fousteris emmanouil phd
TRANSCRIPT
-
8/16/2019 Fousteris Emmanouil PhD
1/500
Ε Μ Μ Α Ν Ο Υ Η Λ Α. Φ Ο Υ Σ Τ Ε Ρ Η Σ
ΦΑΡΜΑΚΟΠΟΙΟΣ
ΣΥΝΘΕΣΗ ΝΕΩΝ ΠΥΡΡΟΛΟΚΑΡΒΑΖΟΛΙΚΩΝ ΑΝΑΛΟΓΩΝ ΤΟΥ
ΙΝΔΟΛΟΚΑΡΒΑΖΟΛΙΚΟΥ ΣΚΕΛΕΤΟΥ ΦΥΣΙΚΩΝ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ
ΩΣ ΑΝΑΣΤΟΛΕΩΝ ΕΝΖΥΜΩΝ ΤΟΥ Κ ΥΤΤΑΡΙΚΟΥ Κ ΥΚΛΟΥ
Δ Ι Δ Α Κ Τ Ο Ρ Ι Κ Η Δ Ι Α Τ Ρ Ι Β Η
ΥΠΟΒΛΗΘΗΚΕ ΣΤΟ ΦΑΡΜΑΚΕΥΤΙΚΟ ΤΜΗΜΑ
ΤΟΥ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥ ΠΑΤΡΩΝ
ΠΑΤΡΑ 2004
-
8/16/2019 Fousteris Emmanouil PhD
2/500
«Η έγκριση της Διδακτορικής διατριβής από το Φαρμακευτικό Τμήμα του
Πανεπιστημίου Πατρών, δεν υποδηλοί αποδοχή των γνωμών του συγγραφέα.» ( Νόμος
5343/32, άρθρ. 202 § 2)
-
8/16/2019 Fousteris Emmanouil PhD
3/500
…….στους γονείς μου
Αρτέμη και Ελευθερία…….
-
8/16/2019 Fousteris Emmanouil PhD
4/500
.......στην Κατερίνα και τον Αντώνη
που μας κοιτούν από ψηλά……..
-
8/16/2019 Fousteris Emmanouil PhD
5/500
ΠΡΟΛΟΓΟΣ
Η παρούσα μελέτη εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Φαρμακευτικής Χημείας του
Τμήματος Φαρμακευτικής του Πανεπιστημίου Πατρών και αποτελεί μια ερευνητική προσπάθεια σχεδιασμού και σύνθεσης νέων χημικών μορίων με σκοπό την εκλεκτική
στόχευση ενζύμων του κυτταρικού κύκλου και την εκδήλωση αντινεοπλασματικής
δράσης. Τα αποτελέσματα της παρούσας διατριβής αναμένεται να συμβάλλουν στη
διερεύνηση της σχέσης μεταξύ της χημικής δομής και της βιολογικής δραστικότητας
των εν λόγω ενώσεων, αποτελώντας παράλληλα χρήσιμο εργαλείο για τον περαιτέρω
σχεδιασμό νέων μορίων με βελτιωμένες ιδιότητες.
Ευχαριστώ θερμά τον Επίκουρο Καθηγητή Φαρμακευτικής Χημείας κ. Σωτήρη
Νικολαρόπουλο για την υπόδειξη του θέματος, την καθοδήγησή του και την ουσιαστική του συμπαράσταση καθ’ όλη τη διάρκεια της εργασίας αυτής. Επίσης,
ιδιαίτερα ευχαριστώ τον Καθηγητή Φαρμακογνωσίας και Χημείας Φυσικών
Προϊόντων κ. Παύλο Κορδοπάτη για τη βοήθειά του και τις υποδείξεις του κατά τη
διάρκεια εκπόνησης και συγγραφής της παρούσας μελέτης, τον Επίκουρο Καθηγητή
Φαρμακευτικής Χημείας κ. Γεώργιο Πάϊρα για τις ουσιαστικές του υποδείξεις σε όλα
τα στάδια της διατριβής και τον Αναπληρωτή Καθηγητή κ. Χαράλαμπο Καμούτση
για τη βοήθειά του.
Τις ευχαριστίες μου επίσης, εκφράζω προς την Επίκουρη Καθηγήτρια Μοριακής
Φαρμακολογίας κ. Ευαγγελία Παπαδημητρίου και την ερευνητική της ομάδα για τη
διεξαγωγή των βιολογικών δοκιμών ενώσεων που συντέθηκαν στα πλαίσια της
παρούσας διατριβής.
Ευχαριστώ όλα τα μέλη του Εργαστηρίου Φαρμακευτικής Χημείας και
ιδιαίτερα τους συναδέλφους μου κ. Ευαγγελία Αρσένου, κ. Άννα Κουτσουρέα και κ.
Κατερίνα Σπυριδωνίδου για την πολύτιμη βοήθεια και ουσιαστική συμπαράσταση
τους κατά τη διάρκεια εκπόνησης της παρούσας εργασίας, καθώς και τον κ. Δημήτρη
Βαχλιώτη από το Κέντρο Ενόργανης Ανάλυσης του Πανεπιστημίου Πατρών, για τη
λήψη των φασμάτων ΝΜR και τις στοιχειακές αναλύσεις.Επίσης, θερμά ευχαριστώ το Τμήμα Φαρμακευτικής του Πανεπιστημίου
Πατρών που μου έδωσε τη δυνατότητα να υλοποιήσω την παρούσα εργασία.
Τέλος, οι ευχαριστίες προς την οικογένεια μου είναι ένα μικρό δείγμα
ανταπόδοσης της ουσιαστικής στήριξης και της συμπαράστασης που μου παρείχε
καθ΄ όλη τη διάρκεια των σπουδών μου. Χωρίς αυτούς τίποτα δε θα ήταν εφικτό.
-
8/16/2019 Fousteris Emmanouil PhD
6/500
-
8/16/2019 Fousteris Emmanouil PhD
7/500
Π
Ε
Ρ
Ι
Ε
Χ
Ο
Μ
Ε
Ν
Α
-
8/16/2019 Fousteris Emmanouil PhD
8/500
Μανώλης Φουστέρης : Διδακτορική Διατριβή Περιεχόμενα
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ
Ε Ι Σ Α Γ Ω Γ Η
ΕΙΣΑΓΩΓΗ 3
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΤΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΣΤΟ ΚΥΤΤΑΡΟ. ΜΕΤΑΓΩΓΗ
ΣΗΜΑΤΟΣ 12
Γενικά στοιχεία 12
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2ΑΥΞΗΤΙΚΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΚΑΙ ΥΠΟΔΟΧΕΙΣ ΑΥΞΗΤΙΚΩΝ
ΠΑΡΑΓΟΝΤΩΝ 15
Γενικά στοιχεία 15
Υποδοχέας του επιδερμικού αυξητικού παράγοντα (EGFR) 19
Ο υποδοχέας HER2 24
Αγγειακός επιθηλιακός αυξητικός παράγοντας (VEGF) 27
Το μονοπάτι Ras/MAPK 31
Στόχευση των πρωτεϊνών Ras 34
Υποδοχέας αυξητικού παράγοντα των αιμοπεταλίων (PDGF) 40
Η πρωτεΐνη Bcr-Abl 41
Η οικογένεια των υποδοχέων του αυξητικού παράγοντα του
ινώδους (FGFR ) 44
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3ΜΕΤΑΓΡΑΦΙΚΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΚΑΙ ΣΗΜΑΤΟΔΟΤΙΚΑ
ΜΟΝΟΠΑΤΙΑ 63
Μεταγραφικοί παράγοντες 63
Κατηγορίες μεταγραφικών παραγόντων και εμπλοκή τους στον
καρκίνο 65
Υπολειπόμενες πυρηνικές πρωτεΐνες (Resident nuclear proteins) 67
Μεταγραφικός παράγοντας AP-1 (Jun-Fos) 69
Λανθάνοντες μεταγραφικοί παράγοντες 72
Μεταγωγείς σήματος και ενεργοποιητές της μεταγραφής -
Σηματοδοτικό μονοπάτι JAK/STATs 72
Ο παράγοντας NF-κ B 74Το σηματοδοτικό μονοπάτι WNT- β κατενίνης 78
i
-
8/16/2019 Fousteris Emmanouil PhD
9/500
Μανώλης Φουστέρης : Διδακτορική Διατριβή Περιεχόμενα
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ 82
Γενικά 82Γενική θεώρηση του κυτταρικού κύκλου 83
Ποιοτικός έλεγχος του κυτταρικού κύκλου 85
Ρύθμιση του κυτταρικού κύκλου 86
Ρύθμιση των CDKs 88
Βιολογικές λειτουργίες των CDKs 90
Υποστρώματα των CDKs 92
Η εξέλιξη του κυτταρικού κύκλου 93
Ανασταλτικές πρωτεΐνες & κυτταρικός κύκλος 95
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΚΑΡΚΙΝΟΣ ΚΑΙ ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ 108
CDKs 108
Κυκλίνες 108
Ένζυμα που ενεργοποιούν τις CDKs 109
Αναστολείς των CDKs (CKIs) 110
Υποστρώματα των CDKs: pRb 111
pRb κυτταρικός κύκλος και καρκίνος 113
Πρωτεΐνες των σημείων ελέγχου: p53 114
Το δίκτυο του p53 116Τι ακολουθεί την ενεργοποίηση του p53 120
p53 και καρκίνος 122
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΧΗΜΙΚΟΙ ΑΝΑΣΤΟΛΕΙΣ ΤΟΥ ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΥ ΚΥΚΛΟΥ 129
