Structure-activity relationship of compounds which are anti-schistosomiasis active

O método do orbital molecular AM1 foi empregado para calcular um conjunto de descritores moleculares para vinte neolignanas sintéticas com atividade anti-esquistossomose. O método de reconhecimento de padrão (análise de componentes principais ACP, análise de conglomerados AC e análise de discriminante) foi utilizado para obter a relação entre a estrutura molecular e a atividade biológica. O conjunto de moléculas foi classificado em dois grupos de acordo com seus graus de atividade biológica. Estes resultados permitem que, projete-se racionalmente novos compostos, potenciais candidatos à síntese e à avaliação biológica.

Structure-activity relationship of mastoparan analogs: effects of the number and positioning of Lys residues on secondary structure, interaction with membrane-mimetic systems and biological activity

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

Structure- and ligand-based drug design approaches for neglected tropical diseases

Drug discovery has moved toward more rational strategies based on our increasing understanding of the fundamental principles of protein-ligand interactions. Structure( SBDD) and ligand-based drug design (LBDD) approaches bring together the most powerful concepts in modern chemistry and biology, linking medicinal chemistry with structural biology. The definition and assessment of both chemical and biological space have revitalized the importance of exploring the intrinsic complementary nature of experimental and computational methods in drug design. Major challenges in this field include the identification of promising hits and the development of high-quality leads for further development into clinical candidates. It becomes particularly important in the case of neglected tropical diseases (NTDs) that affect disproportionately poor people living in rural and remote regions worldwide, and for which there is an insufficient number of new chemical entities being evaluated owing to the lack of innovation and R&D investment by the pharmaceutical industry. This perspective paper outlines the utility and applications of SBDD and LBDD approaches for the identification and design of new small-molecule agents for NTDs.

Synthesis, Biological Evaluation, And Molecular Modeling of Chalcone Derivatives As Potent Inhibitors of Mycobacterium tuberculosis Protein Tyrosine Phosphatases (PtpA and PtpB)

Tuberculosis (TB) is a major infectious disease caused by Mycobacterium tuberculosis (Mtb). According to the World Health Organization (WHO), about 1.8 million people die from TB and 10 million new cases are recorded each year. Recently, a new series of naphthylchalcones has been identified as inhibitors of Mtb protein tyrosine phosphatases (PTPs). In this work, 100 chalcones were designed, synthesized, and investigated for their inhibitory properties against MtbPtps. Structure-activity relationships (SAR) were developed, leading to the discovery of new potent inhibitors with IC50 values in the low-micromolar range. Kinetic studies revealed competitive inhibition and high selectivity toward the Mtb enzymes. Molecular modeling investigations were carried out with the aim of revealing the most relevant structural requirements underlying the binding affinity and selectivity of this series of inhibitors as potential anti-TB drugs.

N-4-Phenyl-substituted 2-acetylpyridine thiosemicarbazones: Cytotoxicity against human tumor cells, structure-activity relationship studies and investigation on the mechanism of action

N-4-Phenyl 2-acetylpyridine thiosemicarbazone (H2Ac4Ph; N-(phenyl)-2-(1-(pyridin-2-yl)ethylidene) hydrazinecarbothioamide) and its N-4-ortho-, -meta- and -para-fluorophenyl (H2Ac4oFPh, H2Ac4mFPh, H2Ac4pFPh), N-4-ortho-, -meta- and -para-chlorophenyl (H2Ac4oClPh, H2Ac4mClPh, H2Ac4pClPh), N-4-ortho-, -meta- and -para-iodophenyl (H2Ac4oIPh, H2Ac4mIPh, H2Ac4pIPh) and N-4-ortho-, -meta- and -para-nitrophenyl (H2Ac4oNO(2)Ph, H2Ac4mNO(2)Ph, H2Ac4pNO(2)Ph) derivatives were assayed for their cytotoxicity against human malignant breast (MCF-7) and glioma (T98G and U87) cells. The compounds were highly cytotoxic against the three cell lineages (IC50: MCF-7, 52-0.16 nM; T98G, 140-1.0 nM; U87, 160-1.4 nM). All tested thiosemicarbazones were more cytotoxic than etoposide and did not present any haemolytic activity at up to 10(-5) M. The compounds were able to induce programmed cell death. H2Ac4pClPh partially inhibited tubulin assembly at high concentrations and induced cellular microtubule disorganization. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Structure-function Relationships Using the Cirrus Spectral Domain Optical Coherence Tomograph and Standard Automated Perimetry

