Structural and functional Studies of angucycline tailoring enzymes

Polyketides are a diverse group of natural products produced in many bacteria, fungi and plants. These metabolites have diverse biological activities and several members of this group are in clinical use as antibiotics, anticancer agents, antifungals and immunosuppressants. The different polyketides are produced by polyketide synthases, which catalyze the condensation of extender units into various polyketide scaffolds. After the biosynthesis of the polyketide backbone, more versatility is created to the molecule by tailoring enzymes catalyzing for instance hydroxylations, methylations and glycosylations. Flavoprotein monooxygenases (FPMO) and short-chain alcohol dehydrogenases/reductases (SDR) are two enzyme families that catalyze unusual tailoring reactions in the biosynthesis of natural products. In the experimental section, functions of homologous FPMO and SDR tailoring enzymes from five different angucycline pathways were studied in vitro. The results revealed how different angucyclinones are produced from a common intermediate and that FPMO JadH and SDR LanV are responsible for the divergence of jadomycins and landomycins, respectively, from other angucyclines. Structural studies of these tailoring enzymes revealed differences between homologous enzymes and enabled the use of structure-based protein engineering. Mutagenesis experiments gave important information about the enzymes behind the evolution of distinct angucycline metabolites. These experiments revealed a correlation between the substrate inhibition and bi-functionality in JadH homologue PgaE. In the case of LanV, analysis of mutagenesis results revealed that the difference between the stereospecificities of LanV and its homologues CabV and UrdMred is unexpectedly related to the conformation of the substrate rather than to the structure of the enzyme. Altogether, the results presented here have improved our knowledge about different steps of angucycline biosynthesis and the reaction mechanisms used by the tailoring enzymes behind these steps. This information can hopefully be used to modify these enzymes to produce novel metabolites, which have new biological targets or possess novel modes-of-action. The understanding of these unusual enzyme mechanisms is also interesting to enzymologists outside the field of natural product research.

Développement de méthodes analytiques pour la détection et la quantification de traces de produits pharmaceutiques dans les eaux du fleuve Saint Laurent

