Síntese, elucidação estrutural, avaliação da interação com DNA, atividades antiproliferativa e anti-topoisomerase de novos derivados de Acridina

O câncer é, sem sombra de dúvidas, a doença mais temida pela população, em razão da sua alta incidência e elevadas taxas de mortalidade para determinados tipos da doença. Nas últimas décadas, os pesquisadores têm obtido avanços significativos no entendimento da patogênese, nas características e nas terapias do câncer. A quimioterapia é frequentemente o tratamento escolhido para muitos tipos de câncer e por este motivo a pesquisa por novos agentes quimioterápicos constitui um dos alicerces na luta contra o câncer. Os intercaladores orgânicos são compostos poliaromáticos que podem se inserir entre pares de bases adjacentes da dupla fita de DNA e inibir a síntese de ácido nucléico in vivo, essa propriedade é comumente observada em drogas anticâncer usadas na terapia clínica. Por isto, a descoberta de novos intercaladores do DNA tem sido considerada uma abordagem prática e um número expressivo de moléculas tem sido avaliado quanto às suas propriedades intercaladoras. Neste trabalho foram sintetizados novos agentes anticâncer tendo como molécula de partida o anel acridina. Foram sintetizados e caracterizados oito novos derivados da série 2-acridin-9-il-metileno-N-fenil-hidrazina-carbotioamida (3a-3h) com diferentes substituintes na porção fenil (não substituídos ou com substituintes elétrondoadores ou elétron-retiradores) e dois novos derivados da série 3-(acridin-9-il)-n-benzilideno-2- cianoacrilohidrazidas (AMTAC-01 e AMTAC-02). Os compostos foram avaliados quanto às suas propriedades intercaladoras ao ctDNA in vitro e atividades antiproliferativas contra linhagens de células tumorais de mama (MCF-7), ovário resistente a múltiplas drogas (NCI-ADR/RES), pulmão (NCI-H460), próstata (PC-3), cólon (HT29), ovário (OVCAR-03), rim (786-0), leucemia (K562) e glioma (U251). Foram investigadas alterações morfológicas induzidas por tratamento de células MCF-7 com o composto mais ativo da série 2-acridin-9-il-metileno-N-fenil-hidrazinacarbotioamida (3a) através de microscopias eletrônicas de transmissão, varredura e da análise de exposição de fosfatidilserina e fragmentação de DNA. Além disso, a atividade de inibição da topoisomerase IIa dos derivados 3-(acridin-9-il)-n-benzilideno-2-cianoacrilohidrazidas foi verificada e a ligação com ctDNA foi estudada por meio de espectroscopia de absorção em fluorescência. Todos os derivados produzidos das duas séries apresentaram interação com o DNA. Após o contato com DNA foram verificados efeitos hipercrômicos e hipocrômicos, bem como mudanças para o vermelho ou azul nos espectros de absorbância. Essas modificações são preditivas de formação de complexo entre DNA e derivado. As constantes de ligação calculadas estão entre 1.74 x 104 e 1.0 x 106 M-1 para os derivados 3a-3h e entre 2.3-2.5 x 106 M-1 para os AMTAC’s. Estes valores indicam alta afinidade pelos pares de base do DNA. Da série 2-acridin- 9-il-metileno-N-fenil-hidrazina-carbotioamida o composto mais eficiente para ligação in vitro com o DNA foi o derivado cloro-substituído (3f), enquanto o composto mais ativo no teste antiproliferativo foi o derivado não substituído na porção tiossemicarbazona (3a). Os valores de concentração letal para 50 % do número inicial de células para o derivado 3a contra as linhagens NCI-H460, MCF-7, U251, NCI-ADR/RES, HT-29 e PC-3 foram 43.41, 60.26, 68.93, 70.2, 70.24 e 72.95 μM, respectivamente. As análises por microscopias eletrônicas de varredura e transmissão de células MCF-7 tratadas com 60 μM do derivado 3a demonstraram alterações ultramorfológicas indicativas de autofagia: vacúolos com dupla membrana. Além disso, os derivados AMTAC-01 e AMTAC-02 foram mais ativos contra as linhagens tumorais de próstata e melanoma, respectivamente. Ambos os derivados apresentaram