Chemical, biochemical, and molecular characterization of a low vindoline Catharanthus roseus mutant.

The Madagascar periwinkle (Catharanthus roseus) is the sole source of the anticancer drug vinblastine, which is formed via the coupling of monoterpenoid indole alkaloids (MIAs) catharanthine and vindoline. A mutant line of C. roseus (M2-1865) with an altered MIA profile was identified in a screen of 4000 M2 lines generated by ethylmethanesulfonate (EMS) chemical mutagenesis. While this line did not accumulate vinblastine due to reduced levels of vindoline within the leaves, significant levels of 2,3-epoxide derivatives of tabersonine accumulated on the leaf surface. Detailed nucleotide, amino acid, and enzyme activity analyses of tabersonine 3-reductase in the M2-1865 line showed that a single amino acid substitution (H189Y) diminished the biochemical activity of T3R by 95%. Genetic crosses showed the phenotype to be recessive, exhibiting standard Mendelian single-gene inheritance. The usefulness of EMS mutagenesis in elucidating MIA biosynthesis is highlighted by the results of this study.

Synthèse totale de la lépadine B : plate-forme pour la découverte de nouvelles tranformations chimiques

Dans ce document, serons détaillées les résultats de mes travaux de recherche d’études doctorales. Tout d’abord, nous discuterons de la synthèse totale de la lépadine B, la plus courte à paraître dans la littérature à ce jour. Cette synthèse, en plus de valoriser la synthèse asymétrique de pipéridines poly-substituées développée par l’équipe du professeur Charette, mettra à profit une utilisation originale d’une séquence de fermeture-ouverture de cycle par la réaction de métathèse d’alcènes. De plus, nous détaillerons une brève étude mécanistique de cette dernière nous ayant permis la proposition d’un mécanisme peu commun de ce type de séquence réactionnel et dont les conséquences expérimentales sont impressionnantes. Au cours de cette synthèse, nous avons identifié un synthon d’une grande valeur synthétique. En effet, ne comportant pas moins que quatre centres chiraux, ce synthon pouvait être obtenu énantiopure en seulement trois étapes à partir de la pyridine. Ainsi, nous avons effectué une analyse structurale de ce synthon et avons envisagé une valorisation supplémentaire par une utilisation originale de la fragmentation de Grob. Dans ce contexte, nous avons développé une toute nouvelle synthèse de pipéridines 2,3,6-trisubstituées hautement régio- et diastéréosélective. Afin de pouvoir réaliser la précédente méthodologie, nous avons dû étudier la réduction d’une amide en présence de groupements fonctionnels sensibles dans les conditions usuelles. Heureusement, l’année précédente nous avions développée une réaction hautement chimiosélective d’amides tertaires. Cette nouvelle réaction, qui a été fondamentalement inspiré par une méthodologie du professeur Charette sur l’activation d’amides, a permis la réduction d’amides tertiaires en présence de fonctions telles les cétone, ester, nitrile, époxyde, insaturations, etc. Enfin, l’ensemble des connaissances acquises au cours de ces projets a permis l’élaboration d’une toute nouvelle stratégie de synthèse pour la préparation d’indolizidines et quinolizidines. Plus spécifiquement, nous avons développé la première séquence d’activation intramoléculaire et déaromatization asymétrique de la pyridine. Ceci permet d’avoir un accès aux squelettes indolizidine et quinolizidine avec des stéréosélectivités élevées, la nature insaturée de ces derniers laissant également place à une grande flexibilité synthétique. Dans ce contexte, nous allons détailler une très courte synthèse de trans-indolizidines.

Synthèse totale de la pactamycine et d’une sélection d’analogues, progrès vers la synthèse totale de la daphniglaucine C et brève étude d’une transposition allylique réductrice

Il y a plus de cinquante ans, la pactamycine a été isolée en tant qu’agent antitumoral potentiel. Il a été réalisé plus tard qu’il s’agissait en fait d’un agent antibactérien capable d’inhiber la synthèse de protéines lors du procédé de traduction. Récemment, il a même été démontré que certains de ses analogues possèdent des propriétés antiprotozoaires prometteuses. La présente thèse détaille la première synthèse totale de la pactamycine, entreprise au sein du groupe Hanessian, ainsi que la préparation d’une sélection d’analogues testés pour leurs propriétés biologiques. En outre, la daphniglaucine C appartient à une vaste famille de composés naturels isolés des feuilles du daphniphyllum au cours des dix dernières années. Bien que relativement peu d’information soit connue par rapport à l’activité biologique de la daphniglaucine C, la synthèse de celle-ci représente certainement un défi intéressant pour un chimiste organicien. Au passage, nos efforts vers la synthèse totale du composé cible auront permis d’explorer l’emploi de plusieurs méthodes en vue de la formation de centres quaternaires. De plus, un réarrangement réductif atypique, catalysé au palladium à partir d’alcools allyliques non-activés, a été étudié et employé afin de générer une sélection de pyrrolidines polysubstituées.

