Inhibition of a plant virus infection by analogs of melittin.

An approach that enables identification of specific synthetic peptide inhibitors of plant viral infection is reported. Synthetic analogs of melittin that have sequence and structural similarities to an essential domain of tobacco mosaic virus coat protein were found to possess highly specific antiviral activity. This approach involves modification of residues located at positions analogous to those that are critical for virus assembly. The degree of inhibition found correlates well with sequence similarities between the viral capsid protein and the melittin analogs studied as well as with the induced conformational changes that result upon interaction of the peptides and ribonucleic acid.

Phosphinate analogs of D-, D-dipeptides: slow-binding inhibition and proteolysis protection of VanX, a D-, D-dipeptidase required for vancomycin resistance in Enterococcus faecium.

VanX is a D-Ala-D-Ala dipeptidase that is essential for vancomycin resistance in Enterococcus faecium. Contrary to most proteases and peptidases, it prefers to hydrolyze the amino substrate but not the related kinetically and thermodynamically more favorable ester substrate D-Ala-D-lactate. The enzymatic activity of VanX was previously found to be inhibited by the phosphinate analogs of the proposed tetrahedral intermediate for hydrolysis of D-Ala-D-Ala. Here we report that such phosphinates are slow-binding inhibitors. D-3-[(1-Aminoethyl)phosphinyl]-D-2-methylpropionic acid I showed a time-dependent onset of inhibition of VanX and a time-dependent return to uninhibited steady-state rates upon dilution of the enzyme/inhibitor mixture. The initial inhibition constant Ki after immediate addition of VanX to phosphinate I to form the E-I complex is 1.5 microM but is then lowered by a relatively slow isomerization step to a second complex, E-I*, with a final K*i of 0.47 microM. This slow-binding inhibition reflects a Km/K*i ratio of 2900:1. The rate constant for the slow dissociation of complex E-I* is 0.24 min-1. A phosphinate analog with an ethyl group replacing what would be the side chain of the second D-alanyl residue in the normal tetrahedral adduct gives a K*i value of 90 nM. Partial proteolysis of VanX reveals two protease-sensitive loop regions that are protected by the intermediate analog phosphinate, indicating that they may be part of the VanX active site.

Induction of a retinoblastoma phosphatase activity by anticancer drugs accompanies p53-independent G1 arrest and apoptosis.

DNA-damaging agents induce accumulation of the tumor suppressor and G1 checkpoint protein p53, leading cells to either growth arrest in G1 or apoptosis (programmed cell death). The p53-dependent G1 arrest involves induction of p21 (also called WAF1/CIP1/SDI1), which prevents cyclin kinase-mediated phosphorylation of retinoblastoma protein (RB). Recent studies suggest a p53-independent G1 checkpoint as well; however, little is known about its molecular mechanisms. We report that induction of a protein-serine/threonine phosphatase activity by DNA damage signals is at least one of the mechanisms responsible for p53-independent, RB-mediated G1 arrest and consequent apoptosis. When two p53-null human leukemic cell lines (HL-60 and U-937) were treated with a variety of anticancer agents, RB became hypophosphorylated, accompanied with G1 arrest. This was followed immediately (in less than 30 min) by apoptosis, as determined by the accumulation of pre-G1 apoptotic cells and the internucleosomal fragmentation of DNA. Addition of calyculin A or okadaic acid (specific serine/threonine phosphatase inhibitors) or zinc chloride (apoptosis inhibitor) prevented the G1 arrest- and apoptosis-specific RB dephosphorylation. The levels of cyclin E- and cyclin A-associated kinase activities remained high during RB dephosphorylation, supporting the involvement of a chemotherapy-induced serine/threonine phosphatase(s) rather than p21. Furthermore, the induced phosphatase activity coimmunoprecipitated with the hyperphosphorylated RB and was active in a cell-free system that reproduced the growth arrest- and apoptosis-specific RB dephosphorylation, which was inhibitable by calyculin A but not zinc. We propose that the RB phosphatase(s) might be one of the p53-independent G1 checkpoint regulators.

Inhibition of human immunodeficiency virus replication by nonimmunosuppressive analogs of cyclosporin A.

Analogs of the immunosuppressive cyclic undecapeptide cyclosporin A (CsA) with substitutions in positions 1, 4, 6, and/or 11 were rationally designed to possess substantially diminished or no immunosuppressive activity. When these compounds were assayed for their capacity to interfere with the replication of human immunodeficiency virus, some displayed a potent antiviral activity in newly infected cells. However, only CsA could interfere with virus replication in persistently infected cells. One CsA analog with antiviral activity costimulated the phytohemagglutinin-induced production of interleukin 2 by human lymphocytes. Human immunodeficiency virus particles from drug-exposed cells showed lower infectivity than virions from untreated cells. Thus, these nonimmunosuppressive analogs of CsA constitute a promising class of lead compounds to develop drugs for effective treatment of the acquired immunodeficiency syndrome.

