Evaluation of biological activities of Physalis peruviana ethanol extracts and expression of Bcl-2 genes in HeLa cells

Physalis species are used in folk medicine for phytotherapeutic properties. The extracts of medicinal plants are known to possess cytotoxic and chemopreventative compounds. In this study we investigated antibacterial, antioxidant, DNA damage preventative properties of Physalis peruviana (golden berry) on leaf and shoot ethanol extracts and their effects on cytotoxicity of HeLa cells and expression of apoptotic pathway genes. Among the tested bacteria for antibacterial activity, maximum inhibition zone was determined in Lactococcus lactis. The phenolic content was found higher in leaf extracts than shoot extracts. The antioxidant activity showed the highest TEAC values of the leaf (2 mg/mL) and the shoot (0.5 mg/mL) extracts as 0.291±0.04 and 0.192±0.015, respectively. In DNA damage prevention assay both leaf and shoot extracts, especially 30 and 20 µg/mL concentrations, exhibited significant protection against DNA damage-induced by hydroxyl radical generated by Fenton reaction. Our results suggest that leaf and shoot extracts possess cytotoxic effect on HeLa cells when applied as 100 µg/mL concentration. Also mRNA expression analysis showed the alteration of antiapoptotic genes, so the results suggest that P. peruviana ethanol extracts induce apoptotic cell death and should be investigated for identification of active compounds and their mechanisms of action.

Chemical composition and radical scavenging activity of melanin from Auricularia auricula fruiting bodies

Melanin extracted from Auricularia auricula fruiting bodies (AAFB) was examined by element analyzer, amino acid analyzer, inductively coupled plasma-optical emission spectrometry. Elemental composition analysis revealed that main component of AAFB melanin was pheomelanin. Amino acid analysis showed that 16 amino acids were found in AAFB melanin and total amino acid content was 321. 63 mg/g. There were 13 detectable metal elements in AAFB melanin, which was rich in Ca, Fe, Cu and Zn. In addition, AAFB melanin exhibited stronger scavenging activities on 2,2-diphenyl-l-picrylhydrazyl (DPPH) radical, superoxide radical and hydroxyl radical with IC50 values of 0.18, 0.59 and 0.34 mg/mL, respectively. These results indicated that AAFB melanin might be potentially used as a natural antioxidant.

Extraction optimization of antioxidant polysaccharides from Auricularia auricula fruiting bodies

AbstractThe extraction conditions (liquid-solid ratio, temperature and time) of antioxidant polysaccharides from Auricularia auricula fruiting bodies (AAFB) were optimized using response surface methodology (RSM). The Box-Behnken experimental results showed the optimum extraction conditions as follows: a liquid-solid ratio of 38.77 mL/g, a temperature of 93.98 °C and a time of 3.41 h. Under these conditions, the maximal polysaccharide yield was 10.46 g/100 g. In addition, AAFB polysaccharides exhibited stronger antioxidant activities by evaluating of Fe2+-chelating ability and hydroxyl radical scavenging activity with IC50 values of 0.43 and 0.38 mg/mL, respectively. These results indicated that AAFB polysaccharides might be potentially used as a natural antioxidant.

Extraction optimization of polyphenols, antioxidant and xanthine oxidase inhibitory activities from Prunus salicina Lindl.

Abstract Optimization of polyphenols extraction from plum (Prunus salicina Lindl.) was evaluated using response surface methodology. The Box-Behnken experimental results showed the optimal conditions involved an extraction temperature of 59 °C, a sonication time of 47 min, and an ethanol concentration of 61% respectively. The maximum extraction yield of total polyphenols was 44.74 mg gallic acid equivalents per gram of dried plum at optimal conditions. Polyphenol extracts exhibited stronger antioxidant activities than Vc by evaluating of 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) and hydroxyl radical scavenging activity. Furthermore, polyphenol extracts (IC50 = 179 g/mL) showed obvious inhibitory effects on xanthine oxidase. These findings suggest that polyphenol extracts from P. salicina can be potentially used as natural antioxidant and xanthine oxidase inhibitory agents.