Έμμεση αναστολή των CDKs 130
Άμεση αναστολή των CDKs 132
Πρόσδεση ATP και άλλων υποστρωμάτων στις CDKs 133
Κατηγορίες ATP-συναγωνιστικών αναστολέων 135Πουρίνες 135
Φλαβόνες 138
Βουτυρολακτόνη (butyrolactone) 143
Ινδολο[2,3-a]καρβαζόλια 144
Πυριμιδίνες 146
Πυριδο[2,3-d]πυριμιδόνες 148
Οξοϊνδόλια 150
Paullones 153
Fascaplysin 156
Hymenialdsisine 157
ii
-
8/16/2019 Fousteris Emmanouil PhD
10/500
Μανώλης Φουστέρης : Διδακτορική Διατριβή Περιεχόμενα
Ακριδόνες και Βενζοθειαδιαζίνες 159
Παράγωγα διαρυλουρίας 160
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ΤΟΠΟΪΣΟΜΕΡΑΣΕΣ 173
Γενικά στοιχεία 174
Τύποι τοποϊσομερασών 175
Προκαρυωτικές τοποϊσομεράσες 176
Ευκαρυωτικές τοποϊσομεράσες 178
Τοποϊσομεράσες και κυτταρικός κύκλος 180
Ευκαρυωτική DNA τοποϊσομεράση I 181
Καταλυτικοί μηχανισμοί 181
Μηχανισμός τρανσεστεροποίησης και καταλυτικό κέντρο της ανθρώπινης topo I 183
Βιολογικές λειτουργίες της ευκαρυωτικής topo I 185
Ρύθμιση της ευκαρυωτικής topo I 187
Σύνδεση της topo I με άλλες πρωτεΐνες . 188
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 ΧΗΜΙΚΟΙ ΑΝΑΣΤΟΛΕΙΣ ΤΟΠΟΪΣΟΜΕΡΑΣΗΣ Ι 196
Δηλητήρια της topo I 196
Καμπτοθεκίνες (CPTs) 196 Δομή και χημεία 197
Μηχανισμός δράσης 198
Άλλες βιοχημικές δράσεις της CPT 200
Σχέσεις χημικής δομής - βιολογικής δραστικότητας των CPTs 201
Βενζοανθρακένια 208
Βενζοφαιναθριδίνες , πρωτοβερβερίνες . 209
Άλλες ετεροκυκλικές αρωματικές ενώσεις 210
Ινδολοκαρβαζόλια 211
Rebeccamycin 212
Σχέσεις χημικής δομής βιολογικής δραστικότητας rebeccamycin και παραγώγων αυτής 215
Ημισυνθετικά ανάλογα της rebeccamycin 222
Ινδολοκαρβαζολικά παράγωγα με δράσεις εκτός της topo I 230
Tjipanazoles 230
Arcyriaflavins 233
5,11-dihydroindolo[3,2-b]carbazoles 235
Παράγωγα των 5,6,11,12-τετραϋδροϊνδολο[2,3-a]
καρβαζολίων 237
Άλλα δηλητήρια της topo I 237
Βενζιμιδαζόλια 237
iii
-
8/16/2019 Fousteris Emmanouil PhD
11/500
Μανώλης Φουστέρης : Διδακτορική Διατριβή Περιεχόμενα
Ενώσεις που αλληλεπιδρούν με την μικρή αύλακα του DNA 238
Bulgarein 238
DNA ενδοπαρεμβολείς . 238
Συζεύγματα ανθρακενυλο-αμινοξέων 238Καταστολείς της topo I 239
Σ Κ Ο Π Ο Σ
ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΠΑΡΟΥΣΑΣ ΜΕΛΕΤΗΣ 259
Θ Ε Ω Ρ Η Τ Ι Κ Ο Μ Ε Ρ Ο Σ
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9 ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΤΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ ΤΟΥ ΠΥΡΡΟΛΙΟΥ 263
Γενικά στοιχεία 263
Ηλεκτρόφιλη αρωματική υποκατάσταση σε άνθρακα του
πυρρολίου 265
Ηλεκτρόφιλη υποκατάσταση στο άζωτο του πυρρολίου 266
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 10
ΣΥΝΘΕΣΗ ΥΠΟΚΑΤΕΣΤΗΜΕΝΩΝ ΠΥΡΡΟΛΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΤΡΑΫΔΡΟΪΝΔΟΛΙΚΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΩΝ 267
Σύνθεση του αιθυλικού 2-πυρρολο-καρβοξυλικού εστέρα 267
Ηλεκτρόφιλη αρωματική υποκατάσταση του αιθυλικού 2-
πυρρολο-καρβοξυλικού εστέρα και 2,4-διϋποκατεστημένα
πυρρόλια 270
Ακυλίωση Friedel-Crafts του αιθυλικού 2-πυρρολο-καρβοξυλικού
εστέρα 271
Επιλογή στρατηγικής σύνθεσης ινδολικών παραγώγων από
πυρρολικά παράγωγα 277
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11 ΣΥΝΘΕΣΗ ΠΥΡΡΟΛΟΚΑΡΒΑΖΟΛΙΚΩΝ ΑΝΑΛΟΓΩΝ 285
Εισαγωγικά στοιχεία 285
Ινδολοποίηση κατά Fischer 288
Μηχανισμός της ινδολοποίησης κατά Fischer 289
Καταλύτες για την ινδολοποίηση κατά Fischer 291
Ο ρόλος της καρβονυλικής ένωσης 293
Ο ρόλος της υδραζίνης 294
iv
-
8/16/2019 Fousteris Emmanouil PhD
12/500
Μανώλης Φουστέρης : Διδακτορική Διατριβή Περιεχόμενα
Σύνθεση απλών πυρρολοκαρβαζολικών αναλόγων 296
Διερεύνηση της μεθόδου σύνθεσης πυρρολο[2,3-a]καρβαζολικών
παραγώγων 297
Επιλογή της μεθόδου σύνθεσης πυρρολο[2,3-a]καρβαζολικών παραγώγων 302
Αντιδραστήριο PPSE 303
Περιγραφή της μεθόδου σύνθεσης των πυρρολο[2,3-a]
καρβαζολικών παραγώγων 305
Διερεύνηση των συνθηκών αρωματοποίησης 309
Τοποϊσομερή προϊόντα από την αντίδραση ινδολοποίησης 311
Πυρρολο[2,3-a]καρβαζολικά παράγωγα από την ινδολοποίηση
κατά Fischer του αιθυλικού 3- βρωμο-7-οξο-4,5,6,7-
τετραϋδροϊνδολοκαρβοξυλικού εστέρα (37) 313
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 12 ΠΡΟΚΑΤΑΡΚΤΙΚΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΣΥΝΘΕΣΗ
ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΜΕΝΩΝ ΕΝΔΙΑΜΕΣΩΝ ΚΑΙ ΤΕΛΙΚΩΝ
ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ 323
Προκαταρκτικά πειράματα για την σύνθεση τροποποιημένων
πυρρολοκαρβαζολικών αναλόγων 323
Δημιουργία αμιδικού δεσμού στο 4-(2-αιθοξυκαρβονυλοπυρρολο-
4-υλ ) βουτυρικό οξύ (30) 324
Μετάθεση κατά Beckmann της οξίμης του αιθυλικού 4-(3- μεθοξυκαρβονυλοπροπιονυλ )πυρρολο-2-καρβοξυλικού εστέρα
(113) 326
Εισαγωγή λακταμικής ομάδας σε τετραϋδροϊνδολικό σκελετό 328
Ινδολοποίηση κατά Fischer του αιθυλικού 4-[2-(1,3-
διθειολανυλ )]-7-οξο-4,5,6,7-τετραϋδροϊνδολο-καρβοξυλικού
εστέρα (40) 329
Απομάκρυνση της 1,3-διθειολανικής ομάδας από τον αιθυλικό 4-
[2-(1,3-διθειολανυλ )]-7-οξο-4,5,6,7-τετραϋδροϊνδολο-
καρβοξυλικού εστέρα (40) 330
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 13 ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΤΟΥ ΠΥΡΡΟΛΙΚΟΥ ΑΖΩΤΟΥ ΠΥΡΡΟΛΙΚΩΝ ΚΑΙ
ΤΕΤΡΑΫΔΡΟΪΝΔΟΛΙΚΩΝ ΕΝΔΙΑΜΕΣΩΝ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ 333
Προστατευτικές ομάδες του πυρρολίου 333
Κριτήρια επιλογής προστατευτικής ομάδας 335
Προστασία του αιθυλικού 2-πυρρολο-καρβοξυλικού εστέρα (2) με
βενζολοσουλφονυλομάδα 337
Προστασία του μεθυλικού 4-[2-(1,3-διθειολανυλ )]-4-(2-
αιθοξυκαρβο-νυλοπυρρολ-4-υλ ) βουτυρικού εστέρα (39) με 338
v
-
8/16/2019 Fousteris Emmanouil PhD
13/500
Μανώλης Φουστέρης : Διδακτορική Διατριβή Περιεχόμενα
βενζολοσουλφονυλομάδα
Προστασία με διαιθοξυμεθυλομάδα (diethoxymethyl, DEM) 339
Προστασία με μεθυλομάδα 341