Purpose: To evaluate the relationship between glaucomatous structural damage assessed by the Cirrus Spectral Domain OCT (SDOCT) and functional loss as measured by standard automated perimetry (SAP). Methods: Four hundred twenty-two eyes (78 healthy, 210 suspects, 134 glaucomatous) of 250 patients were recruited from the longitudinal Diagnostic Innovations in Glaucoma Study and from the African Descent and Glaucoma Evaluation Study. All eyes underwent testing with the Cirrus SDOCT and SAP within a 6-month period. The relationship between parapapillary retinal nerve fiber layer thickness (RNFL) sectors and corresponding topographic SAP locations was evaluated using locally weighted scatterplot smoothing and regression analysis. SAP sensitivity values were evaluated using both linear as well as logarithmic scales. We also tested the fit of a model (Hood) for structure-function relationship in glaucoma. Results: Structure was significantly related to function for all but the nasal thickness sector. The relationship was strongest for superotemporal RNFL thickness and inferonasal sensitivity (R(2) = 0.314, P < 0.001). The Hood model fitted the data relatively well with 88% of the eyes inside the 95% confidence interval predicted by the model. Conclusions: RNFL thinning measured by the Cirrus SDOCT was associated with correspondent visual field loss in glaucoma.

A tellurium-based cathepsin B inhibitor: Molecular structure, modelling, molecular docking and biological evaluation

The crystallographically determined structure of biologically active 4,4-dichloro-1,3-diphenyl-4-telluraoct-2-en-1-one, 3, shows the coordination geometry for Te to be distorted psi-pentagonal bipyramidal based on a C2OCl3(lone pair) donor set. Notable is the presence of an intramolecular axial Te center dot center dot center dot O (carbonyl) interaction, a design element included to reduce hydrolysis. Raman and molecular modelling studies indicate the persistence of the Te center dot center dot center dot O(carbonyl) interaction in the solution (CHCl3) and gasphases, respectively. Docking studies of 3' (i.e. original 3 less one chloride) with Cathepsin B reveals a change in the configuration about the vinyl C = C bond. i.e. to E from Z (crystal structure). This isomerism allows the optimisation of interactions in the complex which features a covalent Te-SGCys29 bond. Crucially, the E configuration observed for 3' allows for the formation of a hypervalent Te center dot center dot center dot O interaction as well as an O center dot center dot center dot H-O hydrogen bond with the Gly27 and Glu122 residues, respectively. Additional stabilisation is afforded by a combination of interactions spanning the S1, S2, S1' and S2' sub-sites of Cathepsin B. The greater experimental inhibitory activity of 3 compared with analogues is rationalised by the additional interactions formed between 3' and the His110 and His111 residues in the occluding loop, which serve to hinder the entrance to the active site. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Structure-based drug design studies on a series of aldolase inhibitors

Human African trypanosomiasis, also known as sleeping sickness, is a major cause of death in Africa, and for which there are no safe and effective treatments available. The enzyme aldolase from Trypanosoma brucei is an attractive, validated target for drug development. A series of alkyl‑glycolamido and alkyl-monoglycolate derivatives was studied employing a combination of drug design approaches. Three-dimensional quantitative structure-activity relationships (3D QSAR) models were generated using the comparative molecular field analysis (CoMFA). Significant results were obtained for the best QSAR model (r2 = 0.95, non-cross-validated correlation coefficient, and q2 = 0.80, cross-validated correlation coefficient), indicating its predictive ability for untested compounds. The model was then used to predict values of the dependent variables (pKi) of an external test set,the predicted values were in good agreement with the experimental results. The integration of 3D QSAR, molecular docking and molecular dynamics simulations provided further insight into the structural basis for selective inhibition of the target enzyme.