Perfluorattuja yhdisteitä sisältävien jätevesien puhdistus- ja analyysimenetelmät

Perfluoratut alkyyliyhdisteet eli PFAS-yhdisteet ovat synteettisiä orgaanisia yhdisteitä, joissa on fluorattu hiiliketju. Hiilen ja fluorin väliset vahvat sidokset ovat muodostuneet ongelmaksi jätevedenpuhdistamoilla, sillä yhdisteet eivät hajoa puhdistamoilla käytössä olevilla vedenpuhdistusmenetelmillä. Yhdisteitä kertyy luontoon jätevesien mukana. Kandidaatintyössä on vertailtu yhdisteitä sisältävien vesien käsittelymenetelmiä parhaiten soveltuvan menetelmän löytämiseksi. Menetelmien kustannuksia tai soveltuvuutta vedenpuhdistamomittakaavan prosessiksi ei ole arvioitu. Lisäksi työssä on koottu yhdisteitä sisältävien jätevesien analysointiin sopivia analyysimenetelmiä. Soveltuvat puhdistus- ja analyysimenetelmät on esitelty uusien tieteellisten artikkelien pohjalta. Mahdollisia erotusmenetelmiä ovat membraanierotus ja sorptio. Membraaneista soveltuvimpia ovat nanosuodatus- ja käänteisosmoosimembraanit, joilla erottuvat jopa 0,0001 μm:n kokoiset partikkelit. PFAS-yhdisteet voidaan erottaa sorptiolla muun muassa aktiivihiileen. Yhdisteiden rakenne hajoaa nykyaikaisilla hapetusmenetelmillä ja polttamalla lietteen mukana. Hapettaminen permanganaatin avulla ei tuottanut hyvää tulosta, mutta fotokemiallisella hapetuksella ja alhaisen lämpötilan plasmatekniikalla (NTP) yhdisteiden rakenne hajosi lähes kokonaan. Fotokemiallinen hapetus onnistui erityisesti perfluorokarboksyylihapoilla, joiden rakenne hajosi jopa kolmessa tunnissa. Yleisimmin käytetty analyysimenetelmä on nestekromatografin ja massaspektrometrin yhdistelmä (LC-MS/MS) ja matriisivaikutus minimoidaan tyypillisesti kiinteäfaasiuutolla (SPE). Työssä esitellyistä käsittelymenetelmistä parhaiten soveltuva on NTP-menetelmä, koska sillä saatiin tutkimusten mukaan hajotettua yhdisteiden rakenne muita menetelmiä lyhyemmässä ajassa ja se soveltuu parhaiten kaikille PFAS-yhdisteille. NTP-menetelmässä ei tarvita katalyyttiä tai lisäkemikaaleja. Voimakkaana hapettimena toimivat epästabiilit hydroksyyliradikaalit, jotka syntyvät koronapurkauksen kautta. Koronapurkauksessa muodostuu myös otsonia ja lisäksi vapaa happi voi tehostaa hapettumista. Menetelmässä muodostuvien hajoamistuotteiden hallinta vaatii lisätutkimusta. Mahdollinen hallintakeino voisi olla esimerkiksi hapettumisessa vapautuvien fluoridi-ionien saostaminen. Muodostuvien hajoamistuotteiden toksisuutta voitaisiin tarkkailla biosensorilla.