Retro and retroenantio analogs of cecropin-melittin hybrids.

Hybrid analogs of cecropin A (CA) and melittin (M), which are potent antibacterial peptides, have been synthesized. To understand the structural requirements for this antibacterial activity, we have also synthesized the enantio, retro, and retroenantio isomers of two of the hybrids and their N-terminally acetylated derivatives. All analogs of CA(1-13)M(1-13)-NH2 were as active as the parent peptide against five test bacterial strains, but one bacterial strain was resistant to the retro and retroenantio derivatives. Similarly, all analogs of CA(1-7)M(2-9)-NH2 were active against four strains, while two strains were resistant to the retro and retroenantio analogs containing free NH3+ end groups, but acetylation restored activity against one of them. From these data it was concluded that chirality of the peptide was not a critical feature, and full activity could be achieved with peptides containing either all L- or all D-amino acids in their respective right-handed or left-handed helical conformations. For most of the bacterial strains, the sequence of these peptides or the direction of the peptide bonds could be critical but not both at the same time. For some strains, both needed to be conserved.

In Vivo screening and discovery of novel candidate thalidomide analogs in the zebrafish embryo and chicken embryo model systems

This study was supported by a Wellcome Trust-NIH PhD Studentship to SB, WDF and NV. Grant number 098252/Z/12/Z. SB, CHC and WDF are supported by the Intramural Research Program, NCI, NIH. NHG and WL are supported by the Intramural Research Program, NIA, NIH.

Design and synthesis of constrained azacyclic pyrrolidine analogues of FTY720 as anticancer agents & metal coordination-controlled and bifunctional catalysis toward tertiary β-Ketols

Cette thèse se compose en deux parties: Première Partie: La conception et la synthèse d’analogues pyrrolidiniques, utilisés comme agents anticancéreux, dérivés du FTY720. FTY720 est actuellement commercialisé comme médicament (GilenyaTM) pour le traitement de la sclérose en plaques rémittente-récurrente. Il agit comme immunosuppresseur en raison de son effet sur les récepteurs de la sphingosine-1-phosphate. A fortes doses, FTY720 présente un effet antinéoplasique. Cependant, à de telles doses, un des effets secondaires observé est la bradycardie dû à l’activation des récepteurs S1P1 et S1P3. Ceci limite son potentiel d’utilisation lors de chimiothérapie. Nos précédentes études ont montré que des analogues pyrrolidiniques dérivés du FTY720 présentaient une activité anticancéreuse mais aucune sur les récepteurs S1P1 et S1P3. Nous avons soumis l’idée qu’une étude relation structure-activité (SARs) pourrait nous conduire à la découverte de nouveaux agents anti tumoraux. Ainsi, deux séries de composés pyrrolidiniques (O-arylmethyl substitué et C-arylmethyl substitué) ont pu être envisagés et synthétisés (Chapitre 1). Ces analogues ont montré d’excellentes activités cytotoxiques contre diverses cellules cancéreuses humaines (prostate, colon, sein, pancréas et leucémie), plus particulièrement les analogues actifs qui ne peuvent pas être phosphorylés par SphK, présentent un plus grand potentiel pour le traitement du cancer sans effet secondaire comme la bradycardie. Les études mécanistiques suggèrent que ces analogues de déclencheurs de régulation négative sur les transporteurs de nutriments induisent une crise bioénergétique en affamant les cellules cancéreuses. Afin d’approfondir nos connaissances sur les récepteurs cibles, nous avons conçu et synthétisé des sondes diazirine basées sur le marquage d’affinité aux photons (méthode PAL: Photo-Affinity Labeling) (Chapitre 2). En s’appuyant sur la méthode PAL, il est possible de récolter des informations sur les récepteurs cibles à travers l’analyse LC/MS/MS de la protéine. Ces tests sont en cours et les résultats sont prometteurs. Deuxième partie: Coordination métallique et catalyse di fonctionnelle de dérivés β-hydroxy cétones tertiaires. Les réactions de Barbier et de Grignard sont des méthodes classiques pour former des liaisons carbone-carbone, et généralement utilisées pour la préparation d’alcools secondaires et tertiaires. En vue d’améliorer la réaction de Grignard avec le 1-iodobutane dans les conditions « one-pot » de Barbier, nous avons obtenu comme produit majoritaire la β-hydroxy cétone provenant de l’auto aldolisation de la 5-hexen-2-one, plutôt que le produit attendu d’addition de l’alcool (Chapitre 3). La formation inattendue de la β-hydroxy cétone a également été observée en utilisant d’autres dérivés méthyl cétone. Étonnement dans la réaction intramoléculaire d’une tricétone, connue pour former la cétone Hajos-Parrish, le produit majoritaire est rarement la β-hydroxy cétone présentant la fonction alcool en position axiale. Intrigué par ces résultats et après l’étude systématique des conditions de réaction, nous avons développé deux nouvelles méthodes à travers la synthèse sélective et catalytique de β-hydroxy cétones spécifiques par cyclisation intramoléculaire avec des rendements élevés (Chapitre 4). La réaction peut être catalysée soit par une base adaptée et du bromure de lithium comme additif en passant par un état de transition coordonné au lithium, ou bien soit à l’aide d’un catalyseur TBD di fonctionnel, via un état de transition médiée par une coordination bidenté au TBD. Les mécanismes proposés ont été corroborés par calcul DFT. Ces réactions catalytiques ont également été appliquées à d’autres substrats comme les tricétones et les dicétones. Bien que les efforts préliminaires afin d’obtenir une enantioselectivité se sont révélés sans succès, la synthèse et la recherche de nouveaux catalyseurs chiraux sont en cours.

