Synthesis and Biological Evaluation of Modified Adenosine and Thymidine Nucleoside Analogues

SAMENVATTING In Deel I (Hoofdstuk 1-2) van dit werk beschreven we de synthese van gemodificeerde adenosine en thymidine analogen (zie Figuur 1). Deze verbindingen werden als moleculaire probes gebruikt voor de biologische evaluatie van adenosine-receptoren (ARn, Deel II, Hoofdstuk 3-6), die behoren tot de G-proteine gekoppelde receptor (GPCR) superfamilie, en als inhibitoren voor thymidine-monofosfaat kinase (Deel III, Hoofdstuk 7-8), een potentieel antituberculose doelwit. NONNOHOHNNH2OHClNHINHCH3NH2CH2NH2ONHCH3N3CH2N3NHClMeO263'5'A NH2N3NNHOOHOOOHOHOHClF3'2'13B Figuur 1 Overzicht van de verrichte adenosine (A) en thymidine modificaties (B) Deel II richtte zich voornamelijk op de adenosine A receptor (A33AR), de meest recente AR. Reeds vele structurele variaties van het adenosine-skelet werden onderzocht met het oog op AAR affiniteit en selectiviteit, waaronder N6-benzyl-3 157 substituties en kleinere functionele groepen in 2-positie van het purine gedeelte, al of niet in combinatie met de introductie van een 5’-methylcarbamoyl in het ribofuranose deel. Door bovengenoemde veranderingen aan het adenosine-skelet te combineren met 3’-azido/amino(methyl)-modificaties (zie Figuur 1A), wilden we de invloed bestuderen van dergelijk (gecombineerd) substitutiepatroon op de A3AR selectiviteit, affiniteit en intrinsieke activiteit. Vele van de gesynthetiseerde analogen vertoonden matige tot hoge A3AR affiniteit en selectiviteit. Het beste derivaat uit deze serie was analoog 4.19 (K hAi3AR = 27 nM en A1/A3 selectiviteit > 350). Interessant bij deze verbindingen was dat de intrinsieke activiteit gemoduleerd kon worden afhankelijk van de substituent in 3’-positie: - een 3’-aminogroep (zoals bv. 4.14, 4.16 en 4.19) resulteerde in (sterk) partieel agonisme; - de azide precursoren (zoals bv. 4.11, 4.13 en 4.17) waren allen antagonisten; en - introductie van een methylene-spacer zoals bij 4.1-10, 4.12, 4.15, 4.18 en 4.20 ging ten koste van de intrinsieke activiteit. Ook bestudeerden we de rol van deze gemodificeerde adenosine analogen als tools voor het structuurgebaseerd onderzoek van ARn. Door organische synthese en moleculaire modeling te integreren in het “neoceptor-neoligand” concept, konden we (in samenwerking met dr. Kenneth A. Jacobson) meer inzicht verwerven in de moleculaire complementariteit van wild-type en gemuteerde A3 (Hoofdstuk 5) en A2A (Hoofdstuk 6) ARn. In afwezigheid van exacte structurele kennis van verschillende GPCRn, liet deze aanpak toe met behulp van verbindingen zoals 4.7 en 5.14 de (AAR en A2A3AR) homologie modellen van de te valideren. Bovendien, toonden we in Hoofdstuk 5 aan dat de affiniteit van 3’-amino gemodificeerde adenosine analogen (neoliganden) hoger was voor de H272E gemuteerde A3AR (neoceptor) dan voor de wild-type A3AR. Hiermee bewezen we dat de A3AR (of GPCRn in het algemeen) ontworpen kunnen worden om selectief met synthetische liganden te interageren. 158 In Hoofdstuk 6 beschreven we de verschillende A2AAR-bindingskarakteristieken voor agonisten en antagonisten op basis van het ontworpen 3-D homologie model. Een model dat gevalideerd werd door nieuwe neoceptor (T88D)-neoligand-paren te beschrijven. In Deel III (Hoofdstukken 7-8) bestudeerden we het potentieel van 2’,3’-gemodificeerde thymidine analogen als inhibitoren voor Mycobacterium tuberculosis thymidine-monofosfaat kinase, een nieuw antituberculose doelwit. De (onverwacht) lage affiniteit (d.i. Ki tussen 118 en 1260 μM) van deze verbindingen, spoorde ons aan om hun conformationele eigenschappen nader te bestuderen. De conformationele analyse van verbindingen 8.7 en 8.8 (respectievelijk met Ki’s = 118 en 190 μM) toonde een mogelijk verband aan tussen de matige affiniteit en een suboptimale positionering van de 2’- en 3’-substituenten, toe te schrijven aan de uitgesproken voorkeur voor de noord conformatie.