Кедарцидин
| |
| |
| Имена | |
|---|---|
| Имя IUPAC
N-[(3S, 9R, 14S, 15E, 19S, 21R, 24R) -6-ChlorO-24-[(2S, 4R, 5S, 6S) -4,5-дигидрокси-4,6-диметилоксан-2- yl] Oxy-14-[(2S, 4S, 5S, 6S) -5- (диметиламино) -4-гидрокси-6-метилоксан-2-ил] oxy-11-oxO-4,12,20-триокса-7 -AzapentacyClo [13.6.2.2 5,8 .1 3,21 .0 19,21 ] hexacosa-1,5,7,15,25-пентану-17,22-дин-9-ил] -3-гидрокси-7,8-диметокси-6-пропан-2-илоксинафталин-2-карбоксид
| |
| Идентификаторы | |
| |
3D model ( JSmol )
|
|
| Chemspider |
|
| Кегг |
|
PubChem CID
|
|
| Характеристики | |
| C 53 H 60 Cl N3 O 16 | |
| Молярная масса | 1 030 .52 g·mol −1 |
| Появление | Аморфное твердое вещество из бана |
| Опасности | |
| Безопасность и гигиена труда (OHS/OSH): | |
Основные опасности
|
Цитотоксичный, мутаген |
За исключением случаев, когда отмечены, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
| |
Кедарцидин является хромопротеиновым противоопухолевым антибиотиком, сначала изолированным из актиномицета в 1992 году, составляющий ANSA хромофор Enediyne (показан), а также апопротеин , который служит для стабилизации токсина в актиномицете. Как и другие члены класса наркотиков Энедин , настолько названные в честь девяти или точной структуры, несущей алкен, непосредственно прикрепленный к двум алкинильным придаткам-кедарцидин, вероятно, развивался, чтобы убить бактерии, которые конкурируют с производственным организмом. Поскольку это достигает этого, вызывая повреждение ДНК , однако, кедарцидин также способен нанести вред опухолевым клеткам. Таким образом, кедарцидин является предметом научных исследований, как для ее структурной сложности, так и для его противораковых свойств.
Обнаружение и разъяснение структуры
[ редактировать ]Кедарцидин был впервые обнаружен в 1992 году, когда биоанализ, проведенные в Bristol-Myers Squibb, указывал на присутствие разрушающего ДНК хромопротеин в ферментационном бульоне актиномицета. Вовлечение непептидического хромофора выводили с помощью УФ-спектроскопии, а хроматография обратной фазы использовали для отделения этого нековалентно связанного хромофора от его апопротеинового хозяина. Этот изолят-кедарцидиновый хромофор-легко сформулирован в условиях окружающей среды и было показано, что обладает цитотоксичностью ( IC 50 0,4 нг/мл, HCT-116 клеточная линия колоректальной карциномы HCT-116 ). [ 1 ]
Последующие эксперименты по ЯМР , масс-спектрометрии , химической деградации и дериватизации позволили команде изоляции идентифицировать ключевые структурные особенности хромофора к кедарцидинам, включая бициклическое ядро Энедина, мостичное хлорпиридиловое кольцо, микарозы и качедорозамина, а также сахарс-сахарс-сахарс и кадедарозамин и сахарс-сахарс и сахарс-сахарс. Однако из -за проблем, связанных с сложной структурой, первоначальный отчет имел несколько ошибок. Бициклическое ядро оказалось особенно трудным для деконволюции, так как интерпретация корреляций NOE заставила исследователей неправильно осудить относительную стереохимию основной стереотетрады. Более того, поскольку глобальная абсолютная химия была назначена на основе корреляций NOE между стереодефинированным L -микарозовым сахаром и Aglycone , ошибки стереотетрады, распространяемые двум другим стереоцентрам Aglycone. Подключение нафтоамидной группы к мосту ANSA также было неправильно оценивалось в первоначальном отчете.
