Solid phase synthesis of Smac/DIABLO-derived peptides using a 'Safety-Catch' resin:Identification of potent XIAP BIR3 antagonists

The N-terminal sequence of the Smac/DIABLO protein is known to be involved in binding to the BIR3 domain of the anti-apoptotic proteins IAPs, antagonizing their action. Short peptides and peptide mimetics based on the first 4-residues of Smac/DIABLO have been demonstrated to re-sensitize resistant cancer cells, over-expressing IAPs, to apoptosis. Based on the well-defined structural basis for this interaction, a small focused library of C-terminal capped Smac/DIABLO-derived peptides was designed in silico using docking to the XIAP BIR3 domain. The top-ranked computational hits were conveniently synthesized employing Solid Phase Synthesis (SPS) on an alkane sulfonamide 'Safety-Catch' resin. This novel approach afforded the rapid synthesis of the target peptide library with high flexibility for the introduction of various C-terminal amide-capping groups. The library members were obtained in high yield (>65%) and purity (>85%), upon nucleophilic release from the activated resin by treatment with various amine nucleophiles. In vitro caspase-9 activity reconstitution assays of the peptides in the presence of the recombinant BIR3-domain of human XIAP (500nM) revealed N-methylalanyl-tertiarybutylglycinyl-4-(R)-phenoxyprolyl-N-biphenylmethyl carboxamide (11a) to be the most potent XIAP BIR3 antagonist of the series synthesized inducing 93% recovery of caspase-9 activity, when used at 1µM concentration. Compound (11a) also demonstrated moderate cytotoxicity against the breast cancer cell lines MDA-MB-231 and MCF-7, compared to the Smac/DIABLO-derived wild-type peptide sequences that were totally inactive in the same cell lines.

Advanced glycation end products and diabetic retinopathy

Diabetic retinopathy (DR) has a complex pathogenesis which is impacted by a raft of systemic abnormalities and tissue-specific alterations occurring in response to the diabetes milieu. Many pathogenic processes play key roles in retinal damage in diabetic patients. One such pathway is the formation and accumulation of advanced glycation endproducts (AGEs) and advanced lipoxidation end products (ALEs) which are relevant modifications with roles in the initiation and progression of pathology. In this review, AGE/ALE formation in the diabetic retina is discussed alongside their impact on retinal cell function. In addition, various inhibitors of the AGE-RAGE system and their therapeutic utility for DR will also be evaluated.

Novel GlyT1 inhibitor chemotypes by scaffold hopping. Part 2: Development of a [3.3.0]-based series and other piperidine bioisosteres

This Letter describes the development and SAR of a novel series of GlyT1 inhibitors derived from a scaffold hopping approach, in lieu of an HTS campaign, which provided intellectual property position. Members within this new [3.3.0]​-​based series, e.g. I, displayed excellent GlyT1 potency, selectivity, free fraction, and modest CNS penetration. Moreover, enantioselective GlyT1 inhibition was obsd., within this novel series and a no. of other piperidine bioisosteric cores.

Novel GlyT1 inhibitor chemotypes by scaffold hopping. Part 1: Development of a potent and CNS penetrant [3.1.0]-based lead

This Letter describes the development and SAR of a novel series of GlyT1 inhibitors derived from a scaffold hopping approach that provided a robust intellectual property position, in lieu of a traditional, expensive HTS campaign. Members within this new [3.1.0]​-​based series displayed excellent GlyT1 potency, selectivity, free fraction, CNS penetration and efficacy in a preclin. model of schizophrenia (prepulse inhibition)​.

P3 SAR exploration of biphenyl carbamate based Legumain inhibitors

This Letter describes the further development and SAR exploration of a novel series of Legumain inhibitors. Based upon a previously identified Legumain inhibitor from our group, we explored the SAR of the carbamate phenyl ring system to probe the P3 pocket of the enzyme. This led to the identification of a sub-nanomolar inhibitor of Legumain.