Προστασία με βενζυλομάδα 344
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 14 ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΣΥΝΘΕΤΙΚΗΣ ΧΡΗΣΙΜΟΤΗΤΑΣ ΤΩΝ
ΠΡΟΣΤΑΤΕΥΜΕΝΩΝ ΣΤΟ ΠΥΡΡΟΛΙΚΟ ΑΖΩΤΟ ΕΝΔΙΑΜΕΣΩΝ
ΜΟΡΙΩΝ 348
Χρησιμοποίηση των προστατευμένων μορίων στο συνθετικό
σχήμα 348
Ν - βενζολοσουλφονικά παράγωγα 348
DEM-προστατευμένα παράγωγα 353
Επιλογή της Ν - μεθυλο προστασίας για την σύνθεση σημαντικών ενδιαμέσων 355
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 15 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΤΩΝ ΜΕΘΥΛΙΩΜΕΝΩΝ ΣΤΟ ΠΥΡΡΟΛΙΚΟ ΑΖΩΤΟ
ΕΝΔΙΑΜΕΣΩΝ ΜΟΡΙΩΝ ΣΤΟ ΣΥΝΘΕΤΙΚΟ ΣΧΗΜΑ 358
Ν - μεθυλο κυκλική θειοκετάλη (128) 358
Σύνθεση πυρρολοαζεπινόνης 359
Αποπροστασία της θειοκεταλοπυρρολολακτάμης (141) 363
Αποπροστασία Ν - μεθυλο κυκλικής θειοκετάλης (128) 366Ν - μεθυλο-πυρρολικός εστέρας (129) 369
Ν - μεθυλο τετραϋδροϊνδολική κετόνη (127) 371
Τροποποιημένα ανάλογα της κετόνης 127 στην 3-θέση 371
Εισαγωγή βρωμίου 371
Εισαγωγή κυανομάδας 373
Εισαγωγή της νιτροομάδας 374
Διεύρυνση του τετραϋδροϊνδολικού δακτυλίου της κετόνης
(127) 377
Οξείδωση του τετραϋδροϊνδολικού δακτυλίου της κετόνης
(127) 378 Αμίνωση του διπλού δεσμού της 4,7-ινδολοκινόνης 381
Pd-καταλυόμενη οξειδωτική κυκλοποίηση της
αμινοϊνδολοκινόνης 382
Π Ε Ι Ρ Α Μ Α Τ Ι Κ Ο Μ Ε Ρ Ο Σ
ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΙΑ – ΟΡΓΑΝΑ 393
vi
-
8/16/2019 Fousteris Emmanouil PhD
14/500
Μανώλης Φουστέρης : Διδακτορική Διατριβή Περιεχόμενα
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 16 395
ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΥΝΘΕΣΗΣ ΑΠΛΩΝ ΠΥΡΡΟΛΙΚΩΝ ΚΑΙ
ΤΕΤΡΑΫΔΡΟΪΝΔΟΛΙΚΩΝ ΕΝΔΙΑΜΕΣΩΝ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ 395
Σύνθεση αιθυλικού 2-πυρρολοκαρβοξυλικού εστέρα (2) 395
2-τριχλωροακετυλο-πυρρόλιο (13) 395
Αιθυλικός 2-πυρρολο-καρβοξυλικός εστέρας (2) 395
Σύνθεση του αιθυλικού 7-οξο-4,5,6,7-τετραϋδροϊνδολο-2-
καρβοξυλικού εστέρα (34) 396
4-κετο-4-(2-αιθοξυκαρβονυλοπυρρολ-4-υλ ) βουτυρικό οξύ
(30) 396
4-(2-αιθοξυκαρβονυλοπυρρολ-4-υλ ) βουτυρικό οξύ (32) 397
Αιθυλικός 7-οξο-4,5,6,7-τετραϋδροϊνδολο-2-καρβοξυλικός εστέρας (34) 397
Αιθυλικός 4-(3- μεθοξυκαρβονυλοπροπιονυλο )πυρρολο-2-
καρβοξυλικός εστέρας (31) 398
Αιθυλικός 4-(3- μεθοξυκαρβονυλοπροπυλο )πυρρολο-2-
καρβοξυλικός εστέρας (33) 399
4-(2-αιθοξυκαρβονυλοπυρρολ-4-υλ ) βουτυρικό οξύ (32) 399
Εστεροποίηση της καρβοξυλομάδας του 4-κετο-4-(2-
αιθοξυκαρβονυλοπυρρολ-4-υλ ) βουτυρικού οξέος 400
Αιθυλικός 4-(3- μεθοξυκαρβονυλοπροπιονυλο )πυρρολο-2-
καρβοξυλικός εστέρας (31) 400 Αιθυλικός 4-(3-αιθοξυκαρβονυλοπροπιονυλο )πυρρολο-2-
καρβοξυλικός εστέρας (35) 401
Σύνθεση αιθυλικού 6- βρωμο-7-οξο-4,5,6,7-τετραϋδροϊνδολο-2-
καρβοξυλικού εστέρα (36) 401
Σύνθεση αιθυλικού 3- βρωμο-7-οξο-4,5,6,7-τετραϋδροϊνδολο-2-
καρβοξυλικού εστέρα (37) 402
Υπερβρωμική υδροβρωμική πυριδίνη 402
Αιθυλικός 3- βρωμο-7-οξο-4,5,6,7-τετραϋδροϊνδολο-2-
καρβοξυλικός εστέρας (37) 402
Σύνθεση του αιθυλικού 4-[2-(1,3-διθειολανυλ )]-7-οξο-4,5,6,7-τετραϋδρο-ϊνδολο-2-καρβοξυλικού εστέρα (40) 403
4-[2-(1,3-διθειολανυλ )]-4-(2-αιθοξυκαρβονυλοπυρρολ-4-υλ )
βουτυρικό οξύ (38) 403
Aιθυλικός 4-[2-(1,3-διθειολανυλ )]-7-οξο-4,5,6,7-
τετραϋδροϊνδολο-2-καρβοξυλικός εστέρας (40) 404
Εστεροποίηση της καρβοξυλομάδας του 4-[2-(1,3-διθειολανυλ )]-
4-(2-αιθοξυκαρβονυλοπυρρολ-4-υλ ) βουτυρικού οξέος 405
Μεθυλικός 4-[2-(1,3-διθειολανυλ )]-4-(2-
αιθοξυκαρβουνολοπυρρολ-4-υλ ) βουτυρικός εστέρας (39) 405
vii
-
8/16/2019 Fousteris Emmanouil PhD
15/500
Μανώλης Φουστέρης : Διδακτορική Διατριβή Περιεχόμενα
ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΥΝΘΕΣΗΣ ΠΥΡΡΟΛΟ[2,3-a]ΚΑΡΒΑΖΟΛΙΚΩΝ
ΤΕΛΙΚΩΝ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ 406
Παρασκευή των Πυρρολο[2,3-a]καρβαζολικών Αναλόγων 406Γενική μέθοδος παρασκευής των αρυλοϋδραζονών (105a-i) 406
Παρασκευή του αντιδραστηρίου PPSE 406
Γενική μέθοδος παρασκευής των τελικών προϊόντων (80a-i) 406
Αφυδρογόνωση των 4,5-διϋδρο-πυρρολο[2,3-a]καρβαζολικών
παραγώγων (106a-i) 407
Παρασκευή των 3-Βρωμο-πυρρολο[2,3-a]καρβαζολικών
Αναλόγων 410
Γενική μέθοδος παρασκευής των αρυλοϋδραζονών (108a-i) 410
Παρασκευή του αντιδραστηρίου PPSE 410
Γενική μέθοδος παρασκευής των τελικών προϊόντων (107a-i) 410 Αφυδρογόνωση των 3- βρωμο-4,5-διϋδρο-πυρρολο[2,3-
a]καρβαζολικών παραγώγων 109(a-i) 410
ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΥΝΘΕΣΗΣ ΟΞΙΜΩΝ ΑΠΛΩΝ ΠΥΡΡΟΛΙΚΩΝ ΚΑΙ
ΤΕΤΡΑΫΔΡΟΪΝΔΟΛΙΚΩΝ ΕΝΔΙΑΜΕΣΩΝ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ 413
Σύνθεση μίγματος ισομερών οξιμών του 4-(2-
αιθοξυκαρβονυλοπυρρολο-4-υλ ) βουτυρικού οξέος (30) 413
Σύνθεση της syn-οξίμης του αιθυλικού 4-(3-
αιθοξυκαρβονυλοπροπιονυλο ) πυρρολο-2-καρβοξυλικού εστέρα (112) 415
Σύνθεση της syn-οξίμης του αιθυλικού 4-(3-
μεθοξυκαρβονυλοπροπιονυλο ) πυρρολο-2-καρβοξυλικού εστέρα
(113) 416
Σύνθεση ισομερών οξιμών του αιθυλικού 4-[2-(1,3-
διθειολανυλ )]-7-οξο-4,5,6,7-τετραϋδροϊνδολο-2-καρβοξυλικού
εστέρα (114a και 114b) 417
ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΥΝΘΕΣΗΣ Ν-ΥΠΟΚΑΤΕΣΤΗΜΕΝΩΝ
ΠΥΡΡΟΛΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΤΡΑΫΔΡΟΪΝΔΟΛΙΚΩΝ ΕΝΔΙΑΜΕΣΩΝ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ 419
Ν -Βενζολοσουλφονυλο-παράγωγα 419
Σύνθεση του αιθυλικού 1- βενζολοσουλφονυλο-2-πυρρολο-
καρβοξυλικού εστέρα (120) 419
Σύνθεση του αιθυλικού 1- βενζολοσουλφονυλο-4-(3-
μεθοξυκαρβονυλο προπιονυλο )πυρρολο-2-καρβοξυλικού
εστέρα (132) 420
Σύνθεση του μεθυλικού 4-[2-(1,3-διθειολανυλ )]-4-(1-
βενζολοσουλφονυλο-2-αιθοξυκαρβονολοπυρρολ-4- 421
viii
-
8/16/2019 Fousteris Emmanouil PhD
16/500
Μανώλης Φουστέρης : Διδακτορική Διατριβή Περιεχόμενα
υλ ) βουτυρικού εστέρα (121)
Σύνθεση του 4-[2-(1,3-διθειολανυλ )]-4-(1-
βενζολοσουλφονυλο-2-αιθοξυκαρβο-νυλοπυρρολ-4-
