Tryst with a molecular and supramolecular oddity: an anti-Furst-Plattner epoxide opening product as a designer additive for accessing an elusive polymorph

Additive induced polymorphism of a conformationally locked tetraacetate 3 in presence of its diastereomer 4 is described. The ester 3 was specially crafted on a trans-decalin backbone to relegate the O-H center dot center dot center dot O H-bond donors to the molecular interior and have the peripheral H-bond acceptors in 1,3-syndiaxial relationship. The supramolecular assembly of 3 was destined to evolve along two mutually exclusive pathways, namely one, which employs intermolecular O-H center dot center dot center dot O H-bonds (pathway 1) and the other that sacrifices these for intramolecular O-H center dot center dot center dot O H-bonds and settles for a crystal packing dictated by weak intermolecular interactions alone (pathway 2). Exploiting the similarity between the self-assemblies of 4 and the two recently reported dimorphs of 3, the ester 3 has been stimulated to follow the elusive non-hierarchical pathway 2 through preferential inhibition of pathway 1. Interestingly, the inhibitor 4 was obtained serendipitously en route 3 via an apparent breakdown of Furst-Plattner rule.

Genistein protects human mammary epithelial cells from benzo(a)pyrene-7,8-dihydrodiol-9,10-epoxide and 4-hydroxy-2-nonenal genotoxicity by modulating the glutathione/glutathione S-transferase system

Epidemiological studies have shown that ingestion of isoflavone-rich soy products is associated with a reduced risk for the development of breast cancer. In the present study, we investigated the hypothesis that genistein modulates the expression of glutathione S-transferases (GSTs) in human breast cells, thus conferring protection towards genotoxic carcinogens which are GST substrates. Our approach was to use human mammary cell lines MCF-10A and MCF-7 as models for non-neoplastic and neoplastic epithelial breast cells, respectively. MCF-10A cells expressed hGSTA1/2, hGSTA4-4, hGSTM1-1 and hGSTP1-1 proteins, but not hGSTM2-2. In contrast, MCF-7 cells only marginally expressed hGSTA1/2, hGSTA4-4 and hGSTM1-1. Concordant to the protein expression, the hGSTA4 and hGSTP1 mRNA expression was higher in the non-neoplastic cell line. Exposure to genistein significantly increased hGSTP1 mRNA (2.3-fold), hGSTP1-1 protein levels (3.1-fold), GST catalytic activity (4.7-fold) and intracellular glutathione concentrations (1.4-fold) in MCF-10A cells, whereas no effects were observed on GST expression or glutathione concentrations in MCF-7 cells. Preincubation of MCF-10A cells with genistein decreased the extent of DNA damage by 4-hydroxy-2-nonenal (150 mu M) and benzo(a)pyrene-7,8-dihydrodiol-9,10-epoxide (50 mu M), compounds readily detoxified by hGSTA4-4 and hGSTP1-1. In conclusion, genistein pretreatment protects non-neoplastic mammary cells from certain carcinogens that are detoxified by GSTs, suggesting that dietary-mediated induction of GSTs may be a mechanism contributing to prevention against genotoxic injury in the aetiology of breast cancer.

Epoxide ring opening in a zinc(II) complex in water without any Lewis acid catalyst: formation of only one diastereomer out of 2

The epoxide ring in 5,6-dihydro-5,6-epoxy-1,10-phenanthroline (L) opens up in its reaction with 4-methylaniline and 4-methoxyaniline in water in equimolar proportion at room temperature without any Lewis acid catalyst to give a monohydrate of 6-(4-methyl-phenylamino)-5,6-dihydro-1,10-phenanthrolin-5-ol (L′·H2O) and 6-(4-methoxyphenyl-amino)-5,6-dihydro-1,10-phenanthrolin-5-ol (L″) respectively. Reaction time decreases from 72 to 14 h in boiling water. But the yields become less. Reaction of L with Zn(ClO4)2·6H2O in methanol in 3:1 molar ratio at room temperature affords white [ZnL3](ClO4)2·H2O. The X-ray crystal structure of the acetonitrile solvate [ZnL3](ClO4)2·MeCN has been determined which shows that the metal has a distorted octahedral N6 coordination sphere. [ZnL3](ClO4)2·2H2O reacts with 4-methylaniline and 4-methoxyaniline in boiling water in 1:3 molar proportion in the absence of any Lewis acid catalyst to produce [ZnL′3](ClO4)2·4H2O and [ZnL″3](ClO4)2·H2O, respectively in 1–4 h time in somewhat low yield. In the 1H NMR spectra of [ZnL′3](ClO4)2·4H2O and [ZnL″3](ClO4)2·H2O, only one sharp methyl signal is observed implicating that only one diastereomer out of the 23 possibilities is formed. The same diastereomers are obtained when L′·H2O and L″ are reacted directly with Zn(ClO4)2·6H2O in tetrahydrofuran at room temperature in very good yields. Reactions of L′·H2O and L″ with Ru(phen)2Cl2·2H2O (phen = 1,10-phenanthroline) in equimolar proportion in methanol–water mixture under refluxing condition lead to the isolation of two diastereomers of [Ru(phen)2L′](ClO4)2·2H2O and [Ru(phen)2L″](ClO4)2·2H2O.

Reactions of toluquinone - cyclopentadiene Diels -Alder epoxide adducts with nucleophiles under heterogeneous conditions

Toluquinone-cyclopentadiene Diels-Alder epoxide adducts react with sulfur and oxygen nucleophiles under heterogeneous conditions, leading to products resulting from the epoxide ring opening and from skeletal rearrangement, respectively. Pyrolysis of the sulfanyl adducts gave the new 3-sulfanyltoluquinones (1).

An epoxide ring-opening approach for a short and stereoselective synthesis of icetexane diterpenoids

A new approach for the synthesis of the core skeleton of icetexane diterpenoids is presented and deals with an epoxide ring-opening reaction by metallated aromatic compounds. Employing this strategy, a short synthesis of an icetexane analogue of brussonol was achieved in just four steps from 2-allyl-cyclohexanone. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Biochemical analysis of the phosphatase domain of the human soluble epoxide hydrolase (sEH)

Die lösliche Epoxidhydrolase (sEH) gehört zur Familie der Epoxidhydrolase-Enzyme. Die Rolle der sEH besteht klassischerweise in der Detoxifikation, durch Umwandlung potenziell schädlicher Epoxide in deren unschädliche Diol-Form. Hauptsächlich setzt die sEH endogene, der Arachidonsäure verwandte Signalmoleküle, wie beispielsweise die Epoxyeicosatrienoic acid, zu den entsprechenden Diolen um. Daher könnte die sEH als ein Zielenzym in der Therapie von Bluthochdruck und Entzündungen sowie diverser anderer Erkrankungen eingesetzt werden. rnDie sEH ist ein Homodimer, in dem jede Untereinheit aus zwei Domänen aufgebaut ist. Das katalytische Zentrum der Epoxidhydrolaseaktivität befindet sich in der 35 kD großen C-terminalen Domäne. Dieser Bereich der sEH s wurde bereits im Detail untersucht und nahezu alle katalytischen Eigenschaften des Enzyms sowie deren dazugehörige Funktionen sind in Zusammenhang mit dieser Domäne bekannt. Im Gegensatz dazu ist über die 25 kD große N-terminale Domäne wenig bekannt. Die N-terminale Domäne der sEH wird zur Haloacid Dehalogenase (HAD) Superfamilie von Hydrolasen gezählt, jedoch war die Funktion dieses N-terminal Domäne lange ungeklärt. Wir haben in unserer Arbeitsgruppe zum ersten Mal zeigen können, dass die sEH in Säugern ein bifunktionelles Enzym ist, welches zusätzlich zur allgemein bekannten Enzymaktivität im C-terminalen Bereich eine weitere enzymatische Funktion mit Mg2+-abhängiger Phosphataseaktivität in der N-terminalen Domäne aufweist. Aufgrund der Homologie der N-terminalen Domäne mit anderen Enzymen der HAD Familie wird für die Ausübung der Phosphatasefunktion (Dephosphorylierung) eine Reaktion in zwei Schritten angenommen.rnUm den katalytischen Mechanismus der Dephosphorylierung weiter aufzuklären, wurden biochemische Analysen der humanen sEH Phosphatase durch Generierung von Mutationen im aktiven Zentrum mittels ortsspezifischer Mutagenese durchgeführt. Hiermit sollten die an der katalytischen Aktivität beteiligten Aminosäurereste im aktiven Zentrum identifiziert und deren Rolle bei der Dephosphorylierung spezifiziert werden. rnrnAuf Basis der strukturellen und möglichen funktionellen Ähnlichkeiten der sEH und anderen Mitgliedern der HAD Superfamilie wurden Aminosäuren (konservierte und teilweise konservierte Aminosäuren) im aktiven Zentrum der sEH Phosphatase-Domäne als Kandidaten ausgewählt.rnVon den Phosphatase-Domäne bildenden Aminosäuren wurden acht ausgewählt (Asp9 (D9), Asp11 (D11), Thr123 (T123), Asn124 (N124), Lys160 (K160), Asp184 (D184), Asp185 (D185), Asn189 (N189)), die mittels ortsspezifischer Mutagenese durch nicht funktionelle Aminosäuren ausgetauscht werden sollten. Dazu wurde jede der ausgewählten Aminosäuren durch mindestens zwei alternative Aminosäuren ersetzt: entweder durch Alanin oder durch eine Aminosäure ähnlich der im Wildtyp-Enzym. Insgesamt wurden 18 verschiedene rekombinante Klone generiert, die für eine mutante sEH Phosphatase Domäne kodieren, in dem lediglich eine Aminosäure gegenüber dem Wildtyp-Enzym ersetzt wurde. Die 18 Mutanten sowie das Wildtyp (Sequenz der N-terminalen Domäne ohne Mutation) wurden in einem Expressionsvektor in E.coli kloniert und die Nukleotidsequenz durch Restriktionsverdau sowie Sequenzierung bestätigt. Die so generierte N-terminale Domäne der sEH (25kD Untereinheit) wurde dann mittels Metallaffinitätschromatographie erfolgreich aufgereinigt und auf Phosphataseaktivität gegenüber des allgemeinen Substrats 4-Nitophenylphosphat getestet. Diejenigen Mutanten, die Phosphataseaktivität zeigten, wurden anschließend kinetischen Tests unterzogen. Basiered auf den Ergebnissen dieser Untersuchungen wurden kinetische Parameter mittels vier gut etablierter Methoden berechnet und die Ergebnisse mit der „direct linear blot“ Methode interpretiert. rnDie Ergebnisse zeigten, dass die meisten der 18 generierten Mutanten inaktiv waren oder einen Großteil der Enzymaktivität (Vmax) gegenüber dem Wildtyp verloren (WT: Vmax=77.34 nmol-1 mg-1 min). Dieser Verlust an Enzymaktivität ließ sich nicht durch einen Verlust an struktureller Integrität erklären, da der Wildtyp und die mutanten Proteine in der Chromatographie das gleiche Verhalten zeigten. Alle Aminosäureaustausche Asp9 (D9), Lys160 (K160), Asp184 (D184) und Asn189 (N189) führten zum kompletten Verlust der Phosphataseaktivität, was auf deren katalytische Funktion im N-terminalen Bereich der sEH hindeutet. Bei einem Teil der Aminosäureaustausche die für Asp11 (D11), Thr123 (T123), Asn124 (N124) und Asn185 (D185) durchgeführt wurden, kam es, verglichen mit dem Wildtyp, zu einer starken Reduktion der Phosphataseaktivität, die aber dennoch für die einzelnen Proteinmutanten in unterschiedlichem Ausmaß zu messen war (2 -10% and 40% of the WT enzyme activity). Zudem zeigten die Mutanten dieser Gruppe veränderte kinetische Eigenschaften (Vmax allein oder Vmax und Km). Dabei war die kinetische Analyse des Mutanten Asp11  Asn aufgrund der nur bei dieser Mutanten detektierbaren starken Vmax Reduktion (8.1 nmol-1 mg-1 min) und einer signifikanten Reduktion der Km (Asp11: Km=0.54 mM, WT: Km=1.3 mM), von besonderem Interesse und impliziert eine Rolle von Asp11 (D11) im zweiten Schritt der Hydrolyse des katalytischen Zyklus.rnZusammenfassend zeigen die Ergebnisse, dass alle in dieser Arbeit untersuchten Aminosäuren für die Phosphataseaktivität der sEH nötig sind und das aktive Zentrum der sEH Phosphatase im N-terminalen Bereich des Enzyms bilden. Weiterhin tragen diese Ergebnisse zur Aufklärung der potenziellen Rolle der untersuchten Aminosäuren bei und unterstützen die Hypothese, dass die Dephosphorylierungsreaktion in zwei Schritten abläuft. Somit ist ein kombinierter Reaktionsmechanismus, ähnlich denen anderer Enzyme der HAD Familie, für die Ausübung der Dephosphorylierungsfunktion denkbar. Diese Annahme wird gestützt durch die 3D-Struktur der N-terminalen Domäne, den Ergebnissen dieser Arbeit sowie Resultaten weiterer biochemischer Analysen. Der zweistufige Mechanismus der Dephosphorylierung beinhaltet einen nukleophilen Angriff des Substratphosphors durch das Nukleophil Asp9 (D9) des aktiven Zentrums unter Bildung eines Acylphosphat-Enzym-Zwischenprodukts, gefolgt von der anschließenden Freisetzung des dephosphorylierten Substrats. Im zweiten Schritt erfolgt die Hydrolyse des Enzym-Phosphat-Zwischenprodukts unterstützt durch Asp11 (D11), und die Freisetzung der Phosphatgruppe findet statt. Die anderen untersuchten Aminosäuren sind an der Bindung von Mg 2+ und/oder Substrat beteiligt. rnMit Hilfe dieser Arbeit konnte der katalytischen Mechanismus der sEH Phosphatase weiter aufgeklärt werden und wichtige noch zu untersuchende Fragestellungen, wie die physiologische Rolle der sEH Phosphatase, deren endogene physiologische Substrate und der genaue Funktionsmechanismus als bifunktionelles Enzym (die Kommunikation der zwei katalytischen Einheiten des Enzyms) wurden aufgezeigt und diskutiert.rn

Tailored epoxide monomers as building units for multifunctional poly(ethylene glycol)

Poly(ethylenglykol) (PEG) ist eines der wichtigsten Polymere für pharmazeutische und biomedizinische Zwecke. Dies lässt sich vor allen Dingen auf seine ausgezeichnete Biokompatibilität, seine hohe chemische Stabilität sowie seine sehr gute Wasserlöslichkeit zurückführen. Neben seiner Anwendung in Produkten wie Lebensmitteln und Kosmetika ist PEG vor allem im pharmazeutischen Bereich unersetzlich geworden. Hier dient PEG als Grundlage für Salben, es kommt aber auch in der sogenannten „PEGylierung“ zum Einsatz. Unter PEGylierung versteht man die kovalente Verknüpfung von PEG mit Wirkstoffmolekülen, beispielsweise Proteinen oder niedermolekularen Medikamenten. In der akademischen Forschung sind aber auch PEGylierte Nanopartikel oder durch PEG stablisierte Liposomen für die Applikation im Bereich der Medizin von hohem Interesse. Trotz seiner breiten Verwendung hat PEG zwei entscheidende Nachteile: Zum einen benötigt man gerade im Hinblick auf PEGylierungen viele funktionelle Gruppe, jedoch trägt PEG maximal zwei Hydroxyl-Gruppen (die Endgruppen), die für kovalente Verknüpfungen genutzt werden können. Zum anderen ist PEG nicht in physiologischer Umgebung abbaubar und kann daher in vivo oberhalb eines Molekulargewichts von 40 000 g/mol nicht eingesetzt werden, da sonst eine Ausscheidung über die Niere nicht möglich ist und eine ungewollte Anreicherung im Körper stattfindet.rnDie durch die geringe Anzahl an Endgruppen limitierte Beladungsdichte kann durch das Design neuer Epoxid-Derivate und deren statistischen Einbau in das PEG Rückgrat deutlich verbessert werden. Im ersten Teil dieser Arbeit werden drei neuartige funktionelle Oxirane vorgestellt, die systematisch mit Ethylenoxid copolymerisiert wurden, was die selektive Einführung verschiedener funktioneller Gruppen am Polymerrückgrat ermöglicht. Im Vordergrund der Betrachtungen standen die Eigenschaften der neuartigen multifunktionellen (mf)-PEG Copolymere im Hinblick auf ihr thermisches Verhalten sowie die Verteilung der funktionellen Gruppen (Mikrostruktur) innerhalb des PEG-Rückgrats. Die gezielte Adressierbarkeit der funktionellen Gruppen konnte durch verschiedene Modellreaktionen bestätigt werden. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass sich mit der vorgestellten Synthesestrategie komplexe Hybridmaterialien, beispielsweise metallhaltige Polyether, darstellen lassen. Mit Hinblick auf die biomedizinischen Anwendungen und die Konkurrenz zu etablierten PEG-Hompolymeren, standen die Wasserlöslichkeit und die Toxizität der synthetisierten Materialien im Zentrum weiterer Untersuchungen. Alle dargestellten Polymere zeigten einen Trübungspunkt in Wasser, der sich in Abhängigkeit der Zusammensetzung und Hydrophobizität der Comonomere über ein weites Temperaturspektrum variieren und somit systematisch einstellen ließ. Die Toxizität der statistischen mf-PEGs lag im Bereich von PEG, was die mf-PEGs interessant für biomedizinische Anwendung macht.rnIm zweiten Teil der Arbeit wurden Copolymerisationen verwendet, um über erstmals hergestellte Epoxid-Inimere sauer spaltbare Einheiten in das Polyetherrückgrat einzuführen. Die neuen, verzweigten Strukturen wurden auf die Zersetzung in physiologisch relevantem Milieu untersucht. Die erzielte pH-abhängige Spaltbarkeit, kann für potenzielle Anwendungen beispielsweise in der Krebstherapie, von Vorteil sein.rn

Terreic acid, a quinone epoxide inhibitor of Bruton’s tyrosine kinase

Bruton’s tyrosine kinase (Btk) plays pivotal roles in mast cell activation as well as in B cell development. Btk mutations lead to severe impairments in proinflammatory cytokine production induced by cross-linking of high-affinity IgE receptor on mast cells. By using an in vitro assay to measure the activity that blocks the interaction between protein kinase C and the pleckstrin homology domain of Btk, terreic acid (TA) was identified and characterized in this study. This quinone epoxide specifically inhibited the enzymatic activity of Btk in mast cells and cell-free assays. TA faithfully recapitulated the phenotypic defects of btk mutant mast cells in high-affinity IgE receptor-stimulated wild-type mast cells without affecting the enzymatic activities and expressions of many other signaling molecules, including those of protein kinase C. Therefore, this study confirmed the important roles of Btk in mast cell functions and showed the usefulness of TA in probing into the functions of Btk in mast cells and other immune cell systems. Another insight obtained from this study is that the screening method used to identify TA is a useful approach to finding more efficacious Btk inhibitors.

Position-specific trapping of topoisomerase I–DNA cleavage complexes by intercalated benzo[a]- pyrene diol epoxide adducts at the 6-amino group of adenine

DNA topoisomerase I (top1) is the target of potent anticancer agents, including camptothecins and DNA intercalators, which reversibly stabilize (trap) top1 catalytic intermediates (cleavage complexes). The aim of the present study was to define the structural relationship between the site(s) of covalently bound intercalating agents, whose solution conformations in DNA are known, and the site(s) of top1 cleavage. Two diastereomeric pairs of oligonucleotide 22-mers, derived from a sequence used to determine the crystal structure of top1–DNA complexes, were synthesized. One pair contained either a trans-opened 10R- or 10S-benzo[a]pyrene 7,8-diol 9,10-epoxide adduct at the N6-amino group of a central 2′-deoxyadenosine residue in the scissile strand, and the other pair contained the same two adducts in the nonscissile strand. These adducts were derived from the (+)-(7R,8S,9S,10R)- and (−)-(7S,8R,9R,10S)-7,8-diol 9,10-epoxides in which the benzylic 7-hydroxyl group and the epoxide oxygen are trans. On the basis of analogy with known solution conformations of duplex oligonucleotides containing these adducts, we conclude that top1 cleavage complexes are trapped when the hydrocarbon adduct is intercalated between the base pairs flanking a preexisting top1 cleavage site, or between the base pairs immediately downstream (3′ relative to the scissile strand) from this site. We propose a model with the +1 base rotated out of the duplex, and in which the intercalated adduct prevents religation of the corresponding nucleotide at the 5′ end of the cleaved DNA. These results suggest mechanisms whereby intercalating agents interfere with the normal function of human top1.

Methyl Jasmonate Induces Lauric Acid ω-Hydroxylase Activity and Accumulation of CYP94A1 Transcripts but Does Not Affect Epoxide Hydrolase Activities in Vicia sativa Seedlings1

Treatment of etiolated Vicia sativa seedlings by the plant hormone methyl jasmonate (MetJA) led to an increase of cytochrome P450 content. Seedlings that were treated for 48 h in a 1 mm solution of MetJA stimulated ω-hydroxylation of 12:0 (lauric acid) 14-fold compared with the control (153 versus 11 pmol min−1 mg−1 protein, respectively). Induction was dose dependent. The increase of activity (2.7-fold) was already detectable after 3 h of treatment. Activity increased as a function of time and reached a steady level after 24 h. Northern-blot analysis revealed that the transcripts coding for CYP94A1, a fatty acid ω-hydroxylase, had already accumulated after 1 h of exposure to MetJA and was maximal between 3 and 6 h. Under the same conditions, a study of the enzymatic hydrolysis of 9,10-epoxystearic acid showed that both microsomal and soluble epoxide hydrolase activities were not affected by MetJA treatment.

Toxicological profile for heptachlor/heptachlor epoxide /

ATSDR/TP-92/11.

A stable rearrangement product of humulene-4,5-epoxide

Humulene-4,5-monoepoxide, 1, may rearrange to the cyclopropyl diol 2 during chromatography over silica. The rearrangement can be reversed with acid.

Selective reductions using visible light photocatalysts of supported gold nanoparticles

Photocatalytic synthesis using visible light is a desirable chemical process because of its potential to utilize sunlight. Supported gold nanoparticles (Au-NPs) were found to be efficient photocatalysts and the effects of the supports were identified including CeO2, TiO2, ZrO2, Al2O3, and zeolite Y. In particular Au/CeO2 exhibited the high catalytic activity to reduce nitroaromatics to azo compounds, hydrogenate azobenzene to hydroazobenzene, reduce ketones to alcohols, and deoxygenate epoxides to alkenes at ambient temperatures, under irradiation of visible light (or simulated sunlight). The reac-tive efficiency depends on two primary factors: one is the light adsorption of catalysts and another is the driving ability of catalysts corresponding to the reactants. The light absorption by Au-NPs is due to surface plasmon resonance effect or inter-band electron transition; this is related to the reduction ability of the photocatalysts. Irradiation with shorter wavelengths can excite the conduction electrons in Au-NPs to higher energy levels and as a result, induce reduction with more negative reduction potentials. It is known when irradiated with light the Au-NPs can abstract hydrogen from isopropanol forming Au-H species on the Au-NP surface. Hence, we proposed that the active Au-H species will react with the N=O, N=N, C=O double bonds or epoxide bonds, which are weakened by the interaction with the excited electrons in the Au-NPs, and yield the final reductive products. The reacting power of the Au-H species depends on the energy of the excited electrons in Au-NPs: the higher the electronic energy, the stronger the reduction ability of the Au-H species. This finding demonstrates that we can tune the reduction ability of the photocatalysts by manipulating the irradiation wavelength.