Synthetic approaches to syn-diol containing biologically active compounds /

The deoxy derivative of pancratistatin 1.10 was prepared in good yield through the use of a [4+2] Diels-Alder cycloaddition and Bischler-Napieralski cyclization approach. The Bischler-Napieralski cyclization was shown to yield two additional side products 2.9, 2.10, however, under slightly modified hydrolysis conditions, the tetracyclic product 2.11 was obtained exclusively in greater than 84% yield. Initial screening of the di-hydroxylatgd derivative, and the other complementary pair analogue 1.10' previously prepared in our laboratories gave interesting results. Both of these compounds were shown to exhibit cytostatic activity; the mono-alcohol was marginally active while the di-hydroxylated analogue proved to be more potent although one to two magnitudes less potent than pancratistatin itself Human tumour cell line assay results indicated that the di-hydroxylated derivative exhibited selective cytotoxic inhibition in the following cell lines: non-small cell lung cancer line NCI-H226 (ED50 - 0.65 ^g/mL), leukemia cell lines CCRF-CEM (ED30 = 0.55 Hg/mL) and HL-60(TB) (ED50 = 0.89^ig/mL). Our results demonstrated that the pharmacophore is not a mono-alcohol, and that the minimum pharmacophore contains the hydroxyl group at the C4 position in addition to either, or both, of the hydroxyl groups present at C2 and C3.' The minimum pharmacophore has been narrowed to only three possibilities which are current synthetic targets in several research groups. The controlled Grignard addition to the tartaric acid derived bis-Weinreb amide 1.25 afforded a direct entry to a host of 1,4-diflferentiated tartaric acid derived intermediates (2.12-2.18). This potentially usefiil methodology was demonstrated through the efficient synthesis of the naturally occurring lactone 2.23, which bears the inherent syn-dio\ subunit. Based on this result, a similar approach to the synthesis of syn-dio\ bearing natural products looks very promising? A direct 2,3-diol desymmetrization method using TIPS-triflate was shown to be effective on the selective differentiation of Z,-methyl tartrate (and diisopropyl tartrate). The mono-silyl-protected intermediates 2.31 also proved to be useful when they were selectively differentiated at the 1,4-carboxyl position (2.35, 2.36) through the use of a borohydride reducing agent. Furthermore, the mono-silyl-protected derivative underwent periodate cleavage affording two synthetically useful a,P-unsaturated esters 2.43, 2.44, with one of esters being obtained via a silyl-migration method.''

Fluorescence spectra and ab initio theoretical studies of HCOOH /

A fluorescence excitation spectrum of formic acid monomer (HCOOH) , has been recorded in the 278-246 nm region and has been attributed to an n >7r* electron promotion in the anti conformer. The S^< S^ electronic origins of the HCOOH/HCOOD/DCOOH/DCOOD isotopomers were assigned to weak bands observed at 37431.5/37461.5/37445.5/37479.3 cm'''. From a band contour analysis of the 0°^ band of HCOOH, the rotational constants for the excited state were estimated: A'=1.8619, B'=0.4073, and C'=0.3730 cm'\ Four vibrational modes, 1/3(0=0), j/^(0-C=0) , J/g(C-H^^^) and i/,(0-H^yJ were observed in the spectrum. The activity of the antisymmetric aldehyde wagging and hydroxyl torsional modes in forming progressions is central to the analysis, leading to the conclusion that the two hydrogens are distorted from the molecular plane, 0-C=0, in the upper S. state. Ab initio calculations were performed at the 6-3 IG* SCF level using the Gaussian 86 system of programs to aid in the vibrational assignments. The computations show that the potential surface which describes the low frequency OH torsion (twisting motion) and the CH wagging (molecular inversion) motions is complex in the S^ excited electronic state. The OH and CH bonds were calculated to be twisted with respect to the 0-C=0 molecular frame by 63.66 and 4 5.76 degrees, respectively. The calculations predicted the existence of the second (syn) rotamer which is 338 cm'^ above the equilibrium configuration with OH and CH angles displaced from the plane by 47.91 and 41.32 degrees.

The Catharanthus roseus 16-hydroxytabersonine O-methyltransferase involved in vindoline biosynthesis /