Le présent projet vise à documenter la nécessité d’augmenter notre connaissance de la présence des contaminants organiques tels que les médicaments dans l’environnement et d’évaluer leur devenir environnemental. On a étudié la présence de composés pharmaceutiques dans différents échantillons d'eau. On a focalisé nos efforts spécialement sur les échantillons d'eau de l'usine d'épuration de la Ville de Montréal et ses effluents, les eaux de surface avoisinantes et l’eau du robinet dans la région de Montréal. Pour ce faire, on a tout d’abord développé deux méthodes analytiques automatisées basées sur la chromatographie liquide avec extraction en phase solide (SPE) couplée à la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem (LC-MS/MS). On a également étudié les performances des trois techniques d'ionisation à pression atmosphérique (API), pour ensuite les utiliser dans la méthode analytique développée. On a démontré que l'ionisation par électronébulisation (ESI) est une méthode d'ionisation plus efficace pour l'analyse des contaminants pharmaceutiques dans des échantillons de matrices très complexes comme les eaux usées. Une première méthode analytique SPE couplée à la LC-MS/MS a été développée et validée pour l'étude des échantillons complexes provenant de l'usine d'épuration de la Ville de Montréal et des eaux de surface près de l'usine. Cinq médicaments de prescription ont été étudiés: le bézafibrate (un régulateur de lipides), le cyclophosphamide et le méthotrexate (deux agents anticancéreux), l'orlistat (un agent anti-obésité) et l’énalapril (utilisé dans le traitement de l'hypertension). La plupart de ces drogues sont excrétées par le corps humain et rejetées dans les eaux usées domestiques en faisant par la suite leur chemin vers les usines municipales de traitement des eaux usées. On a pu démontrer qu'il y a un faible taux d’élimination à l'usine d'épuration pour le bézafibrate et l'énalapril. Ces deux composés ont aussi été détectés dans les eaux de surface sur un site à proximité immédiate de la décharge de l’effluent de la station d'épuration. i En observant la nécessité de l'amélioration des limites de détection de la première méthode analytique, une deuxième méthode a été développée. Pour la deuxième méthode, un total de 14 contaminants organiques, incluant trois agents anti-infectieux (clarithromycin, sulfaméthoxazole et triméthoprime), un anticonvulsant (carbamazépine) et son produit de dégradation (10,11-dihydrocarbamazépine), l'agent antihypertensif (enalapril), deux antinéoplastiques utilisés en chimiothérapie (cyclophosphamide et méthotrexate), des herbicides (atrazine, cyanazine, et simazine) et deux produits de transformation de l’atrazine (deséthylatrazine et déisopropylatrazine) ainsi qu’un agent antiseptique (triclocarban). Ces produits ont été quantifiés dans les eaux de surface ainsi que dans l’eau du robinet. L'amélioration des limites de détection pour cette méthode a été possible grâce à la charge d'un volume d'échantillon supérieur à celui utilisé dans la première méthode (10 mL vs 1 mL). D'autres techniques de confirmation, telles que les spectres des ions produits utilisant une pente d’énergie de collision inverse dans un spectromètre de masse à triple quadripôle et la mesure des masses exactes par spectrométrie de masse à temps d’envol, ont été explorées. L'utilisation d'un analyseur de masse à temps d’envol a permis la confirmation de 6 des 14 analytes. Finalement, étant donné leur haute toxicité et pour évaluer leur persistance et leur transformation au niveau du traitement des eaux potables, la cinétique d'oxydation du cyclophosphamide et de méthotrexate avec l'ozone moléculaire et des radicaux OH a été étudiée. Les constantes de dégradation avec l'ozone moléculaire ont été calculées et la qualité de l'eau après traitement a pu être évaluée. Le rendement du processus d'ozonation a été amélioré pour la cyclophosphamide dans les eaux naturelles, en raison de la combinaison de réactions directes et indirectes. Cette étude a montré que l'ozone est très efficace pour oxyder le méthotrexate mais que le cyclophosphamide serait trop lent à s’oxyder pour un traitement efficace aux conditions usuelles de traitement de l’eau potable.

Étude préclinique de nouveaux médicaments inhibiteurs de PARP et Bcl-2 dans le neuroblastome

Le neuroblastome (NB) est la tumeur solide extracranienne la plus fréquente chez le jeune enfant. En dépit de plusieurs avancements thérapeutiques, seulement 60% survivront à long terme. Cette résistance aux traitements est possiblement due, en partie, à la présence des cellules souches cancéreuses (CSC). PARP-1 joue un rôle important dans la chimiorésistance de certaines tumeurs et son inhibition a montré une potentialisation des agents anticancéreux conventionnels. De plus, Bcl-2 est surexprimé dans le NB et son expression accrue contribuerait à la résistance à la chimiothérapie. Le but de notre travail était de déterminer les effets in vitro d’un PARP inhibiteur, AG-014699 (AG), et d’un inhibiteur de Bcl-2, Obatoclax (Obx), in vitro et in vivo, en monothérapie ou en combinaison avec de la Doxorubicine (Doxo) ou du Cisplatin (Cis), deux agents anticancéreux classiquement utilisés dans le traitement du NB. Afin de déterminer l’expression de PARP-1 dans les tumeurs de NB, nous avons analysé une cohorte de 132 tumeurs. Nous avons utilisé le test MTT afin d’évaluer la sensibilité de 6 lignées cellulaires de NB et des CSC à un traitement avec AG seul ou en combinaison avec de la Doxo ou du Cis. Nous avons déterminé l’étendue de la mort cellulaire par Annexin-V et caractérisé les dommages à l’ADN à l’aide d’un marquage γH2aX. De plus, les modulations des voies de signalisation intracellulaire ont été analysées par Western Blot. La sensibilité des cellules à l’Obx a été analysée par MTT sur 6 lignées cellulaires de NB et sa combinaison avec le Cis a également été déterminée dans 2 lignées cellulaires. Le marquage Annexin-V et des combinaisons avec ZVAD-FMK ont aussi été utilisés pour caractériser les effets d’Obx sur l’apoptose. Des expériences in vivo ont également été faites. Nos résultats démontrent que l’expression de PARP-1 est associée aux tumeurs moins agressives. AG n’a peu ou pas effet sur la croissance tumorale et ne potentialise pas significativement les effets de la Doxo ou de Cis. AG combiné à la Doxo semble sensibiliser les CSC dans une lignée cellulaire. L’Annexin-V et le marquage γH2aX ne révèlent pas d’effets synergiques de cette combinaison et les dommages à l’ADN et la mort cellulaire observés sont attribués à la Doxo. Cependant, on observe une augmentation d’apoptose et de bris d’ADN dans une lignée cellulaire (SK-N-FI) lorsqu’AG est utilisé en monothérapie. On observe une surexpression de pAKT et pERK suite à la combinaison Doxo et AG. Les cellules de NB sont sensibles à l’Obx à des concentrations à l’échelle nanomolaire. De plus, Obx active la mort cellulaire par apoptose. Aussi, Obx a un effet synergique avec le Cis in vitro. In vivo, l’Obx diminue significativement la taille tumorale. Nous concluons que l’Obx présente une avenue thérapeutique prometteuse dans le traitement du NB alors que l’utilisation d’AG ne semble pas être aussi encourageante.