υλ ) βουτυρικού οξέος (133) 422 Σύνθεση του αιθυλικού 1- βενζολοσουλφονυλο-4-[2-(1,3-
διθειολανυλ )]-7-οξο-4,5,6,7-τετραϋδροϊνδολο-2-
καρβοξυλικού εστέρα (134) 422
Ν - Διαιθοξυμεθυλο-παράγωγα 423
Σύνθεση του αιθυλικού 1-διαιθοξυμεθυλο-2-πυρρολο-
καρβοξυλικού εστέρα (123) 423
Σύνθεση του μεθυλικού 1-διαιθοξυμεθυλο-4-[2-(1,3-
διθειολανυλ )]-4-(2-αιθοξυκαρβουνολοπυρρολ-4-
υλ ) βουτυρικού εστέρα (124) 424
Ν -Μεθυλο-παράγωγα 424Γενική μέθοδος Ν - μεθυλο προστασίας πυρρολικών και
τετραϋδροϊδολικών ενδιαμέσων υπό συνθήκες κατάλυσης
μεταφοράς φάσης 424
Σύνθεση του 4-[2-(1,3-διθειολανυλ )]-4-(1- μεθυλο-2-
αιθοξυκαρβουνολοπυρρολ-4-υλ ) βουτυρικού οξέος (137) 426
Κυκλοποίηση του οξέος (137) προς τον αιθυλικό 1- μεθυλο-4-
[2-(1,3-διθειολανυλ )]-7-οξο-4,5,6,7-τετραϋδροϊνδολο-2-
καρβοξυλικό εστέρα (128) 427
ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΥΝΘΕΣΗΣ Ν-ΜΕΘΥΛΟ ΥΠΟΚΑΤΕΣΤΗΜΕΝΩΝ ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΜΕΝΩΝ ΕΝΔΙΑΜΕΣΩΝ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ 428
Σύνθεση της anti-οξίμης του αιθυλικού 1- μεθυλο-4-[2-(1,3-
διθειολανυλ )]-7-οξο-4,5,6,7-τετραϋδροϊνδολο-2-καρβοξυλικού
εστέρα (140) 428
Μετάθεση κατά Beckmann της οξίμης του αιθυλικού 1- μεθυλο-4-
[2-(1,3-διθειολανυλ )]-7-οξο-4,5,6,7-τετραϋδροϊνδολο-2-
καρβοξυλικού εστέρα 429
Υδρόλυση της 1,3-διθειολανικής ομάδας του αιθυλικού 1- μεθυλο-
4-[2-(1,3-διθειολανυλ )]-7-οξο-4,5,6,7-τετραϋδροϊνδολο-2-καρβοξυλικού εστέρα 430
Σύνθεση της syn-οξίμης του αιθυλικού 1- μεθυλο-4-(3-
μεθοξυκαρβονυλοπροπιονυλο )πυρρολο-2-καρβοξυλικού εστέρα
(147) 430
Σύνθεση του αιθυλικού 1- μεθυλο-3- βρωμο-7-οξο-4,5,6,7-
τετραϋδροϊνδολο-2-καρβοξυλικού εστέρα (151) 431
Σύνθεση του αιθυλικού 1- μεθυλο-3-νιτρο-7-οξο-4,5,6,7-
τετραϋδροϊνδολο-2-καρβοξυλικού εστέρα (153) 432
Σύνθεση του αιθυλικού 1- μεθυλο-7-οξο-4,5,6,7,8-πενταϋδρο-
πυρρολο[2,3-b]αζεπινο-2-καρβοξυλικού εστέρα (154) 433
ix
-
8/16/2019 Fousteris Emmanouil PhD
17/500
Μανώλης Φουστέρης : Διδακτορική Διατριβή Περιεχόμενα
Σύνθεση του αιθυλικού 8-ακετυλο-1- μεθυλο-7-οξο-4,5,6,7,8-
πενταϋδρο-πυρρολο[2,3-b]αζεπινο-2-καρβοξυλικού εστέρα (155) 433
ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΥΝΘΕΣΗΣ ΠΥΡΡΟΛΟ[3,2-b]ΚΑΡΒΑΖΟΛΟΚΙΝΟΝΙΚΟΥ ΣΚΕΛΕΤΟΥ 435
Οξείδωση του αιθυλικού 1- μεθυλο-7-οξο-4,5,6,7-
τετραϋδροϊνδολο-2-καρβοξυλικού εστέρα (127) 435
Αμίνωση του διπλού δεσμού του αιθυλικού 1- μεθυλο-4, 7-διοξο-
4,7-διϋδροϊνδολο-2-καρβοξυλικού εστέρα (146) 436
Οξειδωτική κυκλοποίηση του αιθυλικού 1- μεθυλο-4, 7-διοξο-5-
(N-ανιλινο )-4,7-διϋδροϊνδολο-2-καρβοξυλικού εστέρα (160) 437
Π Α Ρ Α Ρ Τ Η Μ Α
Γενικά στοιχεία 441
Μελέτη της επίδρασης των πυρρολο[2,3-a]καρβαζολικών
αναλόγων στον πολλαπλασιασμό καρκινικών κυττάρων C 6
πλειόμορφου γλοιοβλαστώματος 443
Μελέτη της επίδρασης των πυρρολο[2,3-a]καρβαζολικών
αναλόγων στη δράση του ενζύμου DNA-τοποϊσομεράση Ι 447
Μελέτη της επίδρασης των πυρρολο[2,3-a]καρβαζολικών
αναλόγων στη δράση του ενζύμου της κυκλινο-εξαρτώμενης κινάσης 1 (CDK1) 449
In vivo μελέτη της επίδρασης πυρρολο[2,3-a]καρβαζολικών
αναλόγων στη χοριοαλλαντοϊκή μεμβράνη εμβρύου όρνιθας 451
Μελέτη της επαγωγής της αγγειογένεσης 451
Μελέτη τοξικότητας 452
Σ Υ Ζ Η Τ Η Σ Η – Σ Υ Μ Π Ε Ρ Α Σ Μ Α Τ Α 457
Π Ε Ρ Ι Λ Η Ψ Η 475
S U M M A R Y 483
x
-
8/16/2019 Fousteris Emmanouil PhD
18/500
Μανώλης Φουστέρης : Διδακτορική Διατριβή Περιεχόμενα
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΙΝΑΚΩΝ
Πίνακας 1. Δραστικότητα του παραγώγου FLV-3 έναντι πρωτεϊνικών
κινασών.
Πίνακας 2. Δραστικότητα πυριδο[2,3-d]πυριμιδονικών παραγώγων .
Πίνακας 3. Δραστικότητα ( μM) παραγώγων της κατηγορίας των
paullones.
Πίνακας 4. Τύποι ευκαρυωτικών DNA τοποϊσομερασών .
Πίνακας 5. Σύγκριση του θεραπευτικού εύρους των J-107088 και άλλων
παραγόντων με Xenografts PC-3 ανθρώπινου καρκίνου του
προστάτη.
Πίνακας 6. Friedel-Crafts ακυλίωση του 2 με διάφορα οξέα κατά Lewis.
Πίνακας 7. Friedel-Crafts ακυλίωση του 2 με διάφορα ακυλοχλωρίδια
παρουσία AlCl 3.
Πίνακας 8. Σύγκριση της ακετυλίωσης του 2 με επίδραση
ακετυλοχλωριδίου και οξικού ανυδρίτη.
Πίνακας 9. Friedel-Crafts ακυλίωση του 26 με διάφορα οξέα κατά Lewis.
Πίνακας 10. Αντιδραστήρια και πειραματικές συνθήκες κατά τη
διερεύνηση σύνθεσης πυρρολο[2,3-a]καρβαζολικών
παραγώγων .
Πίνακας 11. Παρασκευή και σύσταση PPSE σε διάφορους διαλύτες .
Πίνακας 12. Σύνθεση πυρρολο[2,3-a]καρβαζολικών παραγώγων .
Πίνακας 13. Σύνθεση 3- βρωμο-πυρρολο[2,3-a]καρβαζολικών
παραγώγων .
Πίνακας 14. Παρασκευή της οξίμης του κετο-οξέος 30.
Πίνακας 15. Μετάθεση κατά Beckmann της οξίμης 113.
Πίνακας 16. Αποπροστασία της διθειοκεταλικής κετόνης 40.
Πίνακας 17. Προστασία του αζώτου της τετραϋδροϊνδολικής κετόνης 34
με βενζολοσουλφονυλομάδα.
Πίνακας 18. Προστασία του αζώτου του πυρρολικού εστέρα 39 με
βενζολοσουλφονυλομάδα.
Πίνακας 19. Προστασία του αζώτου πυρρολικών και
τετραϋδροϊνδολικών ενδιαμέσων με μεθυλομάδα.
Πίνακας 20. Αποτυχία εισαγωγής της βενζυλομάδας στο άζωτο του
μεθυλεστέρα 39.
xi
-
8/16/2019 Fousteris Emmanouil PhD
19/500
Μανώλης Φουστέρης : Διδακτορική Διατριβή Περιεχόμενα
Πίνακας 21. Friedel-Crafts ακυλίωση του ενδιαμέσου 120 υπό την
επίδραση ηλεκτρικού ανυδρίτη.
Πίνακας 22. Friedel-Crafts ακυλίωση του ενδιαμέσου 120 υπό την
επίδραση 3-καρβομεθοξυπροπιόνυλο χλωριδίου.
Πίνακας 23. Σύνθεση της οξίμης 140.
Πίνακας 24. Μετάθεση κατά Beckmann της οξίμης 140.
Πίνακας 25. Απομάκρυνση της 1,3-διθειολανικής ομάδας από το
παράγωγο 141.
Πίνακας 26. Απομάκρυνση της 1,3-διθειολανικής ομάδας από το
παράγωγο 128.
Πίνακας 27. Νίτρωση του παραγώγου 127 .
Πίνακας 28. Φασματοσκοπικά χαρακτηριστικά των πυρρολο[2,3-a]
καρβαζολικών αναλόγων .
Πίνακας 29. Φυσικοχημικά χαρακτηριστικά των πυρρολο[2,3-a]
καρβαζολικών αναλόγων .