Madagascar periwinkle (Catharanthus roseus) produces the well known and remarkably complex dimeric anticancer alkaloids vinblastine and vincristine that are derived by coupling vindoline and catharanthine monomers. This thesis describes the novel application of carborundum abrasion (CA) technique as a tool for large scale isolation of leaf epidermis enriched proteins. This technique was used to facilitate the purification to apparent homogeneity of 16-hydroxytabersonine-16-0-methyltransferse (l60MT) that catalyses the second step in the 6 step pathway that converts tabersonine into vindoline. This versatile tool was also used to harvest leaf epidermis enriched mRNAs that facilitated the molecular cloning of the 160MT. Functional expression and biochemical characterization of recombinant 160MT enzyme showed that it had a very narrow substrate specificity and high affinity for 16-hydroxytabersonine, since other closely related monoterpene indole alkaloids (MIAs) did not act as substrates. In addition to allowing the cloning of this gene, CA technique clearly showed that 160MT is predominantly expressed in Catharanthus leaf epidermis, in contrast to several other OMTs that appear to be expressed in other Catharanthus tissues. The results provide compelling evidence that most of the pathway for vindoline biosynthesis including the 0- methylation of 16-hydroxytabersonine occurs exclusively in leaf epidermis, with subsequent steps occurring in other leaf cell types. Small molecule O-methyltransferases (OMTs) (E.C. 2.1.1.6.x) catalyze the transfer of the reactive methyl group of S-adenosyl-L-methionine (SAM) to free hydroxyl groups of acceptor molecules. Plant OMTs, unlike their monomeric mammalian homologues, exist as functional homodimers. While the biological advantages for dimer fonnation with plant OMTs remain to be established, studies with OMTs from the benzylisoquinoline producing plant, Thalictrum tuberosum, showed that co-expression of 2 recombinant OMTs produced novel substrate specificities not found when each rOMT was expressed individually (Frick, Kutchan, 1999) . These results suggest that OMTs can fonn heterodimers that confer novel substrate specificities not possible with the homodimer alone. The present study describes a 160MT model based strategy attempting to modify the substrate specificity by site-specific mutagenesis. Our failure to generate altered substrate acceptance profiles in our 160MT mutants has lead us to study the biochemical properties ofhomodimers and heterodimers. Experimental evidence is provided to show that active sites found on OMT dimers function independently and that bifunctional heterodimeric OMTs may be fonned in vivo to produce a broader and more diverse range of natural products in plants.

A mass spectrometric study of some pesticides /|nK. S. Subramanian. -- 260 St. Catharines, Ont. : [s. n.],

The fragmentation processes in the mass spectra of a series of organophosphorus, organochlorine, thio and dithiocarbamate as well as a number of miscellaneous pesticides have been studied i n detail by using the Bendix timeof- flight, MS-12 single-focussing and MS-30 double-focussing mass spectrometers. Interpretation of all the spectra have been presented; their mode s of dissociation elucidated, aided by metastable transitions wherever possible and the structures of the various f ragmentation species postulated wherever f easible. The fragmentation mechanisms are based on the concepts of inductive, resonance and steric ef~ects. Multiple bond cleavages accompanied by simultaneous bond formation and rearrangement reactions involving cycli c t r ansition states have clarified t he formation of various ions . Due emphasis has been placed on the effect of the functional groups or substituents in altering the mass spectral behaviour of the pesticides as they form the basis for the identifi cation of the otherwise identical pesticides. The organophosphorus pesticides which have been studied include i) the phosphates (eg: DDVP and Phosdrin ); ii) phosphorothionates (eg: Parathion, 0-2, 4 dichloro phenyl 0, O-diethyl thionophosphate); iii) phosphorothioites (eg: Tributyl phosphorotrithioite); i V) phosphorothioates (eg: Ethion) and v) phosphorodithioates (eg: Carbophenolthion). Cleavages and rearrangements of the ester moiety dominate the spectrum of phosdrin while that of DDVP is + dominated by t he fragmentation modes of the (OH30)2P=0 + moiety. Fragmentation §f the (CH30)2P=S characterises the spectrum of (OH30)2"P -Cl while cleavages of the + (C2H50 )2P=S species mark the spectra of parathion and 0-2, 4- di chlorophenyl O, O-diethyl thiophosphate. The 0(, cl eavages of the thioether f unction rather than + cleavages of the (C2H50)2P=S signify the spectrum of carbophenolthion. Tributyl phosphorotrithioite behaves more like an aliphatic hydrocarbon than like the corresponding phosphites. The isopropyl and butyl esters of 2, 4 dichlorophenoxy acetic acid show cleavage and rearrangement ions typical of an ester. In spite of its structural similari ty to pp' - DDT and pp' - DDD, Kalthane has a completely different mass spectral behaviour due to the influence of its hydroxyl function. The thiocarbamate pesticides studied include Eptam and Perbulate. Both are structurally similar but having different alkyl substituents on nitrogen and sulphur. This structurQlsimilarity leads to similar types of (N-C), (O-S) and (S-alkyl cleavages). However, perbulate differs from Eptam in showing a rearrangement ion at mle 161 and in forming an isocyanate ion as the base peak. In Eptam the base peak i s the alkyl ion. The dithiocarbamate, Vegadex, resembles the thiocarbamates in undergoing simple cleavages but it differs from them in having a weak parent ion; in the formation of its base peak and in undergoing a series of rearrangement reactions. The miscellaneous pesticides studied include 1-Naphthalene acetic aCid- methyl ester, Fiperonyl butoxide and Allethrin. The ester i s stable to electron impact and shows only fewer ions. Piper onyl butoxide, a polyether, shows characteristics of an et her, alcohol and aldehyde . Allethrin is regarded as an ester of the type R-C-O-R1 with n R being a substituted cyclopr opane moiety and o Rt, a substituted cyclopentenone mOiety. Accordingly it shows cleavage ions typical of an aliphatic ester and undergoes bond ruptures of the cyclic moieties to give unusual ions. Its base peak is an odd electron ion, quite contrary to expectations.