Graphical abstract

Flat SAR of P3-methylsulphonamide based small molecule legumain inhibitors

This letter describes the design, development and SAR exploration of a novel series of small legumain inhibitors. The SAR of a new small molecule legumain inhibitor chemotype was explored and found to have improved physiochemical properties compared to previously developed inhibitors within our group. However, further development of this series was found to be limited as the SAR was observed to be relatively flat.

Development of a potent and selective cell penetrant Legumain inhibitor

This Letter describes the continued SAR exploration of small molecule Legumain inhibitors with the aim of developing a potent and selective in vitro tool compound. Work continued in this Letter explores the use of alternative P2-P3 linker units and the P3 group SAR which led to the identification of 10t, a potent, selective and cellularly active Legumain inhibitor. We also demonstrate that 10t has activity in both cancer cell viability and colony formation assays.

Probing a 3,4'-bis-guanidinium diaryl derivative as an allosteric inhibitor of the Ras pathway

Mutations in the Ras-pathway occur in 40–45% of colorectal cancer patients and these are refractory to treatment with anti-EGFR-targeted therapies. With this in mind, we have studied novel guanidinium- based compounds with demonstrated ability to inhibit protein kinases. We have performed docking stud- ies with several proteins involved in the Ras-pathway and evaluated 3,40-bis-guanidinium derivatives as inhibitors of B-Raf. Compound 3, the most potent in this series, demonstrated strong cytotoxicity in WTB-Raf colorectal cancer cells and also cells with V600EB-Raf mutations. Cell death was induced by apop- tosis, detected by cleavage of PARP. Compound 3 also potently inhibited ERK1/2 signalling, inhibited EGFR activation, as well as Src, STAT3 and AKT phosphorylation. Mechanistically, compound 3 did not inhibit ATP binding to B-Raf, but direct assay of B-Raf activity was inhibited in vitro. Summarizing, we have identified a novel B-Raf type-III inhibitor that exhibits potent cellular cytotoxicity

Development of new approaches for the synthesis and decoding of one-bead one-compound cyclic peptide libraries

La plupart des processus cellulaires et biologiques reposent, à un certain niveau, sur des interactions protéine-protéine (IPP). Leur manipulation avec des composés chimiques démontre un grand potentiel pour la découverte de nouveaux médicaments. Malgré la demande toujours croissante en molécules capables d’interrompre sélectivement des IPP, le développement d’inhibiteurs d’IPP est fortement limité par la grande taille de la surface d’interaction. En considérant la nature de cette surface, la capacité à mimer des structures secondaires de protéines est très importante pour lier une protéine et inhiber une IPP. Avec leurs grandes capacités peptidomimétiques et leurs propriétés pharmacologiques intéressan-tes, les peptides cycliques sont des prototypes moléculaires de choix pour découvrir des ligands de protéines et développer de nouveaux inhibiteurs d’IPP. Afin d’exploiter pleinement la grande diversité accessible avec les peptides cycliques, l’approche combinatoire «one-bead-one-compound» (OBOC) est l’approche la plus accessible et puissante. Cependant, l’utilisation des peptides cycliques dans les chimiothèques OBOC est limitée par les difficultés à séquencer les composés actifs après le criblage. Sans amine libre en N-terminal, la dégradation d’Edman et la spectrométrie de masse en tandem (MS/MS) ne peuvent pas être utilisées. À cet égard, nous avons développé de nouvelles approches par ouverture de cycle pour préparer et décoder des chimiothèques OBOC de peptides cycliques. Notre stratégie était d’introduire un résidu sensible dans le macrocycle et comme ancrage pour permettre la linéarisation des peptides et leur largage des billes pour le séquençage par MS/MS. Tout d’abord, des résidus sensibles aux nucléophiles, aux ultraviolets ou au bromure de cyanogène ont été introduits dans un peptide cyclique et leurs rendements de clivage évalués. Ensuite, les résidus les plus prometteurs ont été utilisés dans la conception et le développement d’approches en tandem ouverture de cycle / clivage pour le décodage de chimiothèques OBOC de peptides cycliques. Dans la première approche, une méthionine a été introduite dans le macrocycle comme ancrage pour simultanément permettre l’ouverture du cycle et le clivage des billes par traitement au bromure de cyanogène. Dans la seconde approche, un résidu photosensible a été utilisé dans le macrocycle comme ancrage pour permettre l’ouverture du cycle et le clivage suite à une irradiation aux ultraviolets. Le peptide linéaire généré par ces approches peut alors être efficacement séquencé par MS/MS. Enfin, une chimiothèque OBOC a été préparée et criblée la protéine HIV-1 Nef pour identifier des ligands sélectifs. Le développement de ces méthodologies permttra l’utilisation de composés macrocycliques dans les chimiothèques OBOC et constitue une contribution importante en chimie médicinale pour la découverte de ligands de protéines et le développement d’inhibiteurs d’IPP.

