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.

Report to the Commissioner of the Food and Drug Administration by the FDA Task Force on the use of antibiotics in animal feeds.

Appended: Press briefing by Commissioner Charles C. Edwards and by C. D. Van Houweling.

Identification of the essential histidine residue for high-affinity binding of AlbA protein to albicidin antibiotics

The albA gene from Klebsiella oxytoca encodes a protein that binds albicidin phytotoxins and antibiotics with high affinity. Previously, it has been shown that shifting pH from 6 to 4 reduces binding activity of AlbA by about 30%, indicating that histidine residues might be involved in substrate binding. In this study, molecular analysis of the albA coding region revealed sequence discrepancies with the albA sequence reported previously, which were probably due to sequencing errors. The albA gene was subsequently cloned from K oxytoca ATCC 13182(T) to establish the revised sequence. Biochemical and molecular approaches were used to determine the functional role of four histidine residues (His(78), HiS(125), HiS(141) and His(189)) in the corrected sequence for AlbA. Treatment of AlbA with diethyl pyrocarbonate (DEPC), a histidine-specific alkylating reagent, reduced binding activity by about 95%. DEPC treatment increased absorbance at 240-244 nm by an amount indicating conversion to N-carbethoxyhistidine of a single histidine residue per AlbA molecule. Pretreatment with albicidin protected AlbA against modification by DEPC, with a 1 : 1 molar ratio of albicidin to the protected histidine residues. Based on protein secondary structure and amino acid surface probability indices, it is predicted that HiS125 might be the residue required for albicidin binding. Mutation of HiS125 to either alanine or leucine resulted in about 32% loss of binding activity, and deletion of HiS125 totally abolished binding activity. Mutation of HiS125 to arginine and tyrosine had no effect. These results indicate that HiS125 plays a key role either in an electrostatic interaction between AlbA and albicidin or in the conformational dynamics of the albicidin-binding site.

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.

Ecosystem response to antibiotics entering the aquatic environment

Awareness of antibiotics in wastewaters and aquatic ecosystems is growing as investigations into alternate pollutants increase and analytical techniques for detecting these chemicals improve. The presence of three antibiotics (ciproffoxacin, norfloxacin and cephalexin) was evaluated in both sewage effluent and environmental waters downstream from a sewage discharge. Bacteria cultured from the sewage bioreactor and receiving waters were tested for resistance against six antibiotics (ciprofloxacin, tetracycline, ampicillin, trimethoprim, erythromycin and trimethoprim/sulphamethoxazole) and effects of short term exposure (24h) to antibiotics on bacterial denitrification rates were examined. Antibiotics were detected entering the sewage treatment plant with varying levels of removal during the treatment process. Antibiotics were also detected in effluent entering receiving waters and detectable 500m from the source. Among the bacteria cultured from the sewage bioreactor, resistance was displayed against all six antibiotics tested and bacteria cultured from receiving waters were resistant against two of the antibiotics tested. Rates of denitrification were observed to decrease in response to some antibiotics and not to others, though this was only observed at concentrations exceeding those likely to be found in the environment. Findings from this preliminary research have indicated that antibiotics are entering our aquatic systems and pose a potential threat to ecosystem function and potentially human health. (c) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Discovery of a new source of rifamycin antibiotics in marine sponge actinobacteria by phylogenetic prediction

Phylogenetic analysis of the ketosynthase (KS) gene sequences of marine sponge-derived Salinispora strains of actinobacteria indicated that the polyketide synthase (PKS) gene sequence most closely related to that of Salinispora was the rifamycin B synthase of Amycolatopsis mediterranei. This result was not expected from taxonomic species tree phylogenetics using 16S rRNA sequences. From the PKS sequence data generated from our sponge-derived Salinispora strains, we predicted that such strains might synthesize rifamycin-like compounds. Liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC/MS/MS) analysis was applied to one sponge-derived Salinispora strain to test the hypothesis of rifamycin synthesis. The analysis reported here demonstrates that this Salinispora isolate does produce compounds of the rifamycin class, including rifamycin B and rifamycin SV. A rifamycin-specific KS primer set was designed, and that primer set increased the number of rifamycin-positive strains detected by PCR screening relative to the number detectable using a conserved KS-specific set. Thus, the Salinispora group of actinobacteria represents a potential new source of rifamycins outside the genus Amycolatopsis and the first recorded source of rifamycins from marine bacteria.