Total synthesis of (S)-4-hydroxy-[a]-Lapachone

(S)-4-Hydroxy-a-lapachone has been prepared for the first time. The commercially available compound 2-acetyl-1-naphthol was used as the starting material. The synthesis involved methylation, followed by Baeyer-Villiger oxidation, and hydrolysis of the acetate to give 1-methoxy-2-naphthol. After protecting of the hydroxyl group, t-BuLi was used to form 3-(3',3'-dimethyl-acryloyl)-1- meth oxy-2- (meth oxymethoxy)-naphthalen e. eycl izationand oxidation then gave 4-keto-a-lapachone. Finally enzymic biotransformation by Mortierella isabellina ATCC 42613 was used to yield the target compound. The enantiomeric excess of the product was determined to be ~98% by using 1H NMR chiral shift analysis. The overall yield is 80/0. The biological activity of (S)-4-hydroxy-alapachone and its acetate are under investigation.

The 21-dehydroxglation of corticosteroids of Eubacterium lentum and the dehalogenation of 4-chlorobenzoic acid by 4-chlorobenzoate dehalogenase

Two enzyme mechanisms were investigated: the 21-dehydroxylation of corticosteroids by Eubacterium lentum and the dehalogenation of 4-chlorobenzoic acid by Pseudomonas sp. CBS 3. , Chemical and enzymic methods of reduction of 21-oxo steroids were used to generate C-21-d1 compounds of tetrahydrodeoxycorticosterone, with both predominant stereochemistries. It was found that during the dehydroxylation the pro-S hydrogen at the C-21 position was lost preferentially. This suggests that the enzyme removes the pro-S hydrogen during binding to the active site as the ene-diol. To study the hydrolytic replacement of chlorine by hydroxyl , p-chlorobenzoic acid-d4 was prepared and sent to Germany for an ~ncubation with an enzyme preparation of 4-Chlorobenzo~te Dehalogenase. Results suggests the possible loss of deuterium during the conversion of p-chlorobenzoate to p-hydroxybenzoate, from all four ring positions. Many methods of preparing the control compound p-hydroxybenzoic acid-d4 were investigated.