Πίνακας 30. Φασματοσκοπικά χαρακτηριστικά των 3- βρωμο-
πυρρολο[2,3-a] καρβαζολικών αναλόγων .
Πίνακας 31. Φυσικοχημικά χαρακτηριστικά των 3- βρωμο-πυρρολο[2,3-
a]καρβαζολικών αναλόγων .
xii
-
8/16/2019 Fousteris Emmanouil PhD
20/500
Μανώλης Φουστέρης : Διδακτορική Διατριβή Περιεχόμενα
ΣΥΝΤΜΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΞΕΝΟΓΛΩΣΣΟΙ ΟΡΟΙ
abs. absoluteAh Aryl hydrocarbon
AMP Adenosine monophosphate
Ar aromatic
Arg Αργινίνη
Asp Ασπαραγινικό οξύ
ATP Adenosine 5’-triphosphate
CAKs CDK activating kinases
CAM Chorioallantoic membrane
CAN Νιτρικό αμμωνιακό δημήτριο
CDKs Cyclin dependent kinases
CKIs CDK inhibitors
CPT Καμπτοθεκίνη
d doublet
DCM Διχλωρομεθάνιο
DDQ 2,3-dichloro-5,6-dicyano-1,4-benzoquinone
DEM diethoxymethyl
DMF Διμεθυλοφορμαμίδιο
DMP Dess-Martin periodinate
DMSO Διμεθυλοσουλφοξείδιο
DNA Δεσοξυριβοζονουκλεϊνικό οξύ
dsb double strand breaks
EGF Epidermal growth factor
ERKs Extracellular signal-regulated kinases
FGF Fibroplast growth factor
FTIs Farnesyltransferse inhibitors
GBM Πλειόμορφο γλοιοβλάστωμα
GDP Guanosine diphosphate
Glu Γλουταμινικό οξύ
GSK Glygogen synthase kinase
GTP Guanosine triphosphate
h hour
HCMV Human cytomegalovirus
His Ιστιδίνη
HMDS Hexamethyldisiloxane
HPLC Υγρή Χρωματογραφία Υψηλής Απόδοσης
IBX o-iodoxybenzoic acid
IC50 50% inhibitory concentration
IL-1 Iντερλευκίνη 1
IR Υπέρυθρη ακτινοβολία
xiii
-
8/16/2019 Fousteris Emmanouil PhD
21/500
Μανώλης Φουστέρης : Διδακτορική Διατριβή Περιεχόμενα
Leu Λευκίνη
Lys Λυσίνη
m multiplet
MAPK Mitogen-activated protein kinase
NF-κB Nuclear factor κB
NMR Πυρηνικός Μαγνητικός Συντονισμός
PCC Χλωροχρωμική πυριδίνη
PDGF Platelet-derived growth factor
PKC Protein kinase C
PPA Πολυφοσφωρικό οξύ
PPSE Polyphosphoric acid trimethylsilyl ester
pRb Retinoblastoma protein
p-TsOH π-τολουολοσουλφονικό οξύ
q quartetReflux Βρασμός
RTKs Receptor tyrosine kinases
s singlet
Ser Serine
ssb single-strand break
STATs Signal transducers and activators of transcription
t triplet
TBAB Βρωμιούχο τετραβουτυλαμμώνιο
TBHP Τριτοταγές-βουτυλυδροϋπεροξείδιο
TCDD 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxinTFA Τριφθοροξικό οξύ
THF Τετραϋδροφουράνιο
Thr Θρεονίνη
TLC Χρωματογραφία Λεπτής Στοιβάδος
TNF-α Tumor necrosis factor-α
topo Τοποϊσομεράση
VEGF Vascular endothelial growth factor
Wat Νερό
δ χημική μετατόπιση
Σ.τ. Σημείο τήξης
xiv
-
8/16/2019 Fousteris Emmanouil PhD
22/500
Ε
Ι
Σ
Α
Γ
Ω
Γ
Η
-
8/16/2019 Fousteris Emmanouil PhD
23/500
Μανώλης Φουστέρης : Διδακτορική Διατριβή Εισαγωγή
ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Η θεραπευτική εμπειρία πενήντα και πλέον ετών στην αντιμετώπιση
των νεοπλασιών έχει καταδείξει ότι ο καρκίνος δεν είναι μια, αλλά πολλές
ασθένειες, καθεμία με διακριτά χαρακτηριστικά και ειδικές θεραπευτικές
απαιτήσεις. Δεν είναι απλώς μια ασθένεια ανεξέλεγκτου κυτταρικού
πολλαπλασιασμού, παρόλο που η εικόνα αυτή αποτελεί κοινό
χαρακτηριστικό για όλους σχεδόν τους τύπους νεοπλασιών. Η μετάλλαξη
και η απορύθμιση γονιδίων που σχετίζονται με τον καρκίνο οδηγεί σε ένα
ευρύ φάσμα αλλαγών στην δομή του κυττάρου και την λειτουργία του, οι
οποίες συμβάλλουν στην εκδήλωση του κακοήθους φαινοτύπου και την παθολογική συμπεριφορά. Η αυτάρκεια σε αυξητικά σήματα
πολλαπλασιασμού, η απάθεια σε ανασταλτικά σήματα της αύξησης, η
παράκαμψη της απόπτωσης, η απόκτηση απεριόριστης αντιγραφικής
ικανότητας, η επαγωγή της αγγειογένεσης, της επέκτασης και της
μετάστασης αποτελούν βασικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα για όλες
σχεδόν τις μορφές καρκίνου1.
Ασθενείς με ποικίλου τύπου νεοπλασίες παρουσιάζουν ελάχιστη ή
ασήμαντη ανταπόκριση ακόμα και σε συνδυασμένες θεραπείες
χειρουργικής, ραδιοθεραπείας και χημειοθεραπείας2. Αλλά και όταν
υπάρξει ανταπόκριση, συχνά τα καρκινικά κύτταρα αναπτύσσουν
μηχανισμούς αντοχής οι οποίοι οδηγούν σε αποτυχία την εφαρμοζόμενη
αγωγή. Η διερεύνηση του γενετικού υπόβαθρου της έναρξης μιας
κακοήθους εξαλλαγής και της σταδιακής εξέλιξης της σε έναν
αυξανόμενα κακοήθη, τοπικά διεισδυτικό και μεταστατικό φαινότυπο, σε
συνδυασμό με τις διαρκώς αυξανόμενες πληροφορίες για τα βιοχημικά
μονοπάτια που εκμεταλλεύονται διάφορα γονίδια που σχετίζονται με τον καρκίνο, έρχονται να ενισχύσουν την άποψη περί «αυξημένης ευφυΐας»
των καρκινικών κυττάρων. Ωστόσο, η σημαντική πρόοδος που έχει
συντελεστεί τα τελευταία χρόνια στον τομέα της ανακάλυψης νέων
αντικαρκινικών φαρμάκων μας δίνει τα περιθώρια να αισιοδοξούμε ότι
μπορούμε να αντιμετωπίσουμε τις νεοπλασίες αποτελεσματικά, αρκεί να
σχεδιάσουμε ειδικότερα και ισχυρότερα φάρμακα ή /και θεραπευτικά
σχήματα τα οποία θα στοχεύουν στο πλήθος των γενετικών και
βιοχημικών ανωμαλιών που εντοπίζονται στη νόσο3.
-3-
-
8/16/2019 Fousteris Emmanouil PhD
24/500
Μανώλης Φουστέρης : Διδακτορική Διατριβή Εισαγωγή
Η χρήση μικρών βιοδραστικών μορίων4, γονιδιακής θεραπείας,
πεπτιδίων και πρωτεϊνών, αντινοηματικών ολιγονουκλεοτιδίων (antisense
oligonucleotides), μονοκλωνικών αντισωμάτων, εμβολίων και κυτταρικής
θεραπείας αποτελούν τις σύγχρονες μοριακές θεραπευτικές προσεγγίσεις
οι οποίες στοχεύουν σε ένα ευρύ φάσμα πιθανών μοριακών στόχων.
Η γλώσσα των αριθμών είναι αμείλικτη: Περίπου ένας στους τρεις
ανθρώπους αναπτύσσουν καρκίνο και ένας στους τέσσερις καταλήγουν.
Σε πρόσφατη έκθεσή του5, ο Παγκόσμιος Οργανισμός Υγείας (WHO)
αναφέρει ότι 10.000.000 άνθρωποι ανέπτυξαν καρκίνο το έτος 2000 και
προβλέπει διπλασιασμό της εμφάνισης νέων κρουσμάτων ανά τον κόσμο
για τα επόμενα είκοσι χρόνια, με αναμενόμενη τιμή τα 15.000.000 το
έτος 2020. Οι αριθμοί αυτοί αποτελούν για την Κοινωνία ένα
δυσβάσταχτο κόστος, για την Οικονομία μια ανεξέλεγκτη δαπάνη, για την
Φαρμακοβιομηχανία ένα τεράστιο επενδυτικό πεδίο και για την Επιστήμη
μια κολοσσιαία πρόκληση.
Στην εποχή των μεγάλων συγκρούσεων, των απρόσμενων
ανακατατάξεων και των ταχύτατων αλλαγών σε όλους τους τομείς της
επιστήμης, στην εποχή της επανάστασης της πληροφορίας, η στρατηγική
της ανακάλυψη νέων αντικαρκινικών φαρμάκων δεν μπορεί παρά να
επαναπροσδιοριστεί προκειμένου να αξιοποιήσει τα σύγχρονα
τεχνολογικά επιτεύγματα. Μολονότι, ο επανασχεδιασμός αυτός δεν
προεξοφλεί κατ΄ ανάγκη και την τελική επιτυχία για την ανακάλυψη και
ανάπτυξη νέων φαρμάκων6, το τίμημα που καταβάλουν οι ασθενείς σε
συνδυασμό με τις επιστημονικές απαιτήσεις καθιστούν επιτακτική την
υιοθέτηση μιας νέας και ορθολογικής στρατηγικής που θα βελτιώσει την
υπάρχουσα κατάσταση.