Synthèse totale du méthyl ester de la zincophorine et étude DFT du transfert d’hydrogène diastéréosélectif impliquant des intermédiaires radicalaires vicinaux à un ester

Cet ouvrage traite d’une méthodologie pour l’induction de centres stéréogènes au sein des motifs propionates par la chimie des radicaux et de son application à la synthèse totale du méthyl ester de la zincophorine. Cet ionophore, aux propriétés biologiques intéressantes, présente plusieurs défis synthétiques dont une séquence de type polypropionate anti, anti, anti, anti difficilement accessible ainsi qu’un tétrahydropyrane trans trisubstitué. Récemment, l’intérêt renouvelé pour ces composés polyéthers, en tant qu’agents anticancéreux, accentue l’importance de stratégies versatiles permettant l’accès à ces structures ainsi qu’à leurs analogues. Depuis quelques années, notre groupe s’intéresse à la synthèse d’unités propionates acycliques par une séquence réactionnelle contrôlée uniquement par le substrat. La première étape découle d’une aldolisation de Mukaiyama entre un aldéhyde alpha-chiral et un énoxysilane tétrasubstitué portant une liaison carbone-halogène, et où l’issue stéréochimique dépend de la nature monodentate ou bidentate de l’acide de Lewis employé. La seconde réaction-clé implique la formation d’un radical tertiaire, vicinal à un ester, pouvant être réduit diastéréosélectivement en présence d’hydrure d’étain. La première section décrit l’élaboration de motifs tétrahydropyranes trisubstitués et l’induction des centres stéréogènes vicinaux par une réduction radicalaire. Nous avons révélé que l’issue diastéréosélective de la réaction de cyclisation par une iodoéthérification était dictée par le groupement gamma-méthyle des esters alpha,beta-insaturés de départ. Nous avons ensuite démontré que les produits de la réaction radicalaire anti et syn pouvaient être obtenus sélectivement à partir d’un intermédiaire commun, respectivement en prenant appui sur l’effet exocyclique ou endocyclique lors de la réduction. Par une stratégie complémentaire, nous avons révélé que le précurseur radicalaire pouvait également être obtenu par une réaction de cycloéthérification en présence d’un énoxysilane tétrasubstitué. Une étude systématique des substituants du cycle a révélé que certaines relations stéréochimiques conduisaient à une perte de sélectivité au détriment du produit anti. La seconde section concerne l’étude DFT au niveau BHandHLYP/TZVP des intermédiaires radicalaires impliqués lors du transfert d’hydrogène. Par une étude de décomposition de l’énergie d’activation, nous avons été en mesure de rationaliser l’issue diastéréosélective de la réaction sur la base des énergies de distorsion (∆Ed‡) et d’interaction (∆Eint‡) requises pour accéder à la paire d’états de transition pro-anti et pro-syn. De plus, nous avons démontré qu’une analyse NBO permettait de relativiser l’impact des interactions stéréoélectroniques. Par la suite, l’évaluation des intermédiaires radicalaires borinates et aluminates nous a permis de révéler que l’encombrement stérique de la chaîne propionate était la cause principale de la formation sélective des produits anti ou syn lors d’une réduction en présence d’un acide de Lewis. La dernière section décrit l’élaboration de la séquence polypropionate de la zincophorine, et de ses isomères, à partir du fragment tétrahydropyrane substitué. Au cours de notre étude, nous avons identifié que le nombre de sites de chélation potentiels devait être limité à trois lors de l’aldolisation en condition Cram-chélate. De plus, nous avons démontré que les différents motifs acétates sont accessibles sélectivement par l’utilisation d’un énoxysilane encombré. Par ailleurs, nous avons révélé qu’une même séquence réactionnelle pouvait être employée pour la synthèse du fragment C17–C25 de son analogue naturel CP-78,545, et avons complété la plus récente synthèse totale du méthyl ester de la zincophorine.