Selektive und duale COX-1-, COX-2-Inhibitoren aus der Reihe der Methanone

Zusammenfassung: Prostaglandine (PG) sind wichtige biologische Entzündungsmediatoren, die aus der Arachidonsäure (AA) durch das Enzym Cyclooxygenase (COX) entstehen. Trotz einiger unerwünschter Wirkungen, sind Cyclooxygenase-Hemmer Mittel der Wahl zur Unterdrückung entzündlicher Prozesse. Von der Cyclooxygenase existieren zwei Isoenzyme: COX-1 und COX-2. Eine selektive Hemmung der COX-2 bzw. eine duale Hemmung der COX-1 und COX-2 wird als erfolgversprechendes Prinzip zur Behandlung von entzündlichen Erkrankungen diskutiert.Ziel der Arbeit war die Synthese und in vitro Testung sowie die Erstellung von Struktur-Wirkungs-Beziehungen selektiver bzw. dualer Hemmstoffe der COX-1/-2. Zusätzlich wurden die Substanzen auf inhibitorische Aktivität gegenüber der 5- und 12-Lipoxygenase untersucht.Ausgehend von der Struktur selektiver Hemmstoffe der COX-2 bzw. von dualen COX-1/ COX-2-Inhibitoren sowie von marktüblichen nichtsteroidalen Antirheumatika (NSAR), wurde das Diarylmethanon-Element als Basis gewählt. An diesem Strukturelement wurden Modifikationen vorgenommen, um selektive Hemmstoffe der COX-2 bzw. duale COX-1/ COX-2-Hemmstoffe zu erhalten.Die synthetisierten Verbindungen lassen sich in [4-(Methylsulfanyl)phenyl]- und [4-(Methylsulfonyl)phenyl](aryl)methanone, N-(Aroylphenyl)sulfonamide und -amide sowie (Hydroxyphenyl)(2-thienyl)methanone unterteilen.In der Reihe der [4-(Methylsulfanyl)phenyl](aryl)methanone sind potente Hemmstoffe sowohl der COX-1 als auch der COX-2 erhalten worden. Im Gegensatz dazu zeigen die [4-(Methylsulfonyl)phenyl](aryl)methanone gegenüber COX-1 und COX-2 keine inhibitorische Aktivität. Mit dem 2-Thienylderivat wurde ein potenter, dualer Hemmstoff beider Cyclooxygenase-Isoenzyme identifiziert, dessen Wirkstärke (bezüglich der COX-2) auf den Austausch von Phenyl gegen 2-Thienyl zurückzuführen ist.Die N-(Aroylphenyl)sulfonamide und -amide bilden die umfangreichste Gruppe bei den durchgeführten Untersuchungen, wobei besonders die regioisomeren N-(2-Aroylphenyl)sulfonamide und -amide eingehender studiert wurden. Auf der Basis der (2-Aroylphenyl)sulfonamide läßt sich für die Hemmung der COX-1 eine Struktur-Wirkungs-Beziehungen formulieren, die anhand Hilfe geeigneter Verbindungen überprüft wurde. Die Untersuchungen wurden zum Teil auch auf die 3- und 4-Regioisomeren ausgedehnt, wobei sich die erhaltenen Struktur-Wirkungs-Beziehungen bestätigten. Die Arylsulfonamide inhibieren bevorzugt die COX-1. Auch (4-Aroylphenyl)sulfonamide wurden auf mögliche inhibitorische Aktivität untersucht. Die Einbindung des Amidstickstoffs in ein Indolin- bzw. Tetrahydrochinolin-Ringsystem oder des Sulfonamids in ein 1,3-Propansultam führte in jedem Falle zu wenig aktiven Verbindungen gegenüber der COX-1. N-(2-Aroylphenyl)amide zeigten in Übereinstimmung mit der Hypothese an der COX-1 eine gute inhibitorische Aktivität.Aus der Reihe der (Hydroxyphenyl)(2-thienyl)methanone wurden die freien Alkohole, die Methylether und verschiedene Ester dargestellt und auf COX-1-Aktivität untersucht. Acetate, aber auch Phenole sind die potentesten Inhibitoren der COX-1. Als günstigte Positionen für die 2-Thienylcarbonyl-Einheit am Hydroxyphenylrest erweist sich die ortho- bzw. para-Position.