Παρόλο που οι υπάρχουσες θεραπείες έχουν βοηθήσει σημαντικά στην αύξηση της επιβίωσης και της ποιότητας ζωής των καρκινοπαθών
ασθενών7, η επιβίωση μακράς διαρκείας και η πλήρης ίαση εξακολουθούν
να είναι ζητούμενα για τους περισσότερους στερεούς όγκους, ιδιαίτερα
για αυτούς που βρίσκονται σε προχωρημένες μεταστατικές μορφές. Στην
πραγματικότητα οι περισσότεροι ασθενείς που καταλήγουν από καρκίνο
πάσχουν από υποκλινική μεταστατική νόσο την στιγμή της διάγνωσης.
Επομένως, είναι απαραίτητο να αναπτυχθούν θεραπείες οι οποίες να
μπορούν να χορηγηθούν συστηματικά ώστε να δράσουν στα καρκινικά
κύτταρα που είναι διάσπαρτα σε ολόκληρο το σώμα του ασθενούς.
-4-
-
8/16/2019 Fousteris Emmanouil PhD
25/500
Μανώλης Φουστέρης : Διδακτορική Διατριβή Εισαγωγή
Η περιορισμένη αποτελεσματικότητα των σύγχρονων
χημειοθεραπευτικών παραγόντων έγκειται στο γεγονός ότι οι
περισσότεροι από αυτούς είναι κυρίως κυτταροτοξικά φάρμακα που
δρουν μέσω αναστολής της σύνθεσης του DNA και των μηχανισμών της
κυτταρικής αναπαραγωγής. Στην πραγματικότητα είναι περισσότερο
«αντιπολλαπλασιαστικά» παρά «αντικαρκινικά» φάρμακα με αποτέλεσμα
την έλλειψη εκλεκτικότητας έναντι των καρκινικών κυττάρων, την
εμφάνιση σοβαρών παρενεργειών και την συχνή ανάπτυξη μηχανισμών
αντοχής. Συνεπώς καθίσταται προφανής η ανάγκη ανακάλυψης νέων
θεραπευτικών παραγόντων που θα εμφανίζουν αυξημένο θεραπευτικό
δείκτη, θα ασκούν την μέγιστη δυνατή εκλεκτική δράση έναντι των
καρκινικών κυττάρων και την ελάχιστη δυνατή τοξικότητα έναντι των
φυσιολογικών κυττάρων, προάγοντας έτσι την επιβίωση και την ποιότητα
ζωής των ασθενών.
Η σύγχρονη στρατηγική ανακάλυψης νέων αντικαρκινικών φαρμάκων2
αναπτύσσεται κυρίως σε δυο επίπεδα. Επικεντρώνεται αφ’ ενός στην
ανακάλυψη νέων μοριακών στόχων και αφ’ ετέρου στη χρησιμοποίηση
καινοτόμων τεχνολογιών ώστε να ενισχύσει την αποτελεσματικότητά της.
Όσον αφορά στο πρώτο επίπεδο δράσης, η στρατηγική εντοπίζεται στην
ανακάλυψη νέων γονιδίων και βιοχημικών μονοπατιών που εμπλέκονται
στην εξέλιξη του καρκίνου. Η μελέτη αυτών των στόχων επιτρέπει την
αναστολή ή /και την εκμετάλλευση διαφόρων όψεων του κακοήθους
φαινοτύπου, όπως της γενετικής αστάθειας (genetic instability), του
πολλαπλασιασμού μέσω μεταγωγής σήματος (proliferative signal
transduction), του παρεκκλίνοντος ελέγχου του κυτταρικού κύκλου, της
επέκτασης, της αγγειογένεσης και της μετάστασης. Τα παραπάνω
μπορούν να συνοψισθούν:
ΝΕΑ ΓΟΝΙΔΙΑ Ή ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ → ΚΑΙΝΟΥΡΓΙΟΙ ΣΤΟΧΟΙ →ΝΕΑ ΦΑΡΜΑΚΑ
Το δεύτερο επίπεδο δράσης της στρατηγικής σχετίζεται με την
αποτελεσματικότητα της ανακάλυψης και της ανάπτυξης των νέων
φαρμάκων. Σύμφωνα με τα στοιχεία της δεκαετίας του 1990, μια ουσία
χρειάζεται σχεδόν 10 χρόνια μετά την αρχική της ανακάλυψη για να
δοκιμαστεί, να εγκριθεί και τελικά να είναι διαθέσιμη στους ασθενείς. Το
-5-
-
8/16/2019 Fousteris Emmanouil PhD
26/500
Μανώλης Φουστέρης : Διδακτορική Διατριβή Εισαγωγή
χρονικό αυτό διάστημα μειώνεται διαρκώς κάτω από την ασφυκτική πίεση
του κόστους, αλλά η ασφάλεια των τελικών αποτελεσμάτων εμπεριέχει
όλες τις σύγχρονες και καινοτόμες διαδικασίες που παράλληλα
ανακαλύπτονται. Υπολογίζεται ότι το κόστος της επένδυσης για την
ανακάλυψη ενός νέου θεραπευτικού παράγοντα υπερβαίνει τα
600.000.000 €, ενώ από τα 10.000 νέα προτεινόμενα φάρμακα
εγκρίνονται τελικά περίπου 3-5, σχέση η οποία επίσης αποτελεί στόχο
μείωσης. Συνεπώς, η ανάπτυξη νέων φαρμάκων πρέπει να είναι
καινοτόμα, γρήγορη, αποτελεσματική και με το μικρότερο δυνατό
κόστος.
Καταλυτική βοήθεια στην επίτευξη των στόχων της σύγχρονης
στρατηγικής προσφέρει η ανάπτυξη μιας πληθώρας νέων τεχνολογιών.
Πιο συγκεκριμένα, μια ποικιλία προσεγγίσεων που συνοπτικά
περιγράφονται με τον όρο μοριακή ογκολογία έχουν οδηγήσει τα
τελευταία χρόνια στην καταγραφή ενός μεγάλου αριθμού γονιδίων που
εμπλέκονται στην κακοήθη εξέλιξη. Οι προσεγγίσεις αυτές
περιλαμβάνουν γενετικές και βιοχημικές αναλύσεις καρκινικών
κυτταρικών σειρών και καρκινικών κλινικών ευρημάτων από συγγενείς
και διάσπαρτες νεοπλασίες. Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο
συμπεριφέρονται τα γονίδια που σχετίζονται με τον καρκίνο θεωρείται
σημαντικό στοιχείο στην αξιολόγηση μοριακών στόχων. Έτσι, η
συνεργασία μεταξύ γενετικής και βασικής κυτταρικής και μοριακής
βιολογίας, έχει αποδώσει σημαντικά αποτελέσματα, ειδικότερα με την
χρησιμοποίηση οργανισμών-μοντέλων όπως βακτηρίων, ζυμών, και
ποντικών8. Για παράδειγμα η διευκρίνιση του ελέγχου του κυτταρικού
κύκλου, ο οποίος απορυθμίζεται στους περισσότερους καρκίνους
επιτεύχθηκε σε μεγάλο βαθμό με βάση τη γενετική των ζυμών. Με
δεδομένο τον αριθμό των ογκογονιδίων, των ογκοκατασταλτικών
γονιδίων και των γενετικά ασταθών γονίδιων και λαμβάνοντας υπόψιν
τον αριθμό των πρωτεϊνών με τις οποίες αυτά αλληλεπιδρούν στα
διάφορα βιοχημικά μονοπάτια είναι απολύτως λογικό να υποθέσει κανείς
ότι η ολοκλήρωση της καταγραφής του ανθρώπινου γονιδιώματος9 θα
προκαλέσει αύξηση των πιθανών μοριακών στόχων τουλάχιστον κατά μια
τάξη μεγέθους σε σχέση με τους ήδη υπάρχοντες. Η διαλογή υψηλής
αποδοτικότητας (high-throughput screening, HTS), η καταγραφή
μεταλλάξεων, η γονιδιωματική (genomics), η βιοπληροφορική
-6-
-
8/16/2019 Fousteris Emmanouil PhD
27/500
Μανώλης Φουστέρης : Διδακτορική Διατριβή Εισαγωγή
(bioinformatics), η καταγραφή της γονιδιακής έκφρασης (profiling gene
expression) σε καρκινικούς και φυσιολογικούς ιστούς και η πρωτεομική
(proteomics) επιταχύνουν σημαντικά την φάση εντοπισμού και
αξιολόγησης νέων μοριακών στόχων.
Μετά την επιλογή ενός ικανοποιητικά αξιολογημένου στόχου
ακολουθεί το στάδιο της ανακάλυψης, ταυτοποίησης και βελτιστοποίησης
μιας «ένωσης οδηγού» (lead compound). Στη φάση αυτή κύριο ρόλο
παίζει η διαλογή (screening) και ο ορθολογικός σχεδιασμός ενώσεων
(rational drug design). Η διαλογή προϋποθέτει την ύπαρξη μιας
γρήγορης, επαναλήψιμης και πληροφοριακής τεχνικής. Η πιθανότητα
εύρεσης μιας αξιόλογης ένωσης αυξάνει ανάλογα με την χημική ποικιλία
των υπό εξέταση ενώσεων10,11. Η χρησιμοποίηση μεθόδων υπολογιστικής
χημείας (computational chemistry) μπορεί να μεγιστοποιήσει την
αποτελεσματικότητα της χημικής ποικιλότητας των ελεγχόμενων
ενώσεων12. Επίσης, η συνδυαστική χημεία (combinatorial chemistry)
επιτρέπει τη γρήγορη και μαζική παραγωγή χιλιάδων ή ακόμα και
εκατομμυρίων ενώσεων με αυτοματοποιημένες μεθόδους13. Ο κατάλογος
των εξήντα ανθρώπινων καρκινικών κυτταρικών σειρών του National
Cancer Institute των Ηνωμένων Πολιτειών της Αμερικής αποτελεί ένα
ενδιαφέρον συμπληρωματικό εργαλείο διαλογής στα χέρια της
επιστημονικής κοινότητας14.
