Phenotype-Based Discovery of 2-[(E)-2-(Quinolin-2-yl)vinyl]phenol as a Novel Regulator of Ocular Angiogenesis

Retinal angiogenesis is tightly regulated to meet oxygenation and nutritional requirements. In diseases such as proliferative diabetic retinopathy and neovascular age-related macular degeneration, uncontrolled angiogenesis can lead to blindness. Our goal is to better understand the molecular processes controlling retinal angiogenesis and discover novel drugs that inhibit retinal neovascularization. Phenotype-based chemical screens were performed using the ChemBridge Diverset^TM library and inhibition of hyaloid vessel angiogenesis in Tg(fli1:EGFP) zebrafish. 2-[(E)-2-(Quinolin-2-yl)vinyl]phenol, (quininib) robustly inhibits developmental angiogenesis at 4–10 μM in zebrafish and significantly inhibits angiogenic tubule formation in HMEC-1 cells, angiogenic sprouting in aortic ring explants, and retinal revascularization in oxygen-induced retinopathy mice. Quininib is well tolerated in zebrafish, human cell lines, and murine eyes. Profiling screens of 153 angiogenic and inflammatory targets revealed that quininib does not directly target VEGF receptors but antagonizes cysteinyl leukotriene receptors 1 and 2 (CysLT_1–2) at micromolar IC₅₀ values. In summary, quininib is a novel anti-angiogenic small-molecule CysLT receptor antagonist. Quininib inhibits angiogenesis in a range of cell and tissue systems, revealing novel physiological roles for CysLT signaling. Quininib has potential as a novel therapeutic agent to treat ocular neovascular pathologies and may complement current anti-VEGF biological agents.

Poly(vinyl alcohol) with sulfonic acid groups as catalyst for the alpha-pinene alkoxylation

The alkoxylation of a-pinene was carried out over poly(vinyl alcohol) containing sulfonic acid groups, as catalyst. The main product of a-pinene alkoxylation was a-terpinyl methyl ether being also formed bornyl methyl ether, fenchyl methyl ether, limonene and terpinolene as by-products. The absorption band at 1037 cm-1 in the FTIR spectrum of PVA_SSA40 (PVA membrane containing 40% of –OH groups esterified with SSA) which does not appear in the spectrum of PVA, indicates the presence of the sulfonic acid groups. The catalytic activity of PVA with sulfonic acid groups increases when the amount of sulfosuccinic acid used in the polymer crosslinking is increased from 5% to 40%. However, when the crosslinking degree increases from 20% to 40%, the conversion of a-pinene increases only slightly. Good values of selectivity to a-terpinyl methyl ether were obtained over poly(vinyl alcohol) with sulfonic acid groups. A simple kinetic model, which fits experimental concentration data quite well, was developed.