atividade inibidora topoisomerase IIa na concentração de 50 μM. Os resultados indicam que uma ligação eficiente ao DNA é uma condição necessária para atividade antitumoral e que os novos derivados híbridos de acridina apresentaram promissoras atividades antiproliferativa, ligadora do DNA e inibição da topoisomerase.CAPES, CNPqPeople fear cancer more than any other serious illness which can be explained by the high incidence and mortality rates for some types of cancer. In the last decades, significant advances were obtained regarding cancer pathogenesis, features and therapies. Chemotherapy is often the treatment of choice for many types of cancer and the search for new chemotherapeutic agents still plays a major role in the fight against cancer. Organic intercalators are poliaromatic compounds that are able to insert into DNA double strands and inhibit in vivo acid nucleic synthesis. This characteristic is, in general, observed in anticancer drugs, hence the discovery and development of new DNA intercalators has been considered a practical approach and a number of intercalators have been recently reported. In this work, new anticancer agents were synthetized based on acridine nucleus for structural modification using substituted thiosemicarbazide moieties. It were synthetized eight new (Z)-2-(acridin-9- ylmethylene)-N-phenylhydrazinecarbothioamide derivatives (3a-3h) presenting different substituents on phenyl ring (non-substituted and electron-donating or -withdrawing) and two new 3-(acridin-9-yl)-N-benzylidene-2-cyanoacrilohydrazide derivatives (AMTAC-01 and AMTAC-02). In vitro ctDNA interaction was assayed and antiproliferative activity was evaluated against cancer cell lines of glioma (U251), breast (MCF-7), ovary expressing phenotype multiple drugs resistance (NCI-ADR/RES), kidney (786–0), lung (NCI-H460), prostate, (PC-3), ovary (OVCAR-03), colon adenocarcinoma (HT-29) and chronic myeloid leukemia (K-562). It was investigated ultramorphological changes induced by 3a treatment on MCF-7 cells by transmission and scanning electron microscopies, besides the evaluation of phosphatidylserine externalization and DNA fragmentation. Topoisomerase IIa inhibitory activity of AMTAC’s was evaluated. ctDNA binding properties were performed with calf thymus DNA (ctDNA) by electronic absorption and fluorescence spectroscopies. Both hyperchromic and hypochromic effects, as well as red or blue shifts were demonstrated by addition of ctDNA to the derivatives. These spectroscopic alterations indicated formation of derivative-DNA complex. The calculated binding constants ranged from 1.74 x 104 to 1.0 x 106 M-1 for 3a-3h derivatives and 2.3-2.5 x 106 M-1 for AMTAC’s compounds. These values mean that the new acridine derivatives have high affinity to ctDNA. From (Z)-2-(acridin-9- ylmethylene)-N-phenylhydrazinecarbothioamide serie, the most efficient compound in in vitro binding to ctDNA was 3f, while the most active compound in antiproliferative assay was 3a. Regarding lethal concentration (LC50), compound 3a was lethal to NCI-H460, MCF-7, U251, NCI-ADR/RES, HT-29 and PC-3 cells on the respective concentrations: 43.41, 60.26, 68.93, 70.2, 70.24 and 72.95 μM. Scanning and transmission electron microscopies revealed that treatment with 60 μM of 3a induces morphological changes in MCF-7 cells indicating autophagy, such as vacuole with double membrane. On the other hand, antiproliferative assay demonstrated that AMTAC-01 and AMTAC-02 were most active against prostate and melanoma tumor cell lines, respectively. Both derivatives displayed potent topoisomerase IIα inhibitory activity at 50 μM. Taking together, these results indicates that an efficient binding is a necessary condition for antiproliferative activity. The new acridine hybrid derivatives showed promising DNA binding, antiproliferative against cancer cells and inhibitory topoisomerase activity