Ο ορθολογικός σχεδιασμός ενώσεων λειτουργεί συμπληρωματικά στη
διαδικασία της διαλογής. Ο σχεδιασμός που βασίζεται σε τεχνικές της
δομικής βιολογίας (Structural Biology), όπως η κρυσταλλογραφία
ακτίνων-Χ και ο πυρηνικός μαγνητικός συντονισμός (nuclear magnetic
resonance, NMR) αποτελούν επίσης ένα αποτελεσματικό εργαλείο15. Η
εξαγωγή σχέσεων δομής-δραστικότητας (Structure-Activity Relation-
ships, SAR) με χρήση NMR μπορεί να συνδυάσει δομικά χαρακτηριστικά
ασθενώς δρώντων χημικών ενώσεων σε πιο δραστικές συνδυασμένες
μορφές. Μια επίσης ενδιαφέρουσα προσέγγιση, γνωστή ως χημική
γενετική, περιλαμβάνει συνδυασμό διαλογής βιβλιοθηκών ενώσεων
παρόμοιων με φυσικά προϊόντα, οργανικής σύνθεσης, κατευθυνόμενης
μεταλλαξιγένεσης και κρυσταλλογραφίας ακτίνων-Χ16. Το αποτέλεσμα
των παραπάνω είναι η ταυτοποίηση μιας ένωσης οδηγού με δράση έναντι
στο στόχο και με τη δυνατότητα να μετατραπεί, ύστερα από
τροποποιήσεις, σε έναν ισχυρότερο και εκλεκτικότερο παράγοντα με
-7-
-
8/16/2019 Fousteris Emmanouil PhD
28/500
Μανώλης Φουστέρης : Διδακτορική Διατριβή Εισαγωγή
χαρακτηριστικά δραστικού συστατικού. Στη συνέχεια η ένωση αυτή θα
υποστεί βελτιστοποίηση με βάση τα δεδομένα που προκύπτουν από
βιολογικές δοκιμές στόχευσης πρωτεϊνών και κυτταρικών αναλύσεων, με
αποτέλεσμα την σταδιακή ανάπτυξη σχέσεων δομής-δραστικότητας για τα
επιθυμητά και τα ανεπιθύμητα χαρακτηριστικά της17.
Είναι δεδομένο, πως η συμπεριφορά μιας ένωσης σε κυτταρικό επίπεδο
και σε επίπεδο ζώντος οργανισμού μπορεί να διαφέρει και το σημείο αυτό
αποδεικνύεται το πλέον χρονοβόρο βήμα της ανάπτυξης ενός φαρμάκου
σε προκλινικό επίπεδο. Προβλήματα που σχετίζονται με την απορρόφηση,
την κατανομή, τον μεταβολισμό και την απέκκριση ευθύνονται συχνά για
την μικρή βιοδιαθεσιμότητα ή την εξαιρετικά γρήγορη κάθαρση των
ενώσεων18. Προκλινικές τοξικολογικές μελέτες αποκλειστικά σε τρωκτικά
είναι η σύγχρονη τάση που υιοθετείται τουλάχιστον στην Ευρώπη από το
Cancer Research Campaign (CRC) και το European Organization for
Research and Treatment of Cancer (EORTC) κατά την έναρξη της φάσης
των κλινικών δοκιμών19.
Ένας τεράστιος αριθμός νέων πιθανών μοριακών στόχων που
εμπλέκονται ποικιλοτρόπως με τη βιολογία του καρκίνου είναι πλέον
διαθέσιμος προς εξερεύνηση στην επιστημονική κοινότητα. Οι νέοι αυτοί
στόχοι20, ,21 22 σχετίζονται με:
μονοπάτια μεταγωγής σήματος [signal transduction pathways,
π.χ RTKs]
ρύθμιση του κυτταρικού κύκλου [serine/threonine kinases]
αντιγραφή του γενετικού υλικού και «καθήλωση» του κυτταρικού κύκλου, [τοποϊσομεράση Ι και ΙΙ]
απόπτωση, [Bcl-2, MDM2, COX-2, κά.]
αγγειογένεση και μετάσταση, [MMPs]
ογκοκαταστολή, [p53]
ρύθμιση της διαμόρφωσης της χρωματίνης , [DNMT, HDACs]
αναστολή αποικοδόμησης πρωτεϊνών
ενεργοποίηση αποικοδόμησης ογκογόνων πρωτεϊνών [Hsp90]
ρύθμιση της υποξίας , [HIF-1]
επιμήκυνση της κυτταρικής ζωής , [τελομεράση]
μόρια κυτταρικής προσκόλλησης , [ιντεγκρίνες]
-8-
-
8/16/2019 Fousteris Emmanouil PhD
29/500
Μανώλης Φουστέρης : Διδακτορική Διατριβή Εισαγωγή
Είναι φανερό ότι η ανακάλυψη νέων θεραπευτικών παραγόντων που
ασκούν δράση σε παθολογικούς μοριακούς στόχους αποτελεί ένα
τεράστιο πεδίο προς διερεύνηση. Την ίδια στιγμή όμως, είναι μεγάλες οι
προκλήσεις που πρέπει να αντιμετωπισθούν στον τομέα της ανάπτυξης
αυτών των νέων φαρμάκων και αφορούν την ανοχή, την
αποτελεσματικότητα έναντι του στόχου για τον οποίο έχουν σχεδιασθεί,
την συγχορήγησή τους με ήδη υπάρχοντες κυτταροτοξικούς παράγοντες
και τον συνδυασμό τους με τη χειρουργική και τη ραδιοθεραπεία, την
εξατομικευμένη χορήγηση τους σύμφωνα με τις ανάγκες του κάθε
ασθενούς, την κλινική εφαρμογή μικροαναλύσεων που σχετίζονται με
έκφραση γονιδίων και τεχνολογία πρωτείων κλπ. Ωστόσο, τα πρώτα
αποτελέσματα των κλινικών δοκιμών σε ένα μεγάλο δείγμα ενώσεων
είναι αρκετά ενθαρρυντικά όσον αφορά την αποδεδειγμένη αντικαρκινική
δράση και τον περιορισμό των τοξικών παρενεργειών. Χαρακτηριστικά
είναι τα παραδείγματα του Gleevec® (αναστολέα της πρωτεΐνης Bcr-Abl)
και του Herceptin® (ενός αντι-ErbB2 αντισώματος), τα οποία ήδη έχουν
έγκριση κυκλοφορίας.
Συνεπώς, η σύγχρονη ανάπτυξη νέων αντικαρκινικών παραγόντων με
εξειδικευμένη μοριακή δράση είναι μια πολυδιάστατη διαδικασία, η οποία
απαιτεί τη στενή συνεργασία μοριακών βιολόγων, φαρμακοχημικών,
φαρμακολόγων, βιολόγων που ειδικεύονται σε θέματα καρκίνου, χημικών
και κλινικών ιατρών. Σημαντικός είναι επίσης ο ρόλος που καλούνται να
παίξουν τα πανεπιστήμια, οι φαρμακοβιομηχανίες και οι κυβερνήσεις για
την ευόδωση του στόχου και την αποτελεσματικότερη αντιμετώπιση του
καρκίνου.
Η παρούσα εργασία δεν αποτελεί παρά μια προσπάθεια συνεισφοράς στη γενικότερη επιδίωξη της επιστημονικής κοινότητας για την
ανακάλυψη νέων αποτελεσματικότερων αντικαρκινικών παραγόντων,
μέσα στα σύγχρονα πλαίσια που θέτουν οι απαιτήσεις, οι ανάγκες και τα
επιστημονικά επιτεύγματα της εποχής μας. Μέσα σε αυτό το πλαίσιο και
χρησιμοποιώντας τα δεδομένα που συνοπτικά προαναφέρθηκαν,
σχεδιάσθηκαν, συντέθηκαν και ταυτοποιήθηκαν τα πυρρολο-καρβαζολικά
ανάλογα του αρωματικού σκελετού ινδολοκαρβαζολικών φυσικών
προϊόντων και μελετήθηκε η βιολογική τους δραστικότητα έναντι της
κυκλινοεξαρτώμενης κινάσης 1 (CDK1), της τοποϊσομεράσης Ι (topo I)
-9-
-
8/16/2019 Fousteris Emmanouil PhD
30/500
Μανώλης Φουστέρης : Διδακτορική Διατριβή Εισαγωγή
καθώς και η αντικαρκινική τους δράση έναντι καρκινικών κυττάρων του
πλειόμορφου γλοιοβλαστώματος. Τα πρωταρχικά αποτελέσματα των
βιολογικών δοκιμών υπήρξαν ενθαρρυντικά, τόσο για την βιολογική
δράση των συγκεκριμένων ενώσεων έναντι κι άλλων στόχων, όσο και για
τη συγγραφή σχέσεων δομής-βιολογικής δραστικότητας με απώτερο
σκοπό την βελτιστοποίηση και τον σχεδιασμό νέων δραστικότερων
χημικών μορφών.
1 Hanahan D., and Weinberg A., “The hallmarks of cancer”, Cell , 57-70,
100, 2000.
2 Verweij J. and De Jonge M.J.A., “Achievements and future ofchemotherapy”, Eur. J. Cancer , 1479, 36, 2000.
3 Workman P., “The potential for molecular oncology to define newdrug targets”, In: Kerr D.J., Workman P., (Eds), New Molecular
Targets for Cancer Chemotherapy , CRC Press Inc., Boca Raton,Florida, 1994, pp. 1-29.