Glycosidation avec protection minimale en solution et sur support solide

Les glycosides sont reconnus pour leur potentiel pharmaceutique tels que les antibiotiques, les agents anticancéreux et antiviraux. Ils sont impliqués dans plusieurs processus biologiques entre autres la reconnaissance cellulaire, l’inflammation, la réponse immunitaire, la croissance, le transport cellulaire, l’adhésion cellulaire et les groupes sanguin. Notre groupe excelle dans la glycosidation stéréocontrôlée avec un minimum de protection suivant le concept d’activation à distance d’aglycones hétérocycliques anomériques. La présence d’une quantité sous stoechiométrique d’acide de Lewis, les (2-pyridyl)-β-D-glycosides déprotégés sont d’excellents donneurs permettant de haute sélectivité pour l’anomère- α-D de glycosides simples et complexes. Inversement, (2-pyridyl)-α-D-glycosides donnent les β-D-glycosides avec de bonne sélectivité. Des exemples de formation stéréocontrôlée de glycosides sont présentés dans cette thèse avec des accepteurs tels que les phénols, les stéroïdes, les terpènes et les acides hydroxyaminés. Cette méthodologie de glycosidation a été appliquée sur support solide.

Structural studies on acridine derivatives binding to telomeric DNA

Acridine derivatives can inhibit a variety of nuclear enzymes by binding or intercalating to DNA. This class of compounds is of great interest in the development of novel anticancer agents. Despite the availability of crystallographic data for some of the compounds complexed with DNA, uncertainties remain about the mechanisms of action, binding preferences and biological targets. To investigate the intercalation of several acridine derivatives, a variety of techniques are being employed. Single-crystal X-ray diffraction is being used to determine the high resolution three-dimensional structure of short sequences of quadruplex telomeric DNA with bound drug. This will be compared to the effect of drug binding to long segments of double-stranded DNA using fibre diffraction, with neutron diffraction studies planned to analyse the hydrogen bonding patterns of the DNA-drug complexes. Small-angle neutron scattering (SANS) will also be applied to study drug binding to both short and long sequences of quadruplex and double-stranded DNA in solution. Initial SANS measurements of the telomeric repeat d(TGGGGT) imply that this hexamer is present as a quadruplex. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Flavonoids: antioxidants or signalling molecules?