Эти ошибки были позже исправлены независимыми синтетическими усилиями исследователей в Университете Тохоку и Гарвардском университете . В 1997 году, на пути к первоначально зарегистрированной структуре, исследователи под руководством Масахиро Хирамы обнаружили, что спектроскопические данные предлагаемого хлороазатирозил ( ы )- производное α-аминокислота не соответствовали данным продукта деградации, характерного Leet et al. Полем Вместо этого производное ( R )- β-аминокислота было предложено и подтверждено группой Hirama. Этот пересмотр привел Hirama et al . Чтобы инвертировать другие стереоцентеры Aglycone, обеспечивая пересмотренную структуру кедцидинового хромофора, которая различалась только в относительной стереохимии углерода, несущего микарозы, C10. [ 2 ] Наконец, в 2007 году Майерс и коллеги синтезировали структуру, предложенную Hirama et al .; Соответствующие спектроскопические данные ЯМР отличались от данных натурального продукта, что привело к тому, что группа Майерс пересматривает стереохимию углеродного углерода микарозы до 10- ( ов ). [ 3 ]
Механизм действия
[ редактировать ]Как и другие Enediynes, кедарцидиновый хромофор содержит основную структуру, которая образует разрушительные свободные радикалы, а также придатки, которые доставляют эту «боеголовку» своей цели ДНК. Таким образом, общий механизм, с помощью которого известен к кедарцидиновому хромофору ДНК; Однако детали этого процесса, особенно необходимость нуклеофильной активации, были оспорены.
![Равновесие кедроцидинового хромофора и циклоароматизированного бирадикации бергмана. [4]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/ef/Kedarcidin_core_Bergman_equilibrium.png/700px-Kedarcidin_core_Bergman_equilibrium.png)
Свободное радикальное повреждение ДНК
[ редактировать ]
Объединенным механизмом биологической активности во всех антибиотиках Энедина является Бергмана , в которой часть Энедин подвергается спонтанной циклоароматизации, чтобы генерировать биридикальную циклизация парадиановую активацию в направлении гомолитической абстракции гидрогена от подходящих доноров, включая дезоксрибозные сахары ДНК. Это генерирует углеродизированный свободный радикал на ДНК, который подвергается окислению молекулярным кислородом. Полученный перекись разлагается на одно- или двухцепочечные разрывы в ДНК, что в конечном итоге приводит к гибели клеток. [ 5 ]
При значительной селективности последовательности хромофор кедарцидина связывается и расщепляет ДНК преимущественно на сайтах TCCTN-MER, продуцируя разрывы с одной цепей. Загадочно, в то время как структура кедцидинового хромофора наиболее тесно связана с структурой неокарзиностатинового хромофора , первая, специфичная для последовательности, со стороны структурно отличающегося калишемицина энединового противоопухолевого антибиотика. Субструктура нафтоевой кислоты участвует в связывании ДНК, вероятно, посредством интеркаляции . С этой целью, индуцированное кедарцидиновым хромофором расщепление ДНК уменьшается путем добавления двухвалентных катионов, таких как CA 2+ и мг 2+ , который халативно связывает группу нафтоевой кислоты кедцидинового хромофора и, таким образом, уменьшает его аффинность к ДНК. Эксперименты по конкуренции с Netropsin , известным связующим средством малой канавки ДНК, указывают на то, что кедарцидин, вероятно, связывает незначительную канавку. [ 6 ]
Нуклеофильная активация
[ редактировать ]In vivo нуклофильное добавление тиолатов к C12 и последующее открытие эпоксида ядра было предположительно, чтобы вызвать циклизацию бергмана в кедарцидиновом хромофоре. Считается, что нуклеофильная активация уменьшает штамм кольца, понесенный образованием циклоароматизированного продукта и, таким образом, активирует хромофор кедцидина в направлении рассеяния ДНК. [ 6 ] В исследованиях изоляции и структурных характеристик, проведенных Leet et al . [ 1 ] C12- натриевое борогидрид- восстановление кедроцидинового хромофора вызвало быструю циклоароматизацию и облегчало исследования иного нестабильного природного продукта. Следовательно, C12-нуклеофильная активация широко предлагается в обзоре литературы [ 5 ] В качестве возможного средства для запуска события циклоароматизации in vivo .
