Diseño y síntesis de derivados mono- y multivalentes de 1,4-iminociclitolesEstudio de sus propiedades como inhibidores de glicosidasas.

Resumen

En esta Tesis Doctoral se presenta el diseño, síntesis y evaluación biológica de nuevos inhibidores mono- y multivalentes de glicosidasas de interés biológico y farmacológico. En el primer capítulo se ha llevado a cabo la preparación y evaluación biológica de un conjunto de derivados de pirrolidinas hidroxiladas obtenidos a partir de distintos monosacáridos como fuente de quiralidad, y utilizando diversos tipos de reacciones “click” para la introducción de diversidad estructural en los correspondientes conjugados a través de distintos grupos funcionales (triazol, amida y tiourea). Los mejores resultados fueron los obtenidos para los 1,4-imino-C-metilentriazoles epiméricos con configuración (2S,3S,4R) y (2R,3S,4R), preparados mediante reacción de cicloadición 1,3-dipolar de azidas y alquinos catalizada por Cu(I) (CuAAC). Las pirrolidín-azidas precursoras fueron elegidas como cabezas de serie para la preparación de librerías químicas de conjugados mediante el uso de una metodología de síntesis en paralelo seguido de evaluación biológica in situ frente a glicosidasas comerciales. Este procedimiento ha permitido seleccionar de manera rápida y sencilla los mejores inhibidores, los cuales fueron estudiados posteriormente frente a la beta-glucocerebrosidasa y alfa-galactosidasa lisosomales, enzimas con actividad deficiente en las enfermedades de Gaucher y Fabry, respectivamente. Con el objetivo de estudiar la influencia de modificaciones estructurales sobre el resto arilo en la inhibición de la beta-glucocerebrosidasa, se ha llevado a cabo la preparación de una pequeña librería química de derivados diferentemente sustituidos en el anillo aromático y su posterior evaluación como chaperonas farmacológicas. El estudio del complejo enzima-inhibidor mediante difracción de rayos X ha permitido analizar el modo de interacción de este tipo de compuestos con la beta-glucocerebrosidasa. Con el fin de contribuir al estudio del efecto multivalente en la inhibición a glicosidasas, en el segundo capítulo se desarrolla la síntesis de estructuras multivalentes que incorporan pirrolidinas hidroxiladas como inhítopos. Para la preparación de estructuras multivalentes se han utilizado moldes que incorporan grupos alquino (tri-, tetra-, hexa- y nonavalentes) y pirrolidín-azidas de configuración (2S,3S,4R) y (2R,3S,4R), conteniendo además distintos espaciadores entre el anillo de pirrolidina y la función azida. La evaluación biológica de los derivados multiméricos preparados ha permitido analizar la influencia de la variabilidad estructural de los multímeros obtenidos (configuración, valencia y espaciador) en la inhibición de la beta-glucocerebrosidasa y la alfa-galactosidasa A lisosomales, observándose por primera vez efecto multivalente en la inhibición a esta última. Algunos de los derivados multiméricos con configuración (2S,3S,4R) han mostrado actividad inhibidora en el rango micromolar bajo frente a la enzima beta-glucosidasa A de