Síntese e potenciais aplicações de novas porfirinas β-funcionalizadas

Neste trabalho é descrita a síntese de novos derivados porfirínicos com potencial aplicação em terapia fotodinâmica (PDT) e como quimiossensores para o reconhecimento molecular de catiões metálicos. Os novos compostos foram preparados usando como “template” 2-formil-5,10,15,20-tetrafenilporfirina através de diferentes abordagens sintéticas, tais como, reações de cicloadição 1,3-dipolar ou reações do tipo condensação aldólica. Depois de uma breve introdução sobre porfirinas segue-se no capítulo 2 a descrição dos estudos de formilação de Vilsmeier-Haack dos complexos de Ni(II) e Cu(II) de meso-tetra-arilporfirinas realizados usando irradiação de microondas. Utilizando os complexos de Ni(II) e Cu(II) da 5,10,15,20-tetrafenilporfirina foram considerados vários solventes, potências de irradiação e tempos de reação; as melhores condições encontradas foram aplicadas a outras mesotetra- arilporfirinas. Os derivados formilados resultantes da reação de formilação de Vilsmeier-Haack com irradiação de micro-ondas foram isolados em bons rendimentos e com significativa redução no tempo de reação, que passou de horas, em condiçoes clássicas de aquecimento, para minutos sob irradiação de micro-ondas. O “scale-up” da reação, nas condições estabelecidas, mostrou ser eficiente não sendo a reação afetada pelo aumento da quantidade de porfirina. O capítulo 3 descreve a reação de ciclo-adição 1,3-dipolar de meso-tetraarilporfirinas com iminas de nitrilo, geradas in situ por desidrobromação de hidrazono-α-bromoglioxilatos de etilo na presença de base. A reação de iminas de nitrilo com 5,10,15,20-tetraquis(pentafluorofenil)porfirina, na presença de K2CO3 em tolueno a refluxo, permitiu isolar novas pirazoloclorinas em rendimentos moderados. Foram investigadas as propriedades fotofísicas das novas clorinas e os resultados sugerem que duas delas apresentam potencialidades para serem utilizadas em PDT. Este tipo de reações foi estendida ao complexo 2-vinil-5,10,15,20- tetrafenilporfirinatozinco(II); este complexo reagiu com as iminas de nitrilo obtendo-se os correspondentes derivados porfirina-pirazolina em rendimentos que variaram entre valores de bom e de excelente. A regioquímica dos derivados porfirina-pirazolina formados foi elucidada por RMN e confirmada por difração de raios-X. O tratamento dos derivados porfirina-pirazolina com DDQ proporciona os correspondentes derivados porfirina-pirazol com rendimentos de moderados a excelentes. Quando os derivados porfirina-pirazolina foram submetidos a condições de hidrólise básica, observou-se não só a hidrólise do grupo éster presente no anel pirazolínico mas também a concomitante oxidação desta unidade heterocíclica, isolando-se assim, num único passo reacional, novos derivados de tipo porfirinapirazol com um grupo carboxílico. A descomplexação dos complexos de Zn(II) foi realizada na presença de TFA, tendo-se isolado quantitativamente os respetivos derivados na forma de bases livres.Foram estudadas algumas das propriedades fotofísicas de todos os compostos obtidos, quer na forma de complexos de Zn(II), quer na forma de base livre. Duma forma geral, todos os compostos preparados mostraram ser bons geradores de oxigénio singleto, o que os torna interessantes para possível utilização como fotossensibilizadores em PDT. No capítulo 4 é descrita a reação de 2-formil-5,10,15,20-tetrafenilporfirina com aril-cetonas e acetato de amónio, na presença de La(OTf)3, o que permitiu isolar novas benzoporfirinas e 2-(2,6-diarilpiridina-4-il)porfirinas. Esta metodologia foi utilizada para preparar, pela primeira vez, uma 2-(2,2':6,2''- terpiridin-4-il)porfirina. As estruturas de duas das 2-(2,6-diarilpiridin-4- il)porfirinas foram confirmadas por difração de raios-X de cristal único. A metodologia descrita permite ainda preparar novos derivados de tipo porfirinacalcona, apenas com pequenos ajustes nas condições reacionais através de uma reação do tipo condensação aldólica. Os derivados do tipo porfirinacalcona foram posteriormente usados para preparar derivados do tipo porfirinapirazol 1,3,5-tri-substituídos em bons rendimentos, através de reação de condensação com fenil-hidrazina. Em cada um dos capítulos é descrito os procedimentos experimentais e a caracterização espectroscópica (RMN, UV-vis e massa) dos novos compostos isolados. Em alguns casos foi necessário o recurso a técnicas de RMN bidimensionais como COSY, NOESY, HSQC e HMBC. Os compostos preparados neste trabalho foram ainda objecto de estudos de avaliação das respetivas potencialidades para actuarem como quimiossensores para o reconhecimento de catiões metálicos, nomeadamente, Cu(II), Ag(I), Zn(II), Cd(II) e Hg(II). Assim no capítulo 5 é descrita a caracterização fotofísica dos compostos preparados no capítulo 4 e, os estudos destes como potenciais quimiossensores. Os estudos para verificar a potencialidade dos compostos como quimiossensores foram efectuados: i) em solução, através de titulações espectrofotométricas e espectrofluorimétricas, ii) no estado sólido, recorrendo à preparação de filmes de PMMA dopados com os ligandos porfirínicos em estudo e, iii) na fase gasosa, seguindo as titulações dos ligandos com metais por espectrometria de massa (MALDI-TOF-MS). Os compostos estudados mostraram ter capacidade para atuarem como quimiossensores de catiões metálicos capazes de distinguirem entre os iões Zn(II) e Hg(II).