Studies toward the total synthesis of natural and unnatural aeruginosins

Nous avons démontré l’utilité du groupement protecteur tert-butylsulfonyle (N-Bus) pour la chimie des acides aminés et des peptides. Celui-ci est préparé en deux étapes, impliquant la réaction d’une amine avec le chlorure de tert-butylsulfinyle, suivie par l’oxydation par du m-CPBA, pour obtenir les tert-butylsulfonamides correspondants avec d’excellents rendements. Le groupement N-Bus peut être clivé par traitement avec 0.1 N TfOH/DCM/anisole à 0oC en 10h pour régénérer le sel d’ammonium. Une variété d’acides aminés N-Bus protégés ainsi que d’autres aminoacides peuvent alors être utilisés pour préparer divers dipeptides et tripeptides. A l’exception du groupe N-Fmoc, les conditions de déprotection du groupe N-Bus clivent également les groupements N-Boc, N-Cbz et O-Bn. Une déprotection sélective et orthogonale des groupes N-Boc, N-Cbz, N-Fmoc et O-Bn est également possible en présence du groupe protecteur N-Bus. Le nouvel acide aminé non-naturel (3R, 2R) 3–méthyl-D-leucine (β-Me-Leu) et son régioisomère 2-méthyle ont été synthétisés par ouverture d’une N-Ts aziridine en présence d’un excès de LiMe2Cu. Chacun des régioisomères du mélange (1:1,2) a été converti en la méthylleucine correspondante, puis couplé à l’acide D-phényllactique puis au motif 2-carboxyperhydroindole 4-amidinobenzamide en présence de DEPBT. Des élaborations ultérieures ont conduit à des analogues peptidiques non-naturels d’aeruginosines telles que la chlorodysinosine A. Les deux analogues ont ensuite été évalués pour leur activité inhibitrice de la thrombine et la trypsine. La présumée aeruginosine 3-sulfate 205B et son anomère β ont été synthétisés avec succès à partir de 5 sous-unités : la 3-chloroleucine, l’acide D-phényllactique, le D-xylose, le 2-carboxy-6-hydroxyoctahydroindole et l’agmatine. La comparaison des données RMN 1H et 13C reportées avec celles obtenues avec l’aeruginosine synthétique 205B révèle une différence majeure pour la position du groupe présumé 3'-sulfate sur l’unité D-xylopyranosyle. Nous avons alors synthétisés les dérivés méthyl-α-D-xylopyranosides avec un groupement sulfate à chacune des positions hydroxyles, afin de démontrer sans ambiguïté la présence du sulfate en position C-4' par comparaison des données spectroscopiques RMN 1H et 13C. La structure de l’aeruginosine 205B a alors été révisée. Une des étapes-clés de cette synthèse consiste en la formation du glycoside avec le groupe hydroxyle en C-6 orienté en axial sur la sous-unité Choi. Le 2-thiopyridylcarbonate s’est avéré une méthode efficace pour l’activation anomérique. Le traitement par AgOTf et la tétraméthylurée en solution dans un mélange éther-DCM permet d’obtenir l’anomère α désiré, qui peut alors être aisément séparé de l’anomère β par chromatographie

Ring-opening of cycloalkane epoxides and aziridines with aromatic amines : toward the total synthesis of pactamycin

Résumé Cette thèse consiste en trois thèmes résumés dans les paragraphes ci-dessous. L’influence de différents groupements protecteurs du groupe hydroxyle lors des réactions d’ouverture des cis- et trans- 3-hydroxy-1,2-époxycycloalcanes a été étudiée. Il a été montré que Yb(OTf)3 constituait un catalyseur doux pour l’ouverture régiosélective de cycles afin d’obtenir les -anilino cycloalcanols correspondants avec de bons rendements. Le chauffage du milieu réactionnel dans le toluène comme solvant a permis d’augmenter la cinétique de la réaction, au dépend du rendement. La partie aniline a été régiosélectivement introduite en position vicinale du groupe hydroxyle ou éther afin d’obtenir un unique régioisomère. La même tendance a été observée avec les époxydes du 3-azidocyclohex-1-ène et du 3-carbamate correspondant. Le temps de réaction a été réduit lorsque Yb(OTf)3 a été dissous dans l’acétonitrile. Le triflate d’ytterbium (III) a également été utilisé comme catalyseur pour l’ouverture de cycle régiosélective d’aziridines non-activées sur des cyclohexanes portant des substituants azotures ou éthers de benzyle. L’ion azoture ou l’aniline forment les produits trans correspondants, donnant alors accès à des diamines vicinales avec de bons rendements. Un éther ω-alcoxy p-méthoxybenzylique racémique, inhibiteur de HDAC, a été ainsi préparé en huit étapes synthétiques (rendement total de 26%) à partir du 1-((tert-butyldiphénylsilyl)oxy)hept-6-èn-2-ol. Ceci représente un progrès par rapport à la précédente méthode (9 étapes, rendement total de 16%). La métathèse croisée se montre particulièrement efficace et pratique dans cette stratégie et l’alkylation par le trichloroacétimidate de p-méthoxybenzyle en présence de Sc(OTf)3 améliore le rendement global de la synthèse. Un aminoalcool présent dans la pactamycine et contenant le squelette carboné, les groupements fonctionnels et la stéréochimie requise a été synthétisé en 27 étapes à partir de la L-thréonine. La méthodologie décrite dans cette thèse permet la synthèse de cet intermédiaire clé à l’échelle multigramme.