Structure-Property Relationships and Charge Transport Modeling of Organic Molecular Materials

From the perspective of a new-generation opto-electronic technology based on organic semiconductors, a major objective is to achieve a deep and detailed knowledge of the structure-property relationships, in order to optimize the electronic, optical, and charge transport properties by tuning the chemical-physical characteristics of the compounds. The purpose of this dissertation is to contribute to such understanding, through suitable theoretical and computational studies. Precisely, the structural, electronic, optical, and charge transport characteristics of several promising organic materials recently synthesized are investigated by means of an integrated approach encompassing quantum-chemical calculations, molecular dynamics and kinetic Monte Carlo simulations. Particular care is addressed to the rationalization of optical and charge transport properties in terms of both intra- and intermolecular features. Moreover, a considerable part of this project involves the development of a home-made set of procedures and parts of software code required to assist the modeling of charge transport properties in the framework of the non-adiabatic hopping mechanism applied to organic crystalline materials. As a first part of my investigations, I mainly discuss the optical, electronic, and structural properties of several core-extended rylene derivatives, which can be regarded to as model compounds for graphene nanoribbons. Two families have been studied, consisting in bay-linked perylene bisimide oligomers and N-annulated rylenes. Beside rylene derivatives, my studies also concerned electronic and spectroscopic properties of tetracene diimides, quinoidal oligothiophenes, and oxygen doped picene. As an example of device application, I studied the structural characteristics governing the efficiency of resistive molecular memories based on a derivative of benzoquinone. Finally, as a second part of my investigations, I concentrate on the charge transport properties of perylene bisimides derivatives. Precisely, a comprehensive study of the structural and thermal effects on the charge transport of several core-twisted chlorinated and fluoro-alkylated perylene bisimide n-type semiconductors is presented.

Untersuchung der DNA-bindenden Eigenschaften neuer Nukleobasen-gekoppelter Pyrrolcarboxamide, Combilexine und Hetaren[a]carbazol-Derivate: Validierung und Etablierung von in-vitro- und in-silico-Methoden

Da maligne Neoplasien durch Mutationen in Proto-Onko- und/oder Tumorsuppressorgenen ausgelöst werden, stellt die DNA eines der wichtigsten Targets für die Entwicklung neuer Zytostatika dar. Auch bei den im Arbeitskreis Pindur designten und synthetisier-ten Verbindungen der Nukleobasen-gekoppelten Pyrrolcarboxamid-, der Hetaren[a]carbazol- und der Combilexin-Reihe handelt es sich um DNA-Liganden mit potentiell antitumoraktiven Eigenschaf-ten. Die einen dualen Bindemodus aufweisenden Combilexine bestehen aus einem Interkalator (u. a. Naphthalimid, Acridon), der über einen Linker variabler Kettenlänge mit einer rinnenbin-denden, von Netropsin abgeleiteten Bispyrrol-, oder einer bioisosteren Imidazol-, Thiazol- oder Thiophen-pyrrolcarboxamid-struktur verknüpft ist. Das N-terminale Ende der Combilexine wird von einer N,N-Dimethylaminopropyl- oder -ethyl-Seitenkette gebildet. Die DNA-Affinitäten der Liganden wurden mittels Tm-Wert-Messung-en bestimmt. Diese Denaturierungsexperimente wurden sowohl mit poly(dAdT)2- als auch mit Thymus-DNA (~42% GC-Anteil) durchge-führt, um Aussagen zur Stärke und zur Sequenzselektivität der DNA-Bindung machen zu können. Des Weiteren wurden die Bindekon-stanten einiger ausgewählter Vertreter mit Hilfe des Ethidium-bromid-Verdrängungsassays ermittelt; einige Testverbindungen wurden zudem auf potentiell vorhandene, TOPO I-inhibierende Eigenschaften untersucht. Diese biochemischen und biophysika-lischen Tests wurden durch Molecular Modelling-Studien ergänzt, die die Berechnung von molekularen Eigenschaften, die Durch-führung von Konformerenanalysen und die Simulation von DNA-Ligand-Komplexen (Docking) umfassten. Durch Korrelation der in vitro-Befunde mit den in silico-Daten gelang es, vor allem für die Substanzklasse der Combilexine einige richtungweisende Struktur-Wirkungsbeziehungen aufzustellen. So konnte gezeigt werden, dass die Einführung eines Imidazol-Rings in die rinnen-bindende Hetaren-pyrrolcarboxamid-Struktur der Combilexine aufgrund der H-Brücken-Akzeptor-Funktion des sp2-hybridisierten N-Atoms eine Verschiebung der Sequenzselektivität der DNA-Bindung von AT- zu GC-reichen Arealen der DNA bedingt. Zudem erwies sich ein C3-Linker für die Verknüpfung des Naphthalimids mit dem rinnenbindenden Strukturelement als am besten geeignet, während bei den Acridon-Derivaten die Verbindungen mit einem N-terminalen Buttersäure-Linker die höchste DNA-Affinität aufwiesen. Dies ist sehr wahrscheinlich auf die im Vergleich zum Naphthalimid-Molekül geringere y-Achsen-Ausdehnung (bzgl. eines x/y-Koordinatensystems) des Acridons zurückzuführen. Die ermittelten Struktur-Wirkungsbeziehungen können dazu herangezogen werden, das rationale Design neuer DNA-Liganden mit potentiell stärkerer DNA-Bindung zu optimieren.