Many studies are accumulating that report the neuroprotective, cardioprotective, and chemopreventive actions of dietary flavonoids. While there has been a major focus on the antioxidant properties, there is an emerging view that flavonoids, and their in vivo metabolites, do not act as conventional hydrogen-donating antioxidants but may exert modulatory actions in cells through actions at protein kinase and lipid kinase signalling pathways. Flavonoids, and more recently their metabolites, have been reported to act at phosphoinositide 3-kinase (PI 3-kinase), Akt/protein kinase B (Akt/PKB), tyrosine kinases, protein kinase C (PKC), and mitogen activated protein kinase (MAP kinase) signalling cascades. Inhibitory or stimulatory actions at these pathways are likely to affect cellular function profoundly by altering the phosphorylation state of target molecules and by modulating gene expression. A clear understanding of the mechanisms of action of flavonoids, either as antioxidants or modulators of cell signalling, and the influence of their metabolism on these properties are key to the evaluation of these potent biomolecules as anticancer agents, cardioprotectants, and inhibitors of neurodegeneration (C) 2004 Elsevier Inc. All rights reserved.

Polymer-drug conjugates: towards a novel approach for the treatment of endrocine-related cancer

The last decade has seen successful clinical application of polymer–protein conjugates (e.g. Oncaspar, Neulasta) and promising results in clinical trials with polymer–anticancer drug conjugates. This, together with the realisation that nanomedicines may play an important future role in cancer diagnosis and treatment, has increased interest in this emerging field. More than 10 anticancer conjugates have now entered clinical development. Phase I/II clinical trials involving N-(2-hydroxypropyl)methacrylamide (HPMA) copolymer-doxorubicin (PK1; FCE28068) showed a four- to fivefold reduction in anthracycline-related toxicity, and, despite cumulative doses up to 1680 mg/m2 (doxorubicin equivalent), no cardiotoxicity was observed. Antitumour activity in chemotherapy-resistant/refractory patients (including breast cancer) was also seen at doxorubicin doses of 80–320 mg/m2, consistent with tumour targeting by the enhanced permeability (EPR) effect. Hints, preclinical and clinical, that polymer anthracycline conjugation can bypass multidrug resistance (MDR) reinforce our hope that polymer drugs will prove useful in improving treatment of endocrine-related cancers. These promising early clinical results open the possibility of using the water-soluble polymers as platforms for delivery of a cocktail of pendant drugs. In particular, we have recently described the first conjugates to combine endocrine therapy and chemotherapy. Their markedly enhanced in vitro activity encourages further development of such novel, polymer-based combination therapies. This review briefly describes the current status of polymer therapeutics as anticancer agents, and discusses the opportunities for design of second-generation, polymer-based combination therapy, including the cocktail of agents that will be needed to treat resistant metastatic cancer.

Diruthenium(II, III) complexes of ibuprofen, aspirin, naproxen and indomethacin non-steroidal anti-inflammatory drugs: Synthesis, characterization and their effects on tumor-cell proliferation

[Ru-2(dNSAID)(4)Cl] and novel [Ru-2(dNSAID)(4)(H2O)(2)]PF6 complexes, where dNSAID = deprotonated carboxylate from the non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSIDs), respectively: ibuprofen, Hibp (1) and aspirin, Hasp (2); naproxen, Hnpx (3) and indomethacin, Hind (4), have been prepared and characterized by optical spectroscopic methods. All of the compounds exhibit mixed valent Ru-2(II, III) cores where metal-metal bonds are stabilized by four drug-carboxylate bridging ligands in paddlewheel type structures. The diruthenium complexes and their parent NSAIDs showed no significant effects for Hep2 human larynx or T24/83 human bladder tumor. In contrast, the coordination of Ru-2(II,III) core led to synergistic effects that increased significantly the inhibition of C6 rat glioma proliferation in relation to the organic NSAIDs naproxen and ibuprofen, The possibility that the complexes Ru-2-ibp and Ru-2-npx may exert effects (anti-angiogenic and anti-matrix metalloprotease) that are similar to those exhibited by NAMI-A opens new horizons for in vivo C6 glioma model studies. (C) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Efeito dos componentes obtidos de qualea multiflora sobre modelo tumoral mamário murino e sua influência no sistema imunológico