Design and synthesis of constrained azacyclic pyrrolidine analogues of FTY720 as anticancer agents & metal coordination-controlled and bifunctional catalysis toward tertiary β-Ketols

Cette thèse se compose en deux parties: Première Partie: La conception et la synthèse d’analogues pyrrolidiniques, utilisés comme agents anticancéreux, dérivés du FTY720. FTY720 est actuellement commercialisé comme médicament (GilenyaTM) pour le traitement de la sclérose en plaques rémittente-récurrente. Il agit comme immunosuppresseur en raison de son effet sur les récepteurs de la sphingosine-1-phosphate. A fortes doses, FTY720 présente un effet antinéoplasique. Cependant, à de telles doses, un des effets secondaires observé est la bradycardie dû à l’activation des récepteurs S1P1 et S1P3. Ceci limite son potentiel d’utilisation lors de chimiothérapie. Nos précédentes études ont montré que des analogues pyrrolidiniques dérivés du FTY720 présentaient une activité anticancéreuse mais aucune sur les récepteurs S1P1 et S1P3. Nous avons soumis l’idée qu’une étude relation structure-activité (SARs) pourrait nous conduire à la découverte de nouveaux agents anti tumoraux. Ainsi, deux séries de composés pyrrolidiniques (O-arylmethyl substitué et C-arylmethyl substitué) ont pu être envisagés et synthétisés (Chapitre 1). Ces analogues ont montré d’excellentes activités cytotoxiques contre diverses cellules cancéreuses humaines (prostate, colon, sein, pancréas et leucémie), plus particulièrement les analogues actifs qui ne peuvent pas être phosphorylés par SphK, présentent un plus grand potentiel pour le traitement du cancer sans effet secondaire comme la bradycardie. Les études mécanistiques suggèrent que ces analogues de déclencheurs de régulation négative sur les transporteurs de nutriments induisent une crise bioénergétique en affamant les cellules cancéreuses. Afin d’approfondir nos connaissances sur les récepteurs cibles, nous avons conçu et synthétisé des sondes diazirine basées sur le marquage d’affinité aux photons (méthode PAL: Photo-Affinity Labeling) (Chapitre 2). En s’appuyant sur la méthode PAL, il est possible de récolter des informations sur les récepteurs cibles à travers l’analyse LC/MS/MS de la protéine. Ces tests sont en cours et les résultats sont prometteurs. Deuxième partie: Coordination métallique et catalyse di fonctionnelle de dérivés β-hydroxy cétones tertiaires. Les réactions de Barbier et de Grignard sont des méthodes classiques pour former des liaisons carbone-carbone, et généralement utilisées pour la préparation d’alcools secondaires et tertiaires. En vue d’améliorer la réaction de Grignard avec le 1-iodobutane dans les conditions « one-pot » de Barbier, nous avons obtenu comme produit majoritaire la β-hydroxy cétone provenant de l’auto aldolisation de la 5-hexen-2-one, plutôt que le produit attendu d’addition de l’alcool (Chapitre 3). La formation inattendue de la β-hydroxy cétone a également été observée en utilisant d’autres dérivés méthyl cétone. Étonnement dans la réaction intramoléculaire d’une tricétone, connue pour former la cétone Hajos-Parrish, le produit majoritaire est rarement la β-hydroxy cétone présentant la fonction alcool en position axiale. Intrigué par ces résultats et après l’étude systématique des conditions de réaction, nous avons développé deux nouvelles méthodes à travers la synthèse sélective et catalytique de β-hydroxy cétones spécifiques par cyclisation intramoléculaire avec des rendements élevés (Chapitre 4). La réaction peut être catalysée soit par une base adaptée et du bromure de lithium comme additif en passant par un état de transition coordonné au lithium, ou bien soit à l’aide d’un catalyseur TBD di fonctionnel, via un état de transition médiée par une coordination bidenté au TBD. Les mécanismes proposés ont été corroborés par calcul DFT. Ces réactions catalytiques ont également été appliquées à d’autres substrats comme les tricétones et les dicétones. Bien que les efforts préliminaires afin d’obtenir une enantioselectivité se sont révélés sans succès, la synthèse et la recherche de nouveaux catalyseurs chiraux sont en cours.

