Untersuchungen zu COX/LOX-Inhibitoren mit Hydroxylradikalfängereigenschaften – Synthese, Testung und Modelling

In der vorliegenden Arbeit werden 52 Verbindungen beschrieben, welche auf COX/LOX-Inhibition mit zusätzlichen Hydroxylradikalfängereigenschaften getestet worden sind. rnEs war möglich eine neue Synthesestrategie für noch nicht beschriebene 4,5-Diarylisoselenazole zu entwickeln und eine vorhandene Synthese für Isothiazoliumchloride von zwei Stufen, mit mäßigen Ausbeuten, auf eine Stufe, mit hoher Ausbeute, zu verkürzen.rnEs wurden mehrere COX-Inhibitoren identifiziert. MSD4a, MSD4h, MSD5a und MSD5h konnten als COX-1-, COX-2- und 5-LOX-Hemmer identifiziert werden. Besonders hervorzuheben ist die Verbindung MSD5h, die zusätzlich zur COX-1-, COX-2- und 5-LOX-Inhibition eine leichte Hemmung im Hydroxylradikalfänger-Assay zeigt, für die ein clog P-Wert von 2,65 berechnet wurde und die im XTT-Zytotoxizitätstestsystem, selbst bei einer Konzentration von 100 µM, kaum toxische Eigenschaften besitzt.rnWeiterhin war es möglich zu zeigen, dass Carbonsäuren gute Hydroxylradikalfängereigenschaften in unserem, auf der Fenton-Reaktion basierenden, Testsystem haben. Die Potenz der Carbonsäuren MSD8b und MSD11j im Vergleich zu den unwirksamen korrespondierenden Ester MSD8a und MSD11i führte zu Untersuchungen mit weiteren Carbonsäuren und deren Ester. Um den Wirkungsmechanismus zu erforschen wurde das Testsystem modifiziert, um eine Komplexierung der Eisenionen durch die Carbonsäuren auszuschließen. An Hand der Substanzen MSD8b und MSD11j wurde nachgewiesen, dass diese mit dem Hydroxylradikal reagieren, ohne zu decarboxylieren oder andere Zerfallsreaktionen einzugehen.rnZusätzlich zu den Untersuchungen der Enzym-Inhibition sowie des Hydroxylradikal-Scavenings wurden Molecular Modelling Studien durchgeführt. Die Ergebnisse der Dockingstudien in COX-1- (1eqg), COX-2- (1cx2) und in COX-1 mutierte COX-2-Kristallstrukturen (1cx2) führen zu einer kritischen Bewertung des folgenden Ansatzes: Es ist nicht unbedingt sinnvoll zuerst Strukturen mit dem Computer zu entwerfen und zu modeln und sie erst dann zu synthetisieren und in Enzym- oder Zellassays zu testen. Die Begründung dafür liegt in der Schwierigkeit einschätzen zu können, wie nah das gewählte Modell der Wirklichkeit ist. In den durchgeführten Dockingstudien konnte der sehr große Einfluss des kokristallisierten Liganden in der als Grundlage dienenden Kristallstruktur auf die Dockingergebnisse gezeigt werden. Durch einen zu kleinen kokristallisierten Liganden in der COX-1-Bindungstasche wurden als Ergebnis der Dockingstudie alle Verbindungen als nicht potent eingestuft, obwohl diese zum Teil im Enzymtestsystem wirksam waren. Dies konnte mit den Mutationsversuchen ausgeglichen werden. rnDeshalb kann man aus diesen Ergebnissen als Fazit ziehen, dass eine Strategie, Strukturen zu synthetisieren, in vitro zu testen und dabei die Strukturentwicklung mit Molecular Modelling Studien zu unterstützen, die Methode der Wahl darstellt.rn

In this thesis 52 compounds with COX / LOX inhibition and additional hydroxyle radical scavenger potencies are described.rnIt was possible to develop a new synthesis for novel 4, 5-diaryl isoselenazoles and to improve a two step synthesis for isothiazolium chlorides to a on step synthesis with higher yields.rnSeveral COX inhibitors were identified. MSD4a, MSD4h, MSD5a and MSD5h were identified as compounds with COX-1, COX-2 and 5-LOX inhibitors. Particularly compound MSD5h needs to be highlighted. This compound shows additionally to the COX / LOX inhibition potencies also medium radical scavenger potency, a calculated clog P value of 2.65 and nearly no activity at a concentration of 100 µM in the XTT cytotoxic assay.rnFurthermore within in this thesis it is shown that carbon acids show good hydroxyl radical scavenger potencies in an assay which is based on the Fenton reaction. The good inhibition results of carbon acids MSD8b and MSD11j and the inactivity of their corresponding esters led to a test design with several acid / ester combinations. To evaluate the mechanism of action the assay was modified to exclude the theory that the acid may form a complex wit the iron ions and therefore withdraw the iron ions out of the Fenton reaction. Additionally it was possible that compounds MSD 8b and MSD 11j react as hydroxyl radical scavenger without being decarboxylated or degraded in any other way.rnAdditional to the in vitro test for COX and LOX inhibition a molecular modelling study was performed with crystall structures of COX-1 (1eqg), COX-2- (1cx2) and a modified COX-2 structure (1cx2)

to simulate COX-1 binding effects in the binding pocket. Altogether the Molecular Modelling results fit quiet well to the enzyme assay results.rn