Modification d'acides biliaires à l'aide de polymères pour en moduler les propriétés d'agrégation

Les polymères amphiphiles sont largement utilisés pour les applications biomédicales et pharmaceutiques. Afin d’améliorer les chances de biocompatibilité des nouveaux polymères que nous voulons développer, nous avons utilisé des composés naturels, les acides biliaires, comme produits de départ dans la synthèse de ces polymères. De nouveaux polymères anioniques amphiphiles dérivés de l’acide cholique ont été préparés par polymérisation radicalaire par transfert d’atomes. Par un contrôle rigoureux des conditions de polymérisation, des bras de poly(acide acrylique) de différentes longueurs ont été greffés sur le squelette de l’acide cholique. L’architecture moléculaire des polymères a été étudiée par spectroscopie 1H RMN et par spectrométrie de masse. Ces polymères en étoile formés par l’acide biliaire modifié sont capables de s’agréger dans l’eau même si les groupements hydroxyles ont été remplacés par des segments plus volumineux. Il a été observé que les liaisons ester entre le polymère et le cœur d’acide cholique sont sensibles à l’hydrolyse en solution aqueuse. Pour remédier au problème de stabilité en solution aqueuse et pour avoir, en même temps, des bras hydrophiles non ioniques et biocompatibles, de l’oxyde d’éthylène a été polymérisé sur l’acide cholique par polymérisation anionique. Les liaisons éther formées entre le polymère et les groupements hydroxyles de l’acide biliaire sont plus stables que les liaisons ester sur le polymère de poly(acide acrylique). Les conditions de réaction de la polymérisation anionique ont été optimisées et ont donné des polymères aux architectures et aux masses molaires contrôlées. Les nouveaux polymères forment des agrégats sphériques tel qu’observé par microscopie électronique à transmission avec des échantillons préparés par la méthode de fracture à froid. Leur morphologie est différente de celle des agrégats cylindriques formés par les acides biliaires. Avec la méthode optimisée pour la polymérisation anionique, l’éther d’allyle et glycidyle a été polymérisé sur un dérivé d’acide cholique, suivi par une thiolation des liaisons doubles pour introduire l’amine ou l’acide sur la chaîne polymère. Cette addition radicalaire est efficace à plus de 90%. Les polymères qui en résultent sont solubles dans l’eau et s’agrègent à une certaine concentration critique. Il est particulièrement intéressant d’observer la thermosensibilité des polymères ayant des groupements amine, laquelle peut être modulée en acétylant partiellement les amines, donnant des points nuages entre 15 et 48°C.

Semisynthetic aminoglycoside antibiotics : toward biomimetic synthesis, evasion of bacterial resistance and reduced toxicity