Modulation of human V alpha 24(+)V beta 11(+) NKT cells by age, malignancy and conventional anticancer therapies

Immunotherapy strategies aimed at increasing human Valpha24(+)Vbeta11(+) natural killer T (NKT) cell numbers are currently a major focus. To provide further information towards the goal of NKT cell-based immunotherapy, we assessed the effects of age, cancer status and prior anticancer treatment on NKT cell numbers and their expansion capacity following alpha-galactosylceramide (alpha-GalCer) stimulation. The percentage and absolute number of peripheral blood NKT cells was assessed in 40 healthy donors and 109 solid cancer patients ( colorectal ( n = 33), breast ( n = 10), melanoma ( n = 17), lung ( n = 8), renal cell carcinoma ( n = 10), other cancers ( n = 31)). Responsiveness to alpha-GalCer stimulation was also assessed in 28 of the cancer patients and 37 of the healthy donors. Natural killer T cell numbers were significantly reduced in melanoma and breast cancer patients. While NKT numbers decreased with age in healthy donors, NKT cells were decreased in these cancer subgroups despite age and sex adjustments. Prior radiation treatment was shown to contribute to the observed reduction in melanoma patients. Although cancer patient NKT cells were significantly less responsive to alpha-GalCer stimulation, they remained capable of substantial expansion. Natural killer T cells are therefore modulated by age, malignancy and prior anticancer treatment; however, cancer patient NKT cells remain capable of responding to alpha-GalCer-based immenotherapies.

ISCOMATRIX (TM) adjuvant: An adjuvant suitable for use in anticancer vaccines

Human Papillomavirus type 16 (HPV16) E6 and E7 oncoproteins are associated with cervical cancer development and progression and can therefore be used as target antigens for cancer immunotherapy. In this study we evaluated the immunogenicity in mice, of different vaccine formulations using recombinant HPV16 derived E6E7 or E7GST fusion proteins. When co-administered with ISCOMATRIX(TM) adjuvant, these E6E7 proteins consistently induced E7 specific CTL, in vivo tumor protection, antibody and DTH responses. ISCOMATRIX(TM) adjuvant has been developed for use in the formulation of novel human vaccines and has been evaluated for safety and toxicity in human trials. A formulation containing aluminum hydroxide (Al(OH)(3)) gave a lesser degree of E7 specific antibody, and no local E7 specific CTL response but similar DTH and tumor protection. These findings demonstrate the potential of ISCOMATRIX(TM) adjuvant to stimulate both cellular and humoral immune responses to endogenously processed target antigens, and hence is the preferred adjuvant when CTL responses are desirable. (C) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Exploiting novel cell cycle targets in the development of anticancer agents

In this review we provide a brief background on the cell cycle and then focus on two novel and emerging areas of cell cycle research that may prove to have significant relevance to the development of novel anticancer agents. In particular, we review the emerging evidence to suggest that histone deacetylase inhibitors may possess cancer cell-specific cytotoxicity due to their ability to target a novel G2/M checkpoint. We also review the recent literature supporting the proposition that inhibition of E2F activity in epithelial cancer cells may prove to be a useful differentiation therapy that operates via cell cycle-dependent and cell cycle-independent mechanisms.

Lead compounds for antimalarial chemotherapy: Purine base analogs discriminate between human and P-falciparum 6-oxopurine phosphoribosyltransferases

The malarial parasite Plasmodium falciparum depends on the purine salvage enzyme hypoxanthine-guanine-xanthine phosphoribosyltransferase (HGXPRT) to convert purine bases from the host to nucleotides needed for DNA and RNA synthesis. An approach to developing antimalarial drugs is to use HGXPRT to convert introduced purine base analogs to nucleotides that are toxic to the parasite. This strategy requires that these compounds be good substrates for the parasite enzyme but poor substrates for the human counterpart, HGPRT. Bases with a chlorine atom in the 6-position or a nitrogen in the 8-position exhibited strong discrimination between P. falciparum HGXPRT and human HGPRT. The k(cat)/K-m values for the Plasmodium enzyme using 6-chloroguanine and 8-azaguanine as substrates were 50-80-fold and 336-fold higher than for the human enzyme, respectively. These and other bases were effective in inhibiting the growth of the parasite in vitro, giving IC50 values as low as 1 mu M.