![Штамм кольца, связанный с двойной связью C1-C12 в ядре кедцидина хромофора. [4]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/87/Ring_strain_MM2.png/250px-Ring_strain_MM2.png)
Недавние данные свидетельствуют о том, что спонтанная циклоароматизация кедцидинового хромофора конкурентоспособна с нуклеофильной биоактивацией, если не преобладающим механизмом in vivo . В то время как расчеты MM2 показывают, что двойная связь C1 - C12 в бициклическом ядре придает значительное количество деформации кольца (около 14 ккал · моль −1 ) к [6,5,5] трехколесному велосипеде, образованному при циклизации Бергмана, Hirama et al. Обратите внимание, что ядро Enediyne из 5,9, подвергаемое 5,9, восприимчиво к циклоароматизации-восстановлению в отсутствие обоих «активирующих агентов» и доноров водорода. Кедцидиновый хромофор агликон аналогично подвергается восстановительной циклоароматизации с сопоставимыми скоростями независимо от присутствия β-меркаптоэтанола , распространенного тиолового редуктата. [ 7 ] В модельной системе было обнаружено, что 5,9-бициклическое ядро кедарцидинового хромофора существует в равновесии с соответствующими 5,5,6-трициклическими циклоароматизированными бирадикацией. [ 4 ] Скорость распада псевдо-первого порядка этой модели Enediyne сильно зависит от способности водородного донора растворителя, что указывает на то, что этап абстракции водорода после бирадической формирования является кинетически значимым в циклоароматизации энедия, в отличие от ациксных систем, где системы ацик, где ацикские системы, где ациклические системы, где ацикические системы, где ацикические системы, где ацикические системы, где ацикические системы, где ацикические системы, где ацикические системы, где ацикические системы, где ацикические системы, где ацикические Известно, что формирование бирадикала является ограничивающим скоростью шаг. [ 8 ] Следует отметить, что из исследуемых растворителей, тетрагидрофурана -структурно гомологично при дезоксирибозе -приведенном на сравнительно быстрое разложение каркаса с 5,9-разбитым Энедином ( t ½ = 68 мин); [ 4 ] Zein et al. Независимо отмечать, что дезоксирибоза 4'-гидрогеновая абстракция, скорее всего, действует при биологической активности кедцидинового хромофора. [ 6 ]
Синтез эпи-кедцидинового хромофора
[ редактировать ]В 2007 году Майерс и коллеги в Гарвардском университете сообщили о синтезе хромофора C10-Эпи-Кедцидина, что соответствует пересмотренной структуре 1997 года, продвинутой Hirama et al . Критическим для успеха этого усилия был ретросинтетический анализ , который был сосредоточен на конвергентной связи компонентов с примерно равной химической сложностью. Несколько основных проблем хромофора C10-Epi-Kedarcidin, а также стратегии, используемые для решения этих трудностей, обсуждаются ниже.
Неотъемлемая нестабильность ядра Enediyne
[ редактировать ]Нестабильность к путям разложения циклизации Бергмана - уменьшение отброшения представляет серьезную угрозу для любого предлагаемого синтеза энединов . Майерс и его коллеги взяли на себя ответственность путем дегидративной установки олефина поздней стадии. Без этого ненасыщения, связывающего два алкинильских моста, синтетические промежуточные соединения не расположены в направлении разложения типа Бергмана, и риск разложения уменьшается. В этом случае обезвоживание пропаргического алкоголя было вызвано лечением Мартином Слураном .