Enhancing Macrocyclic Diterpenes as Multidrug-Resistance Reversers: Structure–Activity Studies on Jolkinol D Derivatives

The phytochemical study of Euphorbia piscatoria yielded jolkinol D (1) in a large amount, whose derivatization gave rise to 12 ester derivatives (2–13) and hydrolysis to compound 14. The in vitro modulation of P-gp of compounds 1–14 was evaluated through a combination of transport and chemosensitivity assays, using the L5178 mouse T lymphoma cell line transfected with the human MDR1 gene. Apart from jolkinol D, all derivatives (2–14) showed potential as MDR reversal agents. In this small library of novel bioactive macrocyclic lathyrane diterpene derivatives, designed to evaluate structure–activity relationships essential in overcoming multidrug resistance (MDR), some correlations between MDR reversal and molecular weight, accessible solvent areas, and octanol/water partition coefficient were identified that can contribute to the development of new selective P-gp reversal agents.

Squaric acid/4-aminoquinoline conjugates: novel potent antiplasmodial agents

We report the synthesis and structure–activity relationship (SAR) analysis of a series of hybrid compounds containing a squaric moiety conjugated with heterocyclic moieties from well-known antimalarials. This novel series of compounds presents improved antiplasmodial activity compared with the squaric derivatives described in our previous work. Three compounds, 8b (IC50 = 99 nM), 8c (IC50 = 95 nM), and 8d (IC50 = 105 nM) had greater in vitro potency than chloroquine 1 (IC50 = 140 nM) against chloroquine resistant Plasmodium falciparum. In addition, they were noncytotoxic against NIH 3T3 and Hek 293T cells.

Boronic acids as partners in multicomponent reactions

Tese de doutoramento, Farmácia (Química Farmacêutica e Terapêutica), Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2014

Antioxidant properties of hydroxycinnamic acids: a review of structure- activity relationships

Hydroxycinnamic acids (HCAs) are important phytochemicals possessing significant biological properties. Several investigators have studied in vitro antioxidant activity of HCAs in detail. In this review, we have gathered the studies focused on the structure-activity relationships (SARs) of these compounds that have used medicinal chemistry to generate more potent antioxidant molecules. Most of the reports indicated that the presence of an unsaturated bond on the side chain of HCAs is vital to their activity. The structural features that were reported to be of importance to the antioxidant activity were categorized as follows: modifications of the aromatic ring, which include alterations in the number and position of hydroxy groups and insertion of electron donating or withdrawing moieties as well as modifications of the carboxylic function that include esterification and amidation process. Furthermore, reports that have addressed the influence of physicochemical properties including redox potential, lipid solubility and dissociation constant on the antioxidant activity were also summarized. Finally, the pro-oxidant effect of HCAs in some test systems was addressed. Most of the investigations concluded that the presence of ortho-dihydroxy phenyl group (catechol moiety) is of significant importance to the antioxidant activity, while, the presence of three hydroxy groups does not necessarily improve the activity. Optimization of the structure of molecular leads is an important task of modern medicinal chemistry and its accomplishment relies on the careful assessment of SARs. SAR studies on HCAs can identify the most successful antioxidants that could be useful for management of oxidative stress-related diseases.

Development of novel benzimidazole- based COX Inhibitors new synthetic strategies and screening of heterocyclic structures

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Química, especialidade Química Orgânica

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.