Corroles : synthesis, functionalization and application as chemosensors

O trabalho de investigação apresentado nesta dissertação foi desenvolvido tendo como objectivo a síntese e funcionalização de meso-triarilcorróis para utilização como quimiossensores. Este trabalho encontra-se apresentado ao longo de cinco capítulos. No primeiro capítulo são apresentadas as características gerais, as metodologias de síntese e de funcionalização de macrociclos de tipo corrólico, e descrevemse algumas aplicações em que têm sido utilizados. São ainda abordadas algumas das propriedades e características dos quimiossensores e os mecanismos de deteção de diversos analítos. No segundo capítulo, após uma pequena introdução às reações de Wittig e de Diels-Alder, escolhidas para a funcionalização do macrociclo corrólico, descreve-se o estudo efectuado para a obtenção do complexo de gálio(III) do 3- vinil-5,10,15-tris(pentafluorofenil)corrol e o seu comportamento como dieno, em reações de Diels-Alder na presença dos dienófilos 1,4-benzoquinona e 1,4- naftoquinona. Desses estudos resultaram dois aductos cuja habilidade sensorial, bem como a dos seus precursores, foi estudada, em solução, na presença de aniões esféricos (F-, Br-, Cl-), lineares (CN-) e volumosos (CH3COO-, H2PO4 -). Dos macrociclos estudados verificou-se que o corrol base-livre 5,10,15-tris(pentafluorofenil)corrol apresenta uma elevada sensibilidade para o anião fluoreto (F-), e que a coordenação do núcleo corrólico com gálio(III) diminui a afinidade para este anião. Em geral, todos os compostos mostraram afinidade para o anião cianeto (CN-) mesmo quando em suportes poliméricos. O gel de poliacrilamida revelou-se muito promissor na determinação de CN- em amostras de água. No terceiro capítulo é avaliada a reatividade do complexo de gálio(III) do 3- vinil-5,10,15-tris(pentafluorofenil)corrol ainda como dieno mas agora na presença de um dienófilo linear, o acetilenodicarboxilato de dimetilo. Desse estudo resultaram dois novos derivados corrólicos. A habilidade sensorial dos mesmos perante os aniões fluoreto, cianeto, acetato, e fosfato foi avaliada por espectroscopia de absorção e emissão tendo um dos aductos mostrado ser colorimétrico para o anião cianeto. No quarto capítulo descreve-se a síntese e caracterização de dois conjugados do tipo corrol-cumarina, resultantes de reações de Hetero-Diels-Alder entre o 3-vinil-5,10,15-tris(pentafluorofenil)corrolatogálio(III)(piridina) e orto-quinonasmetídeos gerados in situ a partir de reacções de Knoevenagel entre cumarinas e paraformaldeído. Realizaram-se estudos de afinidade sensorial para aniões e catiões com estes macrociclos, bem como com conjugados porfirinacumarina análogos. A inserção de uma unidade cumarina conferiu uma excepcional solubilidade tendo os novos derivados apresentado solubilidade em etanol. No quinto e último capítulo desta dissertação é avaliada a capacidade sensorial do 5,10,15-tris(pentafluorofenil)corrol e da sua espécie monoaniónica, para os catiões metálicos Na+, Ca2+, Cu2+, Cd2+, Pb2+, Hg2+, Ag+, Al3+, Zn2+, Ni2+, Cr3+, Ga3+, Fe3+ em tolueno e acetonitrilo. Os macrociclos corrólicos mostraram ser selectivos e colorimétricos para o catião Hg2+. Neste trabalho descreve-se ainda a síntese do derivado -iminocorrol, que após funcionalização com o 3-isocianatopropiltrimetoxisilano originou um derivado do tipo alcoxisilano, que foi, posteriormente, ancorado a nanopartículas comerciais de sílica. As novas nanopartículas ancoradas com o alcoxisilano corrol foram estudadas na presença de Cu2+, Hg2+ e Ag+. Na presença do catião Ag+ assistiu-se a uma mudança de cor, de verde para amarelo.

Unexpectedly easy formation of alpha-seleno-carbonyl compounds from vinyl selenides

Seleno-carbonyl compounds are formed on reaction of seleninic acid or anhydride with vinyl selenides and vinyl sulphides.