Synthèse stéréosélective de pipéridines et activation électrophile chimiosélective d’amides en présence de dérivés de la pyridine

L’importance des produits naturels dans le développement de nouveaux médicaments est indéniable. Malheureusement, l’isolation et la purification de ces produits de leurs sources naturelles procure normalement de très faibles quantités de molécules biologiquement actives. Ce problème a grandement limité l’accès à des études biologiques approfondies et/ou à une distribution sur une grande échelle du composé actif. Par exemple, la famille des pipéridines contient plusieurs composés bioactifs isolés de sources naturelles en très faible quantité (de l’ordre du milligramme). Pour pallier à ce problème, nous avons développé trois nouvelles approches synthétiques divergentes vers des pipéridines polysubstituées contenant une séquence d’activation/désaromatisation d’un sel de pyridinium chiral et énantioenrichi. La première approche vise la synthèse de pipéridines 2,5-disubstituées par l’utilisation d’une réaction d’arylation intermoléculaire sur des 1,2,3,4-tétrahydropyridines 2-substituées. Nous avons ensuite développé une méthode de synthèse d’indolizidines et de quinolizidines par l’utilisation d’amides secondaires. Cette deuxième approche permet ainsi la synthèse formelle d’alcaloïdes non-naturels à la suite d’une addition/cyclisation diastéréosélective et régiosélective sur un intermédiaire pyridinium commun. Finalement, nous avons développé une nouvelle approche pour la synthèse de pipéridines 2,6-disubstituées par l’utilisation d’une réaction de lithiation dirigée suivie d’un couplage croisé de Negishi ou d’un parachèvement avec un réactif électrophile. Le développement de transformations chimiosélectives et versatiles est un enjeu crucial et actuel pour les chimistes organiciens. Nous avons émis l’hypothèse qu’il serait possible d’appliquer le concept de chimiosélectivité à la fonctionnalisation d’amides, un des groupements le plus souvent rencontrés dans la structure des molécules naturelles. Dans le cadre précis de cette thèse, des transformations chimiosélectives ont été réalisées sur des amides secondaires fonctionnalisés. La méthode repose sur l’activation de la fonction carbonyle par l’anhydride triflique en présence d’une base faible. Dans un premier temps, l’amide ainsi activé a été réduit sélectivement en fonction imine, aldéhyde ou amine en présence d’hydrures peu nucléophiles. Alternativement, un nucléophile carboné a été employé afin de permettre la synthèse de cétones ou des cétimines. D’autre part, en combinant un amide et un dérivé de pyridine, une réaction de cyclisation/déshydratation permet d’obtenir les d’imidazo[1,5-a]pyridines polysubstituées. De plus, nous avons brièvement appliqué ces conditions d’activation au réarrangement interrompu de type Beckmann sur des cétoximes. Une nouvelle voie synthétique pour la synthèse d’iodures d’alcyne a finalement été développée en utilisant une réaction d’homologation/élimination en un seul pot à partir de bromures benzyliques et allyliques commercialement disponibles. La présente méthode se distincte des autres méthodes disponibles dans la littérature par la simplicité des procédures réactionnelles qui ont été optimisées afin d’être applicable sur grande échelle.