Эпоксидная стереохимия
[ редактировать ]При нацеливании на 10-эпи-кедцидиновый хромофор, Myers et al . Стремился установить функциональность эпоксидной системы SYN в соседнюю гидроксильную группу C10. Это было достигнуто с помощью катализируемого ванадием эпоксидацией, направленным гидроксильной группой C10. [ 9 ] Если бы естественный C10- ( S )-Epimer был желательным, возможно, что защита пробекилсилила гидроксила C10 приведет к желаемому продукту эпоксидирования α путем стерической окклюзии β-поверхности элефина; Однако без руководящей группы для ускорения окисления проксимального алкена эта гипотетическая реакция, вероятно, будет страдать от плохой региоселективности , поскольку окисление других ненасыщений C - C в молекуле будет конкурировать с желаемой реакцией.
Строительство велосипного ядра
[ редактировать ]Майерс и его коллеги впервые применили применение реакций трансанольной анионной циклизации в синтезе 5,9-хрубленного бициклического ядра хромофора кедцидина и неокарзиностатинового хромофора . В первом воплощении доставка гидридов в циклический тетрайн руководствовался алюминиевой координацией в проксимальный алкоксид, что генерировала желаемое ядро Enediyne за один шаг через два последовательных 5-экзовых велосипеда. [ 10 ] Синтезы в более позднем поколении ядра перехватывают эту каскадную циклизацию, полагаясь на обмен литий-галогенами на циклическом виниловом бромиде для генерации предшественника винилового аниона к бициклическому продукту. [ 3 ] [ 11 ]
Бициклическое ядро C10-Эпи-Кедцидинового хромофора готовилось последовательным применением трех реакций формирования углеродного углерода, как показано в ретросинтетической схеме выше. Во -первых, соногашира была проведена между бромовинильным электрофилом и алкинил -нуклеофилом; Закрытие кольца, чтобы дать циклическую трийну, было затем достигнуто сцеплением Glaser двух терминальных алкинов. 5,9-фрагменное бициклическое ядро было создано in situ генерацией винелититов , которые перенесли трансаннулярную 5-экзодискую циклизацию.
ANSA Bridging Macrolactone
[ редактировать ]Мостичный макролактон ANSA был построен после первой связи соногаширы с использованием макролактонизации шииты . [ 12 ] Этот протокол проводили на грам-масштабе без снижения его урожайности с использованием 2-метил-6-нитробензойского ангидрида , 4-диметиламинопиридина и триэтиламина в качестве основания, способствующего интрамолекулярной этерификации.
Биосинтез
[ редактировать ]Средние средства, с помощью которых бактерий строит энедины, такие как кедарцидин, продолжает мотивировать исследования. Кедарцидиновый хромофор, помимо карбоциклического ядра, который он разделяет с другими энединами, представляет дополнительные биосинтетические головоломки: относительная стереохимия групп, прикрепленных к карбоциклическому ядро кедарцидина, отличается от тесно связанных энедин; ( R ) -2-AZA-3-хлор-β- тирозиновая субструктура не была идентифицирована ни в одном другом известном природном продукте; И, несмотря на кажущуюся простоту, существует небольшая литературная приоритет для биосинтеза изопропоксией заместителя нафтонатной группы.
Биосинтетические генные кластеры, кодирующие биологический механизм, ответственный за производство Enediynes, были клонированы и охарактеризованы для пяти 9-членных Enediynes ( C-1027 , [ 13 ] Неокарзиностатин , [ 14 ] змея , [ 15 ] споролиды , [ 16 ] и кедарцидин [ 17 ] ) и три 10-членных Энединса ( Calicheamicin , [ 18 ] Ожидающий , [ 19 ] и Dynemicin [ 20 ] ) Сравнительные исследования этого биосинтетического аппарата показали, что ядро энедийна этих молекул инициируется общим ферментом, энедийной поликетидсинтазой (PKS). Полиеновый продукт этого фермента затем дивергентно разрабатывается в 9- или 10 членами ядра энедина в зависимости от конкретных присутствующих ферментов, связанных с PKS. Затем конвергентную биосинтетическую стратегию используется производственными организмами, в результате чего различные периферические придатки энединов прикрепляются к основной структуре для предоставления конечного продукта.