Tailoring, synthesis and structure-property relationships of 2,3-thienoimide based molecular materials

Organic molecular semiconductors are subject of intense research for their crucial role as key components of new generation low cost, flexible, and large area electronic devices such as displays, thin-film transistors, solar cells, sensors and logic circuits. In particular, small molecular thienoimide (TI) based materials are emerging as novel multifunctional materials combining a good processability together to ambipolar or n-type charge transport and electroluminescence at the solid state, thus enabling the fabrication of integrated devices like organic field effect transistors (OFETs) and light emitting transistor (OLETs). Given this peculiar combination of characteristics, they also constitute the ideal substrates for fundamental studies on the structure-property relationships in multifunctional molecular systems. In this scenario, this thesis work is focused on the synthesis of new thienoimide based materials with tunable optical, packing, morphology, charge transport and electroluminescence properties by following a fine molecular tailoring, thus optimizing their performances in device as well as investigating and enabling new applications. Investigation on their structure-property relationships has been carried out and in particular, the effect of different π-conjugated cores (heterocycles, length) and alkyl end chain (shape, length) changes have been studied, obtaining materials with enhanced electron transport capability end electroluminescence suitable for the realization of OFETs and single layer OLETs. Moreover, control on the polymorphic behaviour characterizing thienoimide materials has been reached by synthetic and post-synthetic methodologies, developing multifunctional materials from a single polymorphic compound. Finally, with the aim of synthesizing highly pure materials, simplifying the purification steps and avoiding organometallic residues, procedures based on direct arylation reactions replacing conventional cross-couplings have been investigated and applied to different classes of molecules, bearing thienoimidic core or ends, as well as thiophene and anthracene derivatives, validating this approach as a clean alternative for the synthesis of several molecular materials.

Synthesis of constrained peptidomimetics for therapeutic, diagnostic and theranostic applications

This thesis work deals, principally, with the development of different chemical protocols ranging from environmental sustainability peptide synthesis to asymmetric synthesis of modified tryptophans to a series of straightforward procedures for constraining peptide backbones without the need for a pre-formed scaffold. Much efforts have been dedicated to the structural analysis in a biomimetic environment, fundamental for predicting the in vivo conformation of compounds, as well as for giving a rationale to the experimentally determined bioactivity. The conformational analyses in solution has been done mostly by NMR (2D gCosy, Roesy, VT, titration experiments, molecular dynamics, etc.), FT-IR and ECD spectroscopy. As a practical application, 3D rigid scaffolds have been employed for the synthesis of biological active compounds based on peptidomimetic and retro-mimetic structures. These mimics have been investigated for their potential as antiflammatory agents and actually the results obtained are very promising. Moreover, the synthesis of Amo ring permitted the development of an alternative high effective synthetic pathway for obtaining Linezolid antibiotic. The final section is, instead, dedicated to the construction of a new biosensor based on zeolite L SAMs functionalized with the integrin ligand c[RGDfK], that has showed high efficiency for the selective detection of tumor cells. Such kind of sensor could, in fact, enable the convenient, non-invasive detection and diagnosis of cancer in early stages, from a few drops of a patient's blood or other biological fluids. In conclusion, the researches described herein demonstrate that the peptidomimetic approach to 3D definite structures, allows unambiguous investigation of the structure-activity relationships, giving an access to a wide range bioactive compounds of pharmaceutical interest to use not only as potential drugs but also for diagnostic and theranostic applications.