Progrès vers la synthèse totale de la calyciphylline B

Les alcaloïdes Daphniphyllum constituent une vaste famille de produits naturels isolés à partir de plantes à feuillage persistant couramment utilisés dans la médecine chinoise traditionnelle. Ils affichent une gamme impressionnante d'activités biologiques; antipyrétique, anti-inflammatoire, antioxydant et même anticancéreux. La calyciphylline B appartient à cette famille et possède un motif original comprenant sept stéréocentres adjacents, dont un stéréocentre quaternaire tout carbone, avec un échafaudage hexacyclique. Sa structure a été déterminée par données spectroscopiques, plus précisément par des techniques de RMN 2D. Malgré le peu d'information sur son activité biologique, sa synthèse représente sans le moindre doute un grand défi pour les chimistes organiciens. Le groupe de recherche du Prof. Hanessian a entrepris la synthèse totale de la calyciphylline B en 2010, laquelle est toujours en cours. Une nouvelle approche a été développée pour la préparation d'un intermédiaire azabicyclo[3.3.0]octane avancé. Ce mémoire résume les travaux de recherche de l'auteur sur les progrès réalisés pour la voie alternative élaborée par le groupe du prof. Hanessian. Le travail effectué comprend la formation d'un stéréocentre quaternaire, l'alkylation d'un énolate sur un triflate d'alkyle secondaire, une réduction diastéréosélective, une cyclisation réductrice ainsi qu'une oxydation de Wacker régiosélective.

Microtubule disrupting N-phenyl-N’-(2-chloroethyl) ureas display anticancer activity on cell adhesion, P-glycoprotein and BCL-2-mediated drug resistance.

Objective: Our research program has focused on the development of promising, soft alkylating N-phenyl-N’-(2-chloroethyl)urea (CEU) compounds which acylate the glutamic acid-198 of β-tubulin, near the binding site of colchicum alkaloids. CEUs inhibit the motility of cancerous cells in vitro and, interestingly, exhibit antiangiogenic and anticancer activity in vivo. Mitotic arrest induced by microtubule-interfering agents such as CEUs remains the major mechanism of their anticancer activity, leading to apoptosis. However, we recently demonstrated that microtubule disruption by CEUs and other common antimicrotubule agents greatly alters the integrity and organization of microtubule-associated structures, the focal adhesion contact, thereby initiating anoikis, an apoptosis-like cell death mechanism caused by the loss of cell contact with the extracellular matrix. Methods: To ascertain the activated signaling pathway profile of CEUs, flow cytometry, Western blot, immunohistochemistry and transfection experiments were performed. Wound-healing and chick embryo assays were carried out to evaluate the antiangiogenic potency of CEUs. Results: CEU-induced apoptosis involved early cell cycle arrest in G2/M and increased level of CDK1/cycline B proteins. These signaling events were followed by the specific activation of the intrinsic apoptosis pathway, involving loss of mitochondrial membrane potential (Δψm) and ROS production, cytochrome c release from mitochondria, caspase activation, AIF nuclear translocation, PARP cleavage and nuclear fragmentation. CEUs maintained their efficacy on cells plated on pro-survival extracellular matrices or exhibiting overexpression of P-glycoprotein or the anti-apoptotic protein Bcl-2. Conclusion: Our results suggest that CEUs represent a promising new class of antimicrotubule, antiangiogenic and pro-anoikis agents.

In vivo screening of mangrove plants for anti WSSV activity in Penaeus monodon, and evaluation of Ceriops tagal as a potential source of antiviral molecules

The objective of the study was to find out a natural way to fight white spot syndrome virus (WSSV) in cultured shrimps, as the present scenario necessitated an organic remedy for the devastating pathogen in crustaceans. Under this research programme seven mangrove plants were collected, identified and aqueous extracts screened for their protective effect on the giant tiger shrimp Penaeus monodon against WSSV. The experimental design consisted two modes of application, such as exposure of the virus to the extract and injection challenge, and oral administration of the extract coated feed followed by oral challenge. All experimental animals were monitored through a nested diagnostic PCR analysis. Of the seven mangrove extracts screened aqueous extract from Ceriops tagal imparted total protection to shrimp from WSSV when challenged by both methods. Shrimps administered with the aqueous extract from C. tagal were devoid of virions. The HPLC fingerprint of the aqueous extracts from C. tagal showed more than 25 peaks and 7 of them were larger and well separated. Preliminary phytochemical analysis revealed the presence of alkaloids, flavonoids, polyphenolics, cardiac glycosides, saponins and sterols. The study indicated suitability of the aqueous extract of C. tagal as a possible prophylaxis for WSSV infection in shrimp. This is the first report on the anti WSSV property of the mangrove plant C. tagal

In vivo screening of mangrove plants for anti WSSV activity in Penaeus monodon, and evaluation of Ceriops tagal as a potential source of antiviral molecules