о успешном клонировании и характеристике биосинтетического кластера кедроцидина (« KED сообщили В 2013 году исследователи из научно-исследовательского института Scrips и Университета Висконсин-Мэдисон ») . [ 17 ] Идентичность этого кластера клонированного генов была подтверждена KEDA , геном в кластере, который кодирует ранее изолированный апопротеин кедцидина, а также Kede и Kede10 , коэкспрессия которого в E. coli привела к образованию сигнатурного гептаена Продукт, ранее причастный в ядра Enediyne Core Biosynthesis.
Субъединица 2-аза-β-тирозина хромофора кедцидина в целом неизвестна в любом другом натуральном продукте; Это отсутствие приоритета расстраивает любую попытку априорной идентификации генов, ответственных за синтезирование этой структуры. Тем не менее, шесть генов сохраняются среди биосинтетических кластеров кедцидина, C-1027 и мадуропептина -в то время как эти более поздние два энедина не содержат субъединицы с 2-аза-β-тирозином, они отличаются схожими . тирозина компонентами , ведущий Shen et al. Предложить путь для синтеза соответствующей субъединицы кедарцидина, начиная с 2-аза -л -тирозина. [ 17 ] Считается, что эта α-аминокислота преобразуется в соответствующую β-аминокислоту Kedy4, аминомутазу, кодируемой в кластере KED . Считается, что полученный продукт загружается в белок пептидилового носителя Kedy2 и впоследствии хлорирован Kedy3, флавиновой аденин -динуклеотид -зависимой галогеназой. [ 17 ]
Понимание биосинтеза придатки изопропокси-2-нафтоната было аналогичным образом получено в сравнительном анализе кластера KED с неокарзиностатином и мадуропептином , энедином с нафтонатными или бензоат- субструктурами соответственно. Пять генов, KEDN1-N5, несут гомологию с высокой последовательности с ферментами, ответственными за синтез нафтоната в неокарзиностатине-в связи с промежуточной ячейкой 3,6,8-тригидрокси-2-нафтовой кислоты в биосинтезе кедарцидина. Считается, что это соединение окисляется на производном 3,6,7,8 -тетрагидрокси, а затем три трипллированного kedn1, о -метилтрансфераза. Чтобы предоставить уникальный изопропоксический заместитель, Shen et al. Вызовы двойной C -метилирование соответствующей метокси группы радикальной метилтрансферазой SAM -метилтрансферазой KEDN5. [ 17 ]
Заключение
[ редактировать ]Из-за своей неспецифической цитотоксичности, нестабильности в условиях окружающей среды и относительных затрат на изоляцию и производства хромофор кедарцидина не был тщательно исследован в качестве терапевтического кандидата. Тем не менее, недавние научные достижения, обсуждаемые выше, послужили уменьшению этого последнего препятствия, поскольку полностью синтетические и биосинтетические маршруты в направлении масштабируемого производства кедарцидина в настоящее время находятся в пределах досягаемости. Более того, с ростом популярности конъюгатной терапии антитело лекарства , обязательства токсичности могут быть смягчены за счет целенаправленной доставки этого мощного цитотоксина, что потенциально обеспечивает эффективную терапию, которая использует минимальные величины этого сложного материала. Недавнее развитие анотузумаба озогамицина , конъюгата на основе калихицина, для лечения неходжкинской лимфомы, усиливает потенциал энедина, чтобы найти критическое использование при лечении заболеваний человека. Таким образом, биологический потенциал и сложная молекулярная архитектура кедарцидина, вероятно, могут вызвать дальнейшее научное исследование этого вещества и, возможно, обеспечить новый боеприпас в войне против рака.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а беременный в Лит, JE; Шредер, доктор; Лэнгли, доктор; Колсон, Кл; Huang, s. ;; Клор, SE; Ли, MS; Голиб, Дж.; Hofstead, SJ; Дойл, TW; Isson, Ja J. Am. Ткань Соц 1993 , 115 , 8432–843.
