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Titel
Pharmacological characterization of novel antimalarials and identification of molecular targets / Deepa Ganesh
Verfasser / VerfasserinGanesh, Deepa
Begutachter / BegutachterinChiba, Peter
Erschienen2012
Umfang133 Bl. : graph. Darst.
HochschulschriftWien, Med. Univ., Diss., 2012
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Artemisininen und 4-Aminochinolinen / antagonistisches Verhalten / Kreuzresistenz mit Chloroquin
Schlagwörter (EN)mefloquine and artemisinins / hit-compound propafenone / ligand-directed target-purification
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-4508 Persistent Identifier (URN)
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Pharmacological characterization of novel antimalarials and identification of molecular targets [2.26 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Nach Angaben des WHO World Malaria Report 2010 ist die Hälfte der Weltbevölkerung einem Risiko ausgesetzt, an Malaria zu erkranken und die Anzahl Erkrankter wird auf 225 Millionen Fälle im Jahr geschätzt.

Für das Jahr 2009 wurden 781,000 Todesfällen gemeldet. Praktisch alle Klassen von Antimalariamittel sind von sich entwickelnder Resistenz betroffen, einschließlich der Artemisinine. Daher besteht ein dringender Bedarf an der Entwicklung von Antimalariamittel, die zu neuen Klassen gehören und unterschiedliche molekulare Zielstrukturen haben. Von den meisten Malariamedikamenten, darunter Mefloquin und Artemisininen, wurden die Zielstrukturen nicht eindeutig identifiziert. Das Projekt diente der Entwicklung hochaktiver Verbindungen mit einem wachstumshemmenden Potential gegen die Blutstadien von Plasmodium falciparum (Chloroquin empfindlicher 3D7 und resistenter K1-Stamm) im niedrigen nanomolaren Bereich, sowie neuartigen Wirkmechanismen. SAR- Studien mit einer kleinen Gruppe von Derivaten der Hit-Verbindung Propafenon wurden durchgeführt und zeigten eine wachstumshemmende Aktivität gegen Blut Stadien von Plasmodium falciparum im höheren nanomolaren Bereich Diese Verbindungsklasse diente als Ausgangspunkt (Tasanor et al., 2007 ). Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Substitution des Stickstoffs kritisch für die Malaria-Aktivität ist. Propafenon- Analoga wurden optimiert, um IC50-Werte im niedrigen nanomolaren Bereich zu erreichen. Für das Design von chemischen Instrumenten (engl. tool- compounds) zur Zielstrukturidentifizierung wurden die folgenden Funktionalitäten in die Moleküle eingeführt: (i) eine photoaktive Diazirin Einheit. Propafenon ist intrinsisch photoaktiv und könnte daher im Prinzip als photoaktive "tool-Verbindung" für die Target- Identifizierungsstudien ohne weitere Modifikation verwendet werden.

Allerdings verursacht der intramolekulare Autoquench eine geringe Markierungseffizienz. SAR-Studien wurden deshalb durchgeführt, um Positionen, die tolerant für das Einfügen von chemischen Funktionalitäten sind zu identifizieren. Die Erhaltung einer hohen biologischen Aktivität war dabei das Ziel. Einführung einer photoaktiven Diazirin-Gruppe am basischen Stickstoff änderte nichts an der Aktivität und bewies damit die Machbarkeit dieses Ansatzes. (Ii) eine Alkin-Gruppe ermöglicht die Liganden-gerichtete Zielstruktur-Reinigung über Alkin / Azid Klick-Chemie und (iii) eine 2-Adamantan Substitution, die zum Ziel hatte, die Affinität zu erhöhen. Ein 2-Adamantan-Gerüst am Stickstoff erhöhte die Aktivität deutlich (256 nM in 3D7 und 34 nM in K1). Ein weiterer kleiner Anstieg wurde durch Einführung eines zusätzlichen Alkylsubstituenten (129 nM in 3D7 und 25 nM in K1) erhalten. Einführung eines Amids in der Phenylpropanon Teilstruktur von Propafenon ergab Benzamide, die eine neue chemische Einheit darstellen. SAR-Studien identifizierten tolerante Positionen, die bei der Einführung der erforderlichen chemischen Funktionalitäten nicht zu verringerter biologischer Aktivität führen. Darüber hinaus wurden Anilide, in denen der Benzamid Stickstoff Substituent eines aromatischen Ringsystems ist, auch als sehr aktiv mit IC50-Werten im Bereich von 4 nm bis 128 nm in 3D7 und 8 nM bis 37 nM in K1 identifiziert. Arzneistoff-Kombinations- Assays wurden durchgeführt und die Interaktion mit Artemisininen und 4- Aminochinolinen bestimmt. Ein additives Verhalten wurde mit Artemisininen beobachtet, während mit 4-Aminochinolinen ein antagonistisches Verhalten festgestellt wurde. Im Chloroquin resistenten Stamm war der Antagonismus weniger ausgeprägt. Keine der Verbindungen zeigte Kreuzresistenz mit Chloroquin, was auf einen unterschiedlichen Wirkmechanismus für dieser Analoga hindeutet. Tool-Verbindungen für die Target-Identifizierung haben gute biologische Aktivität und die weitere Strategie wird kurz skizziert. Die neuen Substanzklassenwerden in dieser Arbeit diskutiert und stellen wertvolle Ausgangspunkte für eine Entwicklung von neuen Malaria-Medikamenten dar.