The short-chain fatty acid acetate reduces appetite via a central homeostatic mechanism

Increased intake of dietary carbohydrate that is fermented in the colon by the microbiota has been reported to decrease body weight, although the mechanism remains unclear. Here we use in vivo11C-acetate and PET-CT scanning to show that colonic acetate crosses the blood–brain barrier and is taken up by the brain. Intraperitoneal acetate results in appetite suppression and hypothalamic neuronal activation patterning. We also show that acetate administration is associated with activation of acetyl-CoA carboxylase and changes in the expression profiles of regulatory neuropeptides that favour appetite suppression. Furthermore, we demonstrate through 13C high-resolution magic-angle-spinning that 13C acetate from fermentation of 13C-labelled carbohydrate in the colon increases hypothalamic 13C acetate above baseline levels. Hypothalamic 13C acetate regionally increases the 13C labelling of the glutamate–glutamine and GABA neuroglial cycles, with hypothalamic 13C lactate reaching higher levels than the ‘remaining brain’. These observations suggest that acetate has a direct role in central appetite regulation.

Effect of Short-Chain Fatty Acid Acetate on Colon Cancer

Acetate is a short chain fatty acid produced as a result of fermentation of ingested fibers by the gut microbiota. While it has been shown to reduce cell proliferation in some cancer cell lines1,2, more recent studies on liver3 and brain4 tumours suggest that acetate may actually promote tumour growth. Acetate in the cell is normally converted into acetyl-coA by two enzymes and metabolized; mitochondrial (ACSS1) and cytosolic (ACSS2) acetyl-coA synthetase. In the mitochondria acetyl-coA is utilized in the TCA cycle. In the cytosol it is utilized in lipid synthesis. In this study, the effect of acetate treatment on the growth of HT29 colon cancer cell line and its mechanism of action was assessed. HT29 human colorectal adenocarcinoma cells were treated with 10mM NaAc and cell viability, cellular bioenergetics and gene expression were investigated. Cell viability was assessed 24 hours after treatment using an MTT assay (Sigma, UK, n=8). Cellular oxygen consumption rate (OCR) and extracellular acidification rate (ECAR) was measured by XFe Analyzer (Seahorse Bioscience, USA). After a baseline reading cells were treated and OCR and ECAR measurements were observed for 18 hours (n=4). Total mRNA was isolated 24 hours after treatment using RNeasy kit (Qiagen, USA). Quantitative PCR reactions were performed using Taqman gene expression assays and Taqman Universal PCR Master Mix (ThermoFisher Scientific, UK) on Applied Biosystems 7500 Fast Real-Time PCR System (Life Technologies, USA) and analysed using ΔΔCt method (n=3). Acetate treatment led to a significant reduction in cell viability (15.9%, Figure 1). OCR, an indicator of oxidative phosphorylation, was significantly increased (p<0.0001) while ECAR, an indicator of glycolysis, was significantly reduced (p<0.0001, Figure 2). Gene expression of ACSS1 was increased by 1.7 fold of control (p=0.07) and ACSS2 expression was reduced to 0.6 fold of control (p=0.06, Figure 3). In conclusion, in colon cancer cells acetate supplementation induces cell death and increases oxidative capacity. These changes together with the trending decrease in ACSS2 expression suggest suppression of lipid synthesis pathways. We hypothesize that the reduced tumor growth by acetate is a consequence of the suppression of ACSS2 and lipid synthesis, both effects reported previously to reduce tumor growth3–5. These effects clearly warrant further investigation.

Molecularly-Imprinted Materials for Potentiometric Transduction: Application to the Antibiotic Enrofloxacin

Enrofloxacin (ENR) is an antimicrobial used both in humans and in food producing species. Its control is required in farmed species and their surroundings in order to reduce the prevalence of antibiotic resistant bacteria. Thus, a new biomimetic sensor enrofloxacin is presented. An artificial host was imprinted in specific polymers. These were dispersed in 2-nitrophenyloctyl ether and entrapped in a poly(vinyl chloride) matrix. The potentiometric sensors exhibited a near-Nernstian response. Slopes expressing mV/Δlog([ENR]/M) varied within 48–63. The detection limits ranged from 0.28 to 1.01 µg mL−1. Sensors were independent from the pH of test solutions within 4–7. Good selectivity was observed toward potassium, calcium, barium, magnesium, glycine, ascorbic acid, creatinine, norfloxacin, ciprofloxacin, and tetracycline. In flowing media, the biomimetic sensors presented good reproducibility (RSD of ± 0.7%), fast response, good sensitivity (47 mV/Δlog([ENR]/M), wide linear range (1.0 × 10−5–1.0 × 10−3 M), low detection limit (0.9 µg mL−1), and a stable baseline for a 5 × 10−2 M acetate buffer (pH 4.7) carrier. The sensors were used to analyze fish samples. The method offered the advantages of simplicity, accuracy, and automation feasibility. The sensing membrane may contribute to the development of small devices allowing in vivo measurements of enrofloxacin or parent-drugs.