- ^ Kawata, S.; Ashizawa, S.; Хирама, М. Дж. Ам. Химический Соц 1997 , 119 , 12012–12013.
- ^ Jump up to: а беременный Рен, Ф.; Хоган, ПК; Андерсон, AJ; Майерс, Аг Дж. А.М. Химический Соц 2007 , 129 , 5381–5383.
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый Iida, K.-I.; Hirama, M. J. Am. Chem. Soc. 1995 , 117 , 8875–8876.
- ^ Jump up to: а беременный (а) Смит, Ал; Nicolaou, KC J. Med. Химический 1996 , 39 , 2103. (B) XI, Z.; Гольдберг, IH Comp. НАТ Продлевать Химический 1999 , 7 , 553. (C) Zein, N.; Schroeder, Dr Adv. Специфичные для последовательности TR , 1998 , 3 , 201.
- ^ Jump up to: а беременный в Zeein, N.; Колсон, Кл; Лит, JE; Шредер, доктор; Соломон, W.; Дойл, TW; Caszza, Am Proc. Имя. Объявление. Наука США 1993 , 90 , 2822–2826.
- ^ Майерс, Аг; Херд, Ар; Hogan, PC J. Am. Химический Соц 2002 , 124 , 4583–4585.
- ^ Jones, R. R.; Bergman, R. G. J. Am. Chem. Soc. 1972 , 94 , 660–661.
- ^ Росситер, будь; Verhoeven, Tr; Sharpless, KB Tetrahedron Lett. 1979 , 20 , 4733.
- ^ Майерс, Аг; Голдберг, SD Tetrahedron Lett . 1998 , 39 , 9633–9636.
- ^ Майерс, Аг; Голдберг, SD Angew. Химический Инт. Редакция 2000 , 39 , 2732–2735.
- ^ Shiina, я.; Кубота, М.; Oshiumi, H.; Hashizume, M.J. Org. Химический , 2004 , 69 , 1822–1830
- ^ Лю, W.; Кристенсон, SD; Стандарт, с.; Shen, B. Science 2002 , 297 , 1170–1173.
- ^ Лю, W.; Нонака, К.; Nie, L.; Zhang, J.; Кристенсон, SD; Bae, J.; Van Lanen, SG; Zazoposoules, E.; Farnet, CM; Ян, CF; Shen, B. Chem. Биография 2005 , 12 , 293–302.
- ^ Van lanen, sg; О, Т.-Дж.; Лю, w. ;; Wend-Pienkowski, E.; Shen, B.J. Am. Ткань Соц 2007 , 129 , 13082–13094.
- ^ McGlinchey, RP; Nett, M.; Мур, BS J. Am. Химический Соц 2008 , 130 , 2406–2407.
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и Ломан, младший; Huang, S.-X.; Хорсман, GP; Dilfer, PE; Huang, T.; Chen, Y.; Wendt-Pienkowski, E.; Шен, Б. Мол. Биосист. 2013 , 9 , 478–491.
- ^ Ahlert, J.; Shepard, E.; Lomovscay, N.; Zazopoulos, E.; Staffa, A.; Бахманн, Бо; Huang, K, Funy, L.; Целое, а.; Whitwam, re; Farnet, CM; Thorson, TS Science 2002 , 297 , 1173–1176.
- ^ (а) Zazpoulers, E.; Хуан, К.; Staffa, a:; Лю, w. ;; Brachmann, Bo; Нонака, К.; Ахтерт, Дж.; Торсон, JS; Shen, b. ;; Farnet, CM Nat. Биохнол. 2003 , 21 , 187–190. (б) Лю, W.; Ахтерт, Дж.; Гао, C.; Wend-Pienkowski, E.; Shen, b. ;; Торсон, JS Proc. Имя. Объявление. Наука США 2003 , 100 , 11959–11963.
- ^ Гао, Q.; Thorson, JS FEMS Microbiol. Летал 2008 , 282 , 105–114.