4 Workman P., “Emerging molecular therapies: Small molecule drugs”,In: Bronchud M.H., Foote M., Peters W.P., Robinson M.O., (Eds),Principles of Molecular Oncology , Humana Press, Totowa, 1999, pp.413-429.
5 World Cancer Report, Stewart B.W., Kleihues P., (Eds), InternationalAgency for Research on Cancer, World Health Organization, 2003.
6 Rothenberg M.L., Carbone D.P. and Johnson D.H., “Improving theevaluation of new cancer treatments: Challenges and opportunities”,Nat. Rev. Cancer , 303-308, 3, 2003.
7 Garrett M.D., Workman P., “Discovering novel chemotherapeuticdrugs for the thrird millenium”, Eur. J. Cancer , 2010-2030, 35, 1999.
8 Lane D., “The promise of molecular oncology”, Lancet , 17-20, 351(Suppl. II), 1998.
9 Ventor J.C., “The sequence of the human genome”, Nature, 1304-1351, 291, 2001.
10 Bevan P., Ryder H., Shaw I., “Identifying small-molecule lead
compounds: The screening approach to drug discovery”, TrendsBiotechnol., 115-121, 13, 1995.
11 Dove A., “Drug screening-beyond the bottleneck”, Nat. Biotechnol.,859-862, 17, 1999.
12 Willet P., “Computational Methods for the Analysis of MolecularDiversity”, Perspect. Drug Disc. Design, 1-11, 7/8, 1997.
13 Hogan J.C., “Combinatorial chemistry in drug discovery”, Nat.
Biotechnol., 328-340, 15, 1997.
-10-
-
8/16/2019 Fousteris Emmanouil PhD
31/500
Μανώλης Φουστέρης : Διδακτορική Διατριβή Εισαγωγή
14 Monks A., Scudiero D.A., Johnson G.S., Paull K.D., Sausville E.A., “The NCI anti-cancer drug screen to identify effectors of novel
targets”, Anticancer Drug Des., 533-541, 12, 1997.
15 Kubinyi H., “Structure-based design of enzyme inhibitors andreceptor lignads”, Curr. Opin. Drug Discovery and Development , 4-15, 1, 1998.
16 Crews C. M., Splittgerber U., “Chemical genetics: exploring andcontrolling cellular processes with chemical probes”, Trends Biochem.Sci., 317-320, 24, 1999.
17 King F.D., Medicinal Chemistry: Principles and Practice, Royal Societyof Chemistry, Cambridge, 1994, pp. 179-188.
18 Workman P., “Pharmacokinetics and cancer: Successes, failures andfuture prospects”, In: Workman P., Graham M.A., (Eds),
Pharmacokinetics and Cancer Chemotherapy. Cancer Surveys, Vol.17, New York, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1993, pp. 1-26.
19 Burtless S.S., Jordrel D.I., Newell D.R., “Evaluation of «rodent only»preclinical toxicology for phase I trials of new cytotoxic anticanceragents in Europe”, Eur. J. Cancer , 408-410, 31A, 1995.
20 Buolamwini J.K., “Novel anticancer drug discovery”, Curr. Opin.Chem. Biol ., 500-509, 3, 1999.
21 Novotny L., Szekeres T., “Cancer Therapy: New targets forchemotherapy”, Hematology , 129-137, 8, 2003.
22 Workman P. Kaye S. B., “Translating basic cancer research into newcancer therapeutics”, Trends Mol. Med ., S1-S9, 8, 2002.
-11-
-
8/16/2019 Fousteris Emmanouil PhD
32/500
Μανώλης Φουστέρης : Διδακτορική Διατριβή Κεφάλαιο 1: Μεταγωγή σήματος
Κ Ε Φ Α Λ Α Ι Ο 1
ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΤΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΣΤΟ ΚΥΤΤΑΡΟ.
ΜΕΤΑΓΩΓΗ ΣΗΜΑΤΟΣ
Γενικά στοιχεία
Η κυτταροπλασματική μεμβράνη διαχωρίζει το κύτταρο από το
εξωτερικό του περιβάλλον. Είναι διαπερατή μόνο σε μικρά λιποδιαλυτά
μόρια, όπως οι στεροειδείς ορμόνες, τα οποία διαχέονται μέσω αυτής στο
κυτταρόπλασμα. Είναι αδιαπέραστη από μικρά υδατοδιαλυτά μόρια όπως
ιόντα, μικρά ανόργανα μόρια και πολυπεπτίδια ή πρωτεΐνες. Η απόκριση
σε υδρόφιλα μόρια εξαρτάται από την αλληλεπίδραση του μορίου με ένα
συστατικό πρωτεΐνης της κυτταροπλασματικής μεμβράνης στην
εξωκυττάρια πλευρά του κυττάρου. Το εξωκυττάριο μόριο αναφέρεται
συχνά ως προσδέτης (ligand) ενώ η πρωτεΐνη της μεμβράνης υποδοχέας
(receptor). Έχουν καταγραφεί δύο κύριοι τρόποι απόκρισης σε ένα
εξωτερικό μόριο-διεγέρτη το οποίο αδυνατεί να διαπεράσει την
μεμβράνη1:
Μοριακό ή μακρομοριακό υλικό μεταφέρεται φυσικώς από το
εξωτερικό της μεμβράνης στο εσωτερικό αυτής μέσω της λιπιδικής
διπλοστιβάδας.
Ένα μήνυμα μεταφέρεται μέσω αλλαγής ιδιοτήτων μιας
μεμβρανικής πρωτεΐνης με αποτέλεσμα την ενεργοποίηση της
κυτταροπλασματικής της περιοχής.
Όσον αφορά στην φυσική μεταφορά υλικού, περιλαμβάνει από ιόντα
έως μικρά μόρια (σάκχαρα) και μακρομόρια (πρωτεΐνες) και
πραγματοποιείται με τρεις κύριους τρόπους που ελέγχονται από
κυτταροπλασματικές μεμβρανικές πρωτεΐνες: Μέσω καναλιών (channels)
για την μεταφορά ιόντων, μέσω μεταφορέων (transporters) για την
είσοδο μικρών μορίων όπως σακχάρων και μέσω ενδοκύτωσης για την
μεταφορά πρωτεϊνών.
Η μεταφορά ενός σήματος περιλαμβάνει την αλληλεπίδραση ενός
εξωκυττάριου προσδέτη με μια διαμεμβρανική πρωτεΐνη. Η πρόσδεση του
εξωτερικού μορίου μετατρέπει τον υποδοχέα από μια αδρανή σε μια
-12-
-
8/16/2019 Fousteris Emmanouil PhD
33/500
Μανώλης Φουστέρης : Διδακτορική Διατριβή Κεφάλαιο 1: Μεταγωγή σήματος
ενεργή μορφή. Η βασική αρχή αυτής της αλληλεπίδρασης είναι ότι η
πρόσδεση του προσδέτη στην εξωκυττάρια περιοχή επηρεάζει την
ενεργότητα του υποδοχέα στην κυτταροπλασματική περιοχή. Η όλη
διεργασία αναφέρεται ως μεταγωγή σήματος (signal transduction)2.
Η αρχή της μεταγωγής σήματος συνίσταται στο ότι η ενεργή μορφή
του υποδοχέα δίνει το έναυσμα για μια καταλυτική δράση στο
κυτταρόπλασμα. Το εύρος του κυτταροπλασματικού σήματος είναι πολύ
μεγαλύτερο από εκείνο του εξωκυττάριου σήματος, δηλαδή του
προσδέτη. Το κυτταροπλασματικό σήμα μπορεί να προκαλέσει άμεσα την
ενεργοποίηση μιας σειράς πρωτεϊνών ή να συμπληρωθεί μέσω της
αύξησης της συγκέντρωσης ενός μικρού μορίου στο εσωτερικό του
κυττάρου. Ένα τέτοιο μόριο το οποίο παράγεται σε απόκριση της
μεταγωγής ενός εξωκυττάριου μηνύματος καλείται δεύτερο μήνυμα
(second messenger) σε αντιπαραβολή με το πρώτο μήνυμα το οποίο είναι
ο εξωκυττάριος προσδέτης. Στο επόμενο σχήμα περιγράφονται οι δυο
κύριοι τρόποι μεταγωγής σήματος.
Σχήμα 1. Σχηματική αναπαράσταση μεταγωγής σήματος.
-13-
-
8/16/2019 Fousteris Emmanouil PhD
34/500
Μανώλης Φουστέρης : Διδακτορική Διατριβή Κεφάλαιο 1: Μεταγωγή σήματος
Ο υποδοχέας έχει δράση πρωτεϊνικής κινάσης στην
κυτταροπλασματική περιοχή του. Η δράση της κινάσης ξεκινά
όταν ο προσδέτης προσδένεται στην εξωκυττάρια περιοχή. Στη
συνέχεια, η κινάση φωσφορυλιώνει την κυτταροπλασματική
περιοχή της, γεγονός που επιτρέπει στον υποδοχέα να συνδεθεί
και να ενεργοποιήσει μια πρωτεΐνη-στόχο, η οποία δρα διαδοχικά
επί άλλων υποστρωμάτων μέσα στο εσωτερικό του κυττάρου. Οι
πιο συνηθισμένοι υποδοχείς κινάσης είναι οι υποδοχείς τυροσινο-
κινασών και οι υποδοχείς σερινο /θρεονίνο-κινασών.
Ο υποδοχέας μπορεί να αλληλεπιδράσει με μια G-πρωτεΐνη (G-protein)
η οποία συνδέεται στην κυτταροπλασματική πλευρά του. Οι G-πρωτεΐνες3
είναι γνωστές για την ικανότητά τους να συνδέουν νουκλεοτίδια
γουαν