The objective of the study was to find out a natural way to fight white spot syndrome virus (WSSV) in cultured shrimps, as the present scenario necessitated an organic remedy for the devastating pathogen in crustaceans. Under this research programme seven mangrove plants were collected, identified and aqueous extracts screened for their protective effect on the giant tiger shrimp Penaeus monodon against WSSV. The experimental design consisted two modes of application, such as exposure of the virus to the extract and injection challenge, and oral administration of the extract coated feed followed by oral challenge. All experimental animals were monitored through a nested diagnostic PCR analysis. Of the seven mangrove extracts screened aqueous extract from Ceriops tagal imparted total protection to shrimp from WSSV when challenged by both methods. Shrimps administered with the aqueous extract from C. tagal were devoid of virions. The HPLC fingerprint of the aqueous extracts from C. tagal showed more than 25 peaks and 7 of them were larger and well separated. Preliminary phytochemical analysis revealed the presence of alkaloids, flavonoids, polyphenolics, cardiac glycosides, saponins and sterols. The study indicated suitability of the aqueous extract of C. tagal as a possible prophylaxis for WSSV infection in shrimp. This is the first report on the anti WSSV property of the mangrove plant C. tagal

Synteza analogów nukleozydów i pronukleotydów z zastosowaniem reakcji Huisgena katalizowanej jonami miedzi(I) oraz badania ich aktywności biologicznej

Wydział Chemii: Pracownia Chemii Nukleozydów i Nukleotydów

A new class of ammonium ylid for [2,3]-sigmatropic rearrangement reactions: ene-endo-spiro ylids

The first examples of sigmatropic rearrangements of ene-endo-spirocyclic, tetrahydropyridine-derived ammonium ylids are reported. Thus, spiro[6.7]-ylids rearrange primarily by a [2,3]-pathway, whereas the analogous [6.6]-ylids rearrange by [1,2]- and [2,3]-mechanisms in roughly equal proportions. This method serves as a rapid entry to the core of a range of alkaloids bearing a pyrrolo[1,2-a]azepine or octahydroindolizidine nucleus.

Comparison of the antidiabetic activity of Berberis lyceum root extract and berberine in alloxan-induced diabetic rats

Berberine has been shown to have hypoglycaemic activity in several in vitro and in vivo models, although the mechanism of action is not fully known. Berberis lyceum Royle root produces high concentrations of berberine, and in traditional medicine, the whole extract of this plant is used widely to treat diabetes. The antidiabetic activity of the ethanol root extract of Berberis lyceum was compared with pure berberine in normal and alloxan-diabetic rats using similar doses of each. The concentration of berberine in the extract was determined to be 80% dry weight with only trace amounts of other alkaloids present. The purpose of the study was to investigate the effects of berberine and a whole extract of Berberis lyceum on blood glucose and other parameters associated with diabetes, to compare the effects of the crude extract with those of pure berberine and thus validate its use as a therapeutic agent, and finally to identify any contribution of the other components of the extract to these effects. Oral administration of 50 mg/kg of Berberis extract and berberine to normal and experimental diabetic rats produced a significant (p < 0.05) reduction in blood glucose levels from days 3-7 days of treatment. Significant effects were also observed on the glucose tolerance, glycosylated haemoglobin, serum lipid profiles and body weight of experimental animals. Berberis extract and berberine demonstrated similar effects on all parameters measured, and although the extract was comparable in efficacy to berberine, it did not produce any effects additional to those shown by pure berberine. The results support the use of the extract in traditional medicine, and demonstrate that apart from being a highly cost-effective means of treating with berberine, the total extract does not appear to confer any additional benefits or disadvantages compared with the pure compound. Copyright (c) 2008 John Wiley & Sons, Ltd.

Influence of sugar type on the bioavailability of cocoa flavanols.