Zusammenfassung (Englisch)

According to the WHO World Malaria Report 2010, half of the world's population is at risk for contracting malaria, and an estimated 225 million cases led to nearly 781,000 deaths in the year 2009. With resistance spreading to almost all classes of antimalarials, including artemisinins there is an urgent need for the development of antimalarials that belong to new classes and have different molecular targets. For several antimalarials in the market, including mefloquine and artemisinins, the targets have not been established unequivocally.

The project aimed at developing highly active compounds with a growth inhibitory potential against the blood stages of Plasmodium falciparum (chloroquine sensitive 3D7 and resistant K1 strains) in the low nanomolar range and with a novel mode of action. SAR studies performed with a small set of derivatives of the hit-compound propafenone revealed analogues with growth inhibitory activity against the blood stages of Plasmodium falciparum in the higher nanomolar range and thus this compound class served as a starting point (Tasanor et al., 2007). Our results demonstrate that the substitution of the nitrogen is very critical for antimalarial activity. Propafenone analogues have been optimized to show IC50 values in the low nanomolar range and contain the following additional functionalities: (i) a photoactive diazirine moiety. Propafenone is intrinsically photoactive and hence may in principal be used as a photoactive "tool-compound" for target identification studies without further modification. However, the intramolecular autoquench of the photoreactive species precludes this approach. SAR studies were therefore performed to identify positions which are tolerant for attachment of chemical functionalities, while retaining high biological activity. Introduction of a photoactive diazirine at the basic nitrogen did not alter the activity thus proving the feasibility of this approach. (ii) an alkyne substructure allowing ligand-directed target-purification via alkyne/azide click chemistry and (iii) a 2-adamantane substitution, which has been shown to increase target affinity. A 2-adamantane skeleton attached to the nitrogen increased activity considerably (256 nM in 3D7 and 34 nM in K1). A further small increase was obtained by introduction of an additional alkyl substituent activity (129 nM in 3D7 and 25 nM in K1). Introduction of an amide in the phenyl propanone substructure of propafenone yielded benzamides, which represent a novel chemical entity. SAR-studies identified tolerant positions, which upon introduction of the required chemical functionalities did not decrease biological activity. Moreover, anilides, in which the benzamide nitrogen is a substituent of an aromatic ring system, were also identified as highly active with IC50 values ranging from 4 nM to 128 nM in 3D7 and 8 nM to 37 nM in K1 respectively. Drug combination assays were performed and the interaction with artemisinins and 4-aminoquinolines was determined. An additive behaviour was detected with artemisinins while compounds were antagonistic with 4-aminoquinolines. In the chloroquine resistant strain the antagonism was less pronounced. None of the compounds showed cross resistance with chloroquine, suggesting a different mode of action for these analogues. Tool-compounds for target identification have been evaluated for biological activity and strategies to be pursued are outlined. The new compound classes discussed in this work are considered valuable starting points for a development of novel antimalarial drugs.