aceptor β-galactopiranosa. El propósito de esta tesis es contribuir al conocimiento de la acción de la TcTS sobre sustratos aceptores o donores de ácido siálico y la síntesis y evaluación de inhibidores de la enzima. Se estudiaron las propiedades aceptoras de los oligosacáridos sintéticos que son componentes de las mucinas para correlacionar su estructura con la habilidad de actuar como sustratos. Se calcularon los valores de Km para los azúcares libres, los oligosacáridos alditoles y los bencil glicósidos. Todos los compuestos resultaron buenos aceptores de ácido siálico, o sea que la galactofuranosa no afectaría la sialilación de las unidades de Galp presentes en los mismos oligosacáridos. Se llevó a cabo la sialilación preparativa del bencil glicósido del hexasacárido β-D-Galp-(1→2)-[β-D-Galp-(1→3)]-β-D-Galp-(1→6)-[β-D-Galf(1→2)-β-D-Galf(1→4)]-D-GlcNAc utilizando una enzima recombinante y sialillactosa como donor. El aislamiento del producto sialilado permitió determinar por espectros RMN mono y bidimensionales que el ácido siálico se incorpora selectivamente a la Galp terminal unida (β1→3). Con respecto a sustratos donores en la reacción de TcTS se determinó su capacidad de transferir N-glicolilneuramínico (Neu5Gc) desde oligosacáridos sintéticos a lactosa y análogos con igual o mejor eficiencia que el ácido siálico común (Neu5Ac). Por otra parte, con el fin de aumentar la vida media en la circulación sanguínea de inhibidores de la reacción de trans-sialilación, se sintetizaron conjugados con polietilenglicol (PEG), en particular derivados con PEG de 8-brazos de análogos de lactosa. La multivalencia se confirmó por RMN y se evaluó la biodisponibilidad de los conjugados en plasma de ratones. Se encontró que la misma mejoró considerablemente con respecto a conjugados lineales que también fueron sintetizados en este trabajo de tesis. Palabras clave: Trypanosoma cruzi, trans-sialidasa, mucinas, inhibidores, PEGilación.The trans-sialidase of Trypanosoma cruzi (TcTS) catalyzes the transfer of sialic acid from host glycoconjugates to terminal β-galactopyranosides in the mucins of the parasite. The enzyme has no equivalent in mammals and during infection is actively shed to the medium inducing hematological alterations. In less infective strains, the Olinked chains may contain β-galactofuranose in addition to the acceptor β-galactopyranose units. This Tesis is a contribution to the knowledge of the action of TcTS on acceptor and donor substrates. Also, inhibitors have been synthesized and evaluated. The acceptor properties of the chemically synthesized oligosaccharides, components of the mucins, were now studied in order to correlate their structure with the ability to act as substrates. The Km values were calculated for the free sugars, the sugar alditols and the benzyl glycosides. All the compounds showed to be good acceptors of sialic acid. Thus, the introduction of galactofuranose in the mucins would not affect sialylation of the Galp units in the same oligosaccharides. Preparative sialylation of the benzyl glycoside of the hexasaccharide β-D-Galp-(1→2)-[β-D-Galp- (1→3)]-β-D-Galp-(1→6)-[β-D-Galf(1→2)-β-D-Galf(1→4)]-D-GlcNAc, with a recombinant TcTS and sialyllactose as donor afforded the sialylated oligosaccharide. NMR spectroscopic analysis showed that selective monosialylation occurred at the terminal (β1→3) linked Galp. With respect to donors in the TcTS reaction it was shown that Nglycolylneuraminic acid (Neu5Gc) may be transferred even better than the common sialic acid (Neu5Ac) from synthetic oligosaccharides to lactose or analogs. Also, with the aim to improve the circulating half-lives in vivo of inhibitors of TcTS, we synthesized covalent conjugates of polyethyleneglycol (PEG), in particular eight arm-PEG of lactose analogs. Substitution of all arms was proven by 1H NMR spectroscopy. The bioavailability of the conjugates in mice plasma was considerably improved with respect to the linear PEG conjugates which were also synthesized in this Tesis. Keywords: Trypanosoma cruzi, Trans-sialidase, mucins, inhibitors, PEGylation.Fil:Giorgi, María Eugenia. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina