Design, Synthese und Biologische Testung neuartiger Chalkon-Derivate als ABCG2 Inhibitoren

Abstract

Multidrug Resistenz (MDR) von Krebszellen, verursacht durch eine gesteigerte Expression von ABC Transportern, zählt zu den Gründen für das Scheitern einer Chemotherapie. Die Entwicklung potenter und selektiver Inhibitoren jener Transportproteine könnte eine Schlüsselrolle in der Überwindung der MDR einnehmen und so die Effizienz von Chemotherapien steigern. Ziel dieser Arbeit waren das Design und die Synthese einer Substanzbibliothek neuer strukturell unterschiedlicher Chalkon-Derivate als ABCG2 Inhibitoren. Insgesamt wurden 129 Derivate synthetisiert, welche in die drei Stoffklassen Pyrazole, Acryloylphenylcarboxamide und Chinazolin-Chalkone unterteilt sind.<br /> Weiterhin wurden eine Reihe zellbasierter Assays zur Charakterisierung der synthetisierten Verbindungen in Hinblick auf ihre inhibitorische Aktivität gegenüber ABCG2, der Affinität zu ABCB1 und ABCC1, Evaluierung der intrinsischen Zytotoxizität und Effektivität die MDR zu überwinden, durchgeführt. <br /> In dem ersten Teilprojekt wurde die α,β-ungesättigten Carbonylpartialstruktur des Chalkons durch Einbettung eines Heterozyklus in die Grundstruktur aufgehoben. Anhand dessen sollte ermittelt werden, ob die Beibehaltung der α,β-ungesättigten Carbonylkomponente oder die Überführung in heterozyklische Derivate als unterstützend anzusehen ist. In diesem Sinne entstanden 25 Vertreter mit Zugehörigkeit zur Klasse der Pyrazole. Diese wurden sowohl auf ihre inhibitorische Aktivität gegenüber ABCG2 als auch auf Selektivität und Toxizität untersucht. Als potentester ABCG2 Inhibitor stellte sich Verbindung 70 heraus, verdeutlicht durch einen IC50-Wert von 0,391 µmol/l im Pheophorbid A Assay. Des Weiteren zeigte die Verbindung nur eine geringe intrinsische Zytotoxizität und keine signifikante Hemmwirkung gegenüber ABCB1 und ABCC1. <br /> In dem zweiten Teilprojekt erfolgten das Design und die Synthese der Acryloylphenylcarboxamide. Dazu erfolgte die Verknüpfung der typischen Chalkonstruktur mit einem dritten variablen aromatischen Rest über einen Amidlinker. Anhand von Struktur-Wirkungs-Beziehungen sollte der Vorteil einer Molekülerweiterung bzw. die Einführung einer Amidgruppe evaluiert sowie das optimale Substitutionsmuster am Ring A und B identifiziert werden. Ziel der ersten Serie an Vertretern war die Ermittlung der optimalen Amidlinkerposition am Ring A des Chalkons und des Substitutionsmusters am Carboxamid. Im Zuge dessen wurden 35 Verbindungen synthetisiert, inklusive struktureller Modifikation in Position 2‘, 3‘ und 4‘ am Ring A (Amidlinker) und Position 3 und 4 am Ring B des Chalkons. Die ermittelten Daten dienten als Grundlage für die weiterführende Entwicklung und Optimierung innerhalb der zweiten Serie an Derivaten (24 Verbindungen). Um die Aktivität der Acryloylphenylcarboxamide zu steigern und detailliertere Erkenntnisse über die Struktur-Wirkungs-Beziehung zu erhalten, wurde im Zuge der zweiten Serie der Ring A des Chalkons durch Einführung einer Mono(Position 4‘)- und Di(Position 4‘,5‘ und 4‘,6‘)-substitution mit Methoxygruppen variiert. Dies resultierte überwiegend in einer Erhöhung der inhibitorischen Aktivität gegenüber ABCG2. Weiterhin zeigte sich im Vergleich zu den Analoga der ersten Serie, dass sich die 4‘-Methoxy-substituierten Acryloylphenylcarboxamide überwiegend im submikromolaren Konzentrationsbereich selektiv gegenüber ABCG2 verhielten. Neben der hochpotenten inhibitorischen Aktivität, der geringen Affinität zu ABCB1 und ABCC1 sowie einer geringen Zytotoxizität zeigte die beste Verbindung einen IC50-Wert von 0,219 µmol/l und stellte sich innerhalb dieser Arbeit als vielversprechendster Kandidat für weiterführende in vivo Untersuchungen heraus. Zusammenfassend kristallisierten sich die 4‘-Methoxy-substituierten Acryloylphenylcarboxamide als hochpotente und nahezu selektive Klasse von neuen ABCG2 Inhibitoren heraus. <br /> In dem dritten Teilprojekt wurden zwei Klassen von bekannten ABCG2 Inhibitoren kombiniert. Dazu erfolgte die Heterodimerisierung der Chinazolin- und Chalkongrundstruktur unter Ausbildung eines Aminolinkers. Neben dem Ziel der Steigerung der inhibitorischen Aktivität der Chalkone sollte die gegenseitige Beeinflussung der beiden Strukturelemente eingehend untersucht werden. Abhängig vom Substitutionsmuster in Position 2, 4, 6 und 7 des Chinazolins, der meta bzw. para Position des Acryloylrestes (Ring A) und am Ring B des Chalkons ergab sich eine umfangreiche Serie von 34 Chinazolin-Chalkonen. Die Kombination aus dem Chinazolin- und Chalkon-Grundgerüst resultierte in hochpotenten ABCG2 Inhibitoren mit IC50-Werten im submikromolaren Konzentrationsbereich. Weiterhin zeigte die Mehrheit der Derivate nur eine geringe Affinität zu ABCB1 und keine Affinität zu ABCC1. Die Notwendigkeit, nicht toxische Wirkstoffe zu entwickeln, welche die Effluxfunktion der ABC Transporter zu hemmen vermögen und so die Effizienz einer Chemotherapie steigern, wird zunehmend relevanter. <br /> Die Ergebnisse dieser Arbeit verweisen auf das hohe Potential der Chalkon-Derivate als ABCG2 Inhibitoren. Die Beibehaltung der Grundstruktur der Chalkone, die Disubstitution mit Methoxygruppen am Ring B sowie die Variationen am Ring B können als Grundlage für die weiterführende Entwicklung von Inhibitoren dienen.