Metabolic and respiratory effects of infused sodium acetate in healthy human subjects.

The metabolic and respiratory effects of intravenous 0.5 M sodium acetate (at a rate of 2.5 mmol/min during 120 min) were studied in nine normal human subjects. O2 consumption (VO2) and CO2 production (VCO2) were measured continuously by open-circuit indirect calorimetry. VO2 increased from 251 +/- 9 to 281 +/- 9 ml/min (P < 0.001), energy expenditure increased from 4.95 +/- 0.17 kJ/min baseline to 5.58 +/- 0.16 kJ/min (P < 0.001), and VCO2 decreased nonsignificantly (211 +/- 7 ml/min vs. 202 +/- 7 ml/min, NS). The extrapulmonary CO2 loss (i.e., bicarbonate generation and excretion) was estimated at 48 +/- 5 ml/min. This observation is consistent with 1 mol of bicarbonate generated from 1 mol of acetate metabolized. Alveolar ventilation decreased from 3.5 +/- 0.2 l/min basal to 3.1 +/- 0.2 l/min (P < 0.001). The minute ventilation (VE) to VO2 ratio decreased from 22.9 +/- 1.3 to 17.6 +/- 0.9 l/l (P < 0.005), arterial PO2 decreased from 93.2 +/- 1.9 to 78.7 +/- 1.6 mmHg (P < 0.0001), arterial PCO2 increased from 39.2 +/- 0.7 to 42.1 +/- 1.1 mmHg (P < 0.0001), pH from 7.40 +/- 0.005 to 7.50 +/- 0.007 (P < 0.005), and arterial bicarbonate concentration from 24.2 +/- 0.7 to 32.9 +/- 1.1 (P < 0.0001). These observations indicate that sodium acetate infusion results in substantial extrapulmonary CO2 loss, which leads to a relative decrease of total and alveolar ventilation.

In vivo enzymatic activity of acetylCoA synthetase in skeletal muscle revealed by 13C turnover from hyperpolarized [1-13C]acetate to [1-13C]acetylcarnitine

BACKGROUND: Acetate metabolism in skeletal muscle is regulated by acetylCoA synthetase (ACS). The main function of ACS is to provide cells with acetylCoA, a key molecule for numerous metabolic pathways including fatty acid and cholesterol synthesis and the Krebs cycle. METHODS: Hyperpolarized [1-(13)C]acetate prepared via dissolution dynamic nuclear polarization was injected intravenously at different concentrations into rats. The (13)C magnetic resonance signals of [1-(13)C]acetate and [1-(13)C]acetylcarnitine were recorded in vivo for 1min. The kinetic rate constants related to the transformation of acetate into acetylcarnitine were deduced from the 3s time resolution measurements using two approaches, either mathematical modeling or relative metabolite ratios. RESULTS: Although separated by two biochemical transformations, a kinetic analysis of the (13)C label flow from [1-(13)C]acetate to [1-(13)C]acetylcarnitine led to a unique determination of the activity of ACS. The in vivo Michaelis constants for ACS were KM=0.35±0.13mM and Vmax=0.199±0.031μmol/g/min. CONCLUSIONS: The conversion rates from hyperpolarized acetate into acetylcarnitine were quantified in vivo and, although separated by two enzymatic reactions, these rates uniquely defined the activity of ACS. The conversion rates associated with ACS were obtained using two analytical approaches, both methods yielding similar results. GENERAL SIGNIFICANCE: This study demonstrates the feasibility of directly measuring ACS activity in vivo and, since the activity of ACS can be affected by various pathological states such as cancer or diabetes, the proposed method could be used to non-invasively probe metabolic signatures of ACS in diseased tissue.