Les antibiotiques aminoglycosidiques sont des agents bactéricides de grande valeur et d’efficacité à large spectre contre les pathogènes Gram-positifs et Gram-négatifs, dont plusieurs membres naturels et semisynthétiques sont importants dans l’histoire clinique depuis 1950. Des travaux crystallographiques sur le ribosome, récompensés par le prix Nobel, ont démontré comment leurs diverses structures polyaminées sont adaptées pour cibler une hélice d’ARN dans le centre de codage de la sous-unité 30S du ribosome bactérien. Leur interférence avec l’affinité et la cinétique des étapes de sélection et vérification des tARN induit la synthèse de protéines à basse fidélité, et l’inhibition de la translocation, établissant un cercle vicieux d’accumulation d’antibiotique et de stress sur la membrane. En réponse à ces pressions, les pathogènes bactériens ont évolué et disséminé une panoplie de mécanismes de résistance enzymatiques et d’expulsion : tels que les N acétyltransférases, les O phosphotransférases et les O nucleotidyltransférases qui ciblent les groupements hydroxyle et amino sur le coeur des aminoglycosides; des méthyl-transférases, qui ciblent le site de liaison ribosomale; et des pompes d’expulsion actives pour l’élimination sélective des aminoglycosides, qui sont utilisés par les souches Gram-négatives. Les pathogènes les plus problématiques, qui présentent aujourd’hui une forte résilience envers la majorité des classes d’antibiotiques sur le bord de la pan-résistance ont été nommés des bactéries ESKAPE, une mnémonique pour Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa et Enterobacteriaceae. La distribution globale des souches avec des mécanismes de résistance envers les standards cliniques aminoglycosides, tels que la tobramycine, l’amikacine et la gentamicine, est comprise entre 20 et 60% des isolées cliniques. Ainsi, les aminoglycosides du type 4,6-disubstitués-2-deoxystreptamine sont inadéquats comme thérapies anti-infectieuses à large spectre. Cependant, la famille des aminoglycosides 4,5-disubstitués, incluant la butirosine, la neomycine et la paromomycine, dont la structure plus complexe, pourrait constituter une alternative. Des collègues dans le groupe Hanessian et collaborateurs d’Achaogen Inc. ont démontré que certains analogues de la paraomomycine et neomycine, modifiés par désoxygénation sur les positions 3’ et 4’, et par substitution avec la chaîne N1-α-hydroxy-γ-aminobutyramide (HABA) provenant de la butirosine, pourrait produire des antibiotiques très prometteurs. Le Chapitre 4 de cette dissertation présente la conception et le développement d’une stratégie semi-synthétique pour produire des nouveaux aminoglycosides améliorés du type 4,5 disubstitués, inspiré par des modifications biosynthétiques de la sisomicine, qui frustrent les mécanismes de résistance bactérienne distribuées globalement. Cette voie de synthèse dépend d’une réaction d’hydrogénolyse de type Tsuji catalysée par palladium, d’abord développée sur des modèles monosaccharides puis subséquemment appliquée pour générer un ensemble d’aminoglycosides hybrides entre la neomycine et la sisomicine. Les études structure-activité des divers analogues de cette nouvelle classe ont été évaluées sur une gamme de 26 souches bactériennes exprimant des mécanismes de résistance enzymatique et d’expulsion qui englobe l’ensemble des pathogènes ESKAPE. Deux des antibiotiques hybrides ont une couverture antibacterienne excellente, et cette étude a mis en évidence des candidats prometteurs pour le développement préclinique. La thérapie avec les antibiotiques aminoglycosidiques est toujours associée à une probabilité de complications néphrotoxiques. Le potentiel de toxicité de chaque aminoglycoside peut être largement corrélé avec le nombre de groupements amino et de désoxygénations. Une hypothèse de longue date dans le domaine indique que les interactions principales sont effectuées par des sels des groupements ammonium, donc l’ajustement des paramètres de pKa pourrait provoquer une dissociation plus rapide avec leurs cibles, une clairance plus efficace et globalement des analogues moins néphrotoxiques. Le Chapitre 5 de cette dissertation présente la conception et la synthèse asymétrique de chaînes N1 HABA β substitutées par mono- et bis-fluoration. Des chaînes qui possèdent des γ-N pKa dans l’intervalle entre 10 et 7.5 ont été appliquées sur une neomycine tétra-désoxygénée pour produire des antibiotiques avancés. Malgré la réduction considérable du γ N pKa, le large spectre bactéricide n’a pas été significativement affecté pour les analogues fluorés isosteriques. De plus, des études structure-toxicité évaluées avec une analyse d’apoptose propriétaire d’Achaogen ont démontré que la nouvelle chaîne β,β difluoro-N1-HABA est moins nocive sur un modèle de cellules de rein humain HK2 et elle est prometteuse pour le développement d’antibiotiques du type neomycine avec des propriétés thérapeutiques améliorées. Le chapitre final de cette dissertation présente la proposition et validation d’une synthèse biomimétique par assemblage spontané du aminoglycoside 66-40C, un dimère C2 symétrique bis-imine macrocyclique à 16 membres. La structure proposée du macrocycle a été affinée par spectroscopie nucléaire à un système trans,trans-bis-azadiène anti-parallèle. Des calculs indiquent que l’effet anomérique de la liaison α glycosidique entre les anneaux A et B fournit la pré-organisation pour le monomère 6’ aldéhydo sisomicine et favorise le produit macrocyclique observé. L’assemblage spontané dans l’eau a été étudié par la dimérisation de trois divers analogues et par des expériences d’entre croisement qui ont démontré la généralité et la stabilité du motif macrocyclique de l'aminoglycoside 66-40C.