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Bioprospecção em espécies de Inga (Fabaceae Mimosoideae)

Pós-graduação em Química - IQ

INVESTIGAÇÃO ELETROQUÍMICA E CALORIMÉTRICA DA INTERAÇÃO DE NOVOS AGENTES ANTITUMORAIS BISCATIÔNICOS COM DNA

ELECTROCHEMICAL AND CALORIMETRIC INVESTIGATION OF INTERACTION OF NOVEL BISCATIONIC ANTICANCER AGENTS WITH DNA. Biscationic amidines bind in the DNA minor groove and present biological activity against a range of infectious diseases. Two new biscationic compounds (bis-alpha,omega-S-thioureido, amino and sulfide analogues) were synthesized in good yields and fully characterized, and their interaction with DNA was also investigated. Isothermal titration calorimetry (ITC) was used to measure the thermodynamic properties of binding interactions between DNA and these ligands. A double stranded calf thymus DNA immobilized on an electrode surface was used to study the possible DNA-interacting abilities of these compounds towards dsDNA in situ. A remarkable interaction of these compounds with DNA was demonstrated and their potential application as anticancer agents was furthered.

Neutral Gold Complexes with Tridentate SNS Thiosemicarbazide Ligands

Na[AuCl4].2H(2)O reacts with tridentate thiosemicarbazide ligands, H(2)L1, derived from N-[N',N'-dialkylamino(thiocarbonyl)]benzimidoyl chloride and thiosemicarbazides under formation of air-stable, green [AuCl(L1)] complexes. The organic ligands coordinate in a planar SNS coordination mode. Small amounts of gold(I) complexes of the composition [AuCl(L3)] are formed as side-products, where L3 is an S-bonded 5-diethylamino-3-phenyl-1-thiocarbamoyl-1,2,4-triazole. The formation of the triazole L3 can be explained by the oxidation of H(2)L1 to an intermediate thiatriazine L2 by Au3+, followed by a desulfurization reaction with ring contraction. The chloro ligands in the [AuCl(L1)] complexes can readily be replaced by other monoanionic ligands such as SCN- or CN- giving [Au(SCN)(L1)] or [Au(CN)(L1)] complexes. The complexes described in this paper represent the first examples of fully characterized neutral Gold(III) thiosemicarbazone complexes. All the [AuCl(L1)] compounds present a remarkable cell growth inhibition against human MCF-7 breast cancer cells. However, systematic variation of the alkyl groups in the N(4)-position of the thiosemicarbazone building blocks as well as the replacement of the chloride by thiocyanate ligands do not considerably influence the biological activity. On the other hand, the reduction of Au-III to Au-I leads to a considerable decrease of the cytotoxicity.

Dinuclear copper(II) complexes with valsartan. Synthesis, characterization and cytotoxicity

Two novel dinuclear complexes involving the antihypertensive drug valsartan and copper(II) ion have been prepared in water and DMSO. The complex compositions were determined as: [Cu(vals)(H(2)O)(3)](2)center dot 6H(2)O and [Cu(vals)(H(2)O)(2)DMSO](2)center dot 2H(2)O. They were thoroughly characterized by elemental and thermal analysis, spectrophotometric titrations and UV-visible, diffuse reflectance, FTIR, Raman and EPR spectroscopies. No effect of the ligand on two tested osteoblastic cell lines in culture (one normal MOT3E1 and one tumoral UMR106) was observed in concentrations up to 100 mu M. Higher concentrations of Valsartan are required to induce cytotoxicity in both cell lines. The antiproliferative effect of the tested complex ([Cu(vals) (H(2)O)(3)](2)center dot 6H(2)O) in a dose-response manner, was higher in the UMR106 osteoblastic cell line than that of the MC3T3E1 normal line at concentrations >= 100 mu M. Morphological alterations are in accordance with proliferative observations. (C) 2011 Elsevier Inc. All rights reserved.