From defined polymer architectures to structure-property relationships in vivo

Makromolekulare Wirkstoffträgersysteme sind von starkem Interesse bezüglich der klinischen Anwendung chemotherapeutischer Agenzien. Um ihr klinisches Potential zu untersuchen ist es von besonderer Bedeutung das pharmakokinetische Profil in vivo zu bestimmen. Jede Veränderung der Polymerstruktur beeinflusst die Körperverteilung des entsprechenden Makromoleküls. Aufgrund dessen benötigt man detailliertes Wissen über Struktur-Eigenschaftsbeziehungen im lebenden Organismus, um das Nanocarrier System für zukünftige Anwendungen einzustellen. In dieser Beziehung stellt das präklinische Screening mittels radioaktiver Markierung und Positronen-Emissions-Tomographie eine nützliche Methode für schnelle sowie quantitative Beobachtung von Wirkstoffträgerkandidaten dar. Insbesondere poly(HPMA) und PEG sind im Arbeitsgebiet Polymer-basierter Therapeutika stark verbreitet und von ihnen abgeleitete Strukturen könnten neue Generationen in diesem Forschungsbereich bieten.rnDie vorliegende Arbeit beschreibt die erfolgreiche Synthese verschiedener HPMA und PEG basierter Polymer-Architekturen – Homopolymere, Statistische und Block copolymere – die mittels RAFT und Reaktivesterchemie durchgeführt wurde. Des Weiteren wurden die genannten Polymere mit Fluor-18 und Iod-131 radioaktiv markiert und mit Hilfe von microPET und ex vivo Biodistributionsstudien in tumortragenden Ratten biologisch evaluiert. Die Variation in Polymer-Architektur und darauffolgende Analyse in vivo resultierte in wichtige Schlussfolgerungen. Das hydrophile / lipophile Gleichgewicht hatte einen bedeutenden Einfluss auf das pharmakokinetische Profil, mit besten in vivo Eigenschaften (geringe Aufnahme in Leber und Milz sowie verlängerte Blutzirkulationszeit) für statistische HPMA-LMA copolymere mit steigendem hydrophoben Anteil. Außerdem zeigten Langzeitstudien mit Iod-131 eine verstärkte Retention von hochmolekularen, HPMA basierten statistischen Copolymeren im Tumorgewebe. Diese Beobachtung bestätigte den bekannten EPR-Effekt. Hinzukommend stellen Überstrukturbildung und damit Polymergröße Schlüsselfaktoren für effizientes Tumor-Targeting dar, da Polymerstrukturen über 200 nm in Durchmesser schnell vom MPS erkannt und vom Blutkreislauf eliminiert werden. Aufgrund dessen wurden die hier synthetisierten HPMA Block copolymere mit PEG Seitengruppen chemisch modifiziert, um eine Verminderung in Größe sowie eine Reduktion in Blutausscheidung zu induzieren. Dieser Ansatz führte zu einer erhöhten Tumoranreicherung im Walker 256 Karzinom Modell. Generell wird die Körperverteilung von HPMA und PEG basierten Polymeren stark durch die Polymer-Architektur sowie das Molekulargewicht beeinflusst. Außerdem hängt ihre Effizienz hinsichtlich Tumorbehandlung deutlich von den individuellen Charakteristika des einzelnen Tumors ab. Aufgrund dieser Beobachtungen betont die hier vorgestellte Dissertation die Notwendigkeit einer detaillierten Polymer-Charakterisierung, kombiniert mit präklinischem Screening, um polymere Wirkstoffträgersysteme für individualisierte Patienten-Therapie in der Zukunft maßzuschneidern.rn