The beneficial effects of cocoa on vascular function are mediated by the absorption of monomeric flavanols into the circulation from the small intestine. As such, an understanding of the impact of the food matrix on the delivery of flavanols to the circulation is critical in assessing the potential vascular impact of a food. In the present study, we investigated the impact of carbohydrate type on flavanol absorption and metabolism from chocolate. A randomised, double-blind, three-arm cross-over study was conducted, where fifteen volunteers were randomly assigned to either a high-flavanol (266 mg) chocolate containing maltitol, a high-flavanol (251 mg) chocolate with sucrose or a low-flavanol (48 mg) chocolate with sucrose. Test chocolates were matched for micro- and macronutrients, including the alkaloids theobromine and caffeine, and were similar in taste and appearance. Total flavanol absorption was lower after consumption of the maltitol-containing test chocolate compared with following consumption of its sucrose-containing equivalent (P = 0·002). Although the O-methylation pattern observed for absorbed flavanols was unaffected by sugar type, individual levels of unmethylated ( - )-epicatechin metabolites, 3'-O-methyl-epicatechin and 4'-O-methyl-epicatechin metabolites were lower for the maltitol-containing test chocolate compared with the sucrose-containing equivalent. Despite a reduction in the total plasma pool of flavanols, the maximum time (T max) was unaffected. The present data indicate that full assessment of intervention treatments is vital in future intervention trials with flavanols and that carbohydrate content is an important determinant for the optimal delivery of flavanols to the circulation.

Plant-symbiotic fungi as chemical engineers: multi-genome analysis of the Clavicipitaceae reveals dynamics of alkaloid Loci

The fungal family Clavicipitaceae includes plant symbionts and parasites that produce several psychoactive and bioprotective alkaloids. The family includes grass symbionts in the epichloae clade (Epichloë and Neotyphodium species), which are extraordinarily diverse both in their host interactions and in their alkaloid profiles. Epichloae produce alkaloids of four distinct classes, all of which deter insects, and some—including the infamous ergot alkaloids—have potent effects on mammals. The exceptional chemotypic diversity of the epichloae may relate to their broad range of host interactions, whereby some are pathogenic and contagious, others are mutualistic and vertically transmitted (seed-borne), and still others vary in pathogenic or mutualistic behavior. We profiled the alkaloids and sequenced the genomes of 10 epichloae, three ergot fungi (Claviceps species), a morning-glory symbiont (Periglandula ipomoeae), and a bamboo pathogen (Aciculosporium take), and compared the gene clusters for four classes of alkaloids. Results indicated a strong tendency for alkaloid loci to have conserved cores that specify the skeleton structures and peripheral genes that determine chemical variations that are known to affect their pharmacological specificities. Generally, gene locations in cluster peripheries positioned them near to transposon-derived, AT-rich repeat blocks, which were probably involved in gene losses, duplications, and neofunctionalizations. The alkaloid loci in the epichloae had unusual structures riddled with large, complex, and dynamic repeat blocks. This feature was not reflective of overall differences in repeat contents in the genomes, nor was it characteristic of most other specialized metabolism loci. The organization and dynamics of alkaloid loci and abundant repeat blocks in the epichloae suggested that these fungi are under selection for alkaloid diversification. We suggest that such selection is related to the variable life histories of the epichloae, their protective roles as symbionts, and their associations with the highly speciose and ecologically diverse cool-season grasses.

New furoquinoline alkaloid and flavanone glycoside derivatives from the leaves of Oricia suaveolens and Oricia renieri (Rutaceae)

Fractionation of the methanol extract of the leaves of Oricia renieri and Oricia suaveolens (Rutaceae) led to the isolation of 13 compounds including the hitherto unknown furoquinoline alkaloid named 6,7-methylenedioxy-5-hydroxy-8-methoxydictamnine (1) and a flavanone glycoside named 5-hydroxy-40-methoxy-7-O-[a-Lrhamnopyranosyl(1000→500)-b-D-apiofuranosyl]-flavanoside (2), together with 11 known compounds (3–13). The structures of the compounds were determined by comprehensive analyses of their 1D and 2D NMR, mass spectral data and comparison. All compounds isolated were examined for their activity against human carcinoma cell lines. The alkaloids 1, 5, 12, 13 and the phenolic 2, 8, 11 tested compounds exhibited non-selective moderate cytotoxic activity with IC50 8.7–15.9mM whereas compounds 3, 4, 6, 7, 9 and 10 showed low activity.

Cupreines and cupreidines: an established class of bifunctional cinchona organocatalysts

Cinchona alkaloids with a free 6'-OH functionality are being increasingly used within asymmetric organocatalysis. This fascinating class of bifunctional catalyst offers a genuine alternative to the more commonly used thiourea systems and because of the different spacing between the functional groups, can control enantioselectivity where other organocatalysts have failed. In the main, this review covers the highlights from the last five years and attempts to show the diversity of reactions that these systems can control. It is hoped that chemists developing asymmetric methodologies will see the value in adding these easily accessible, but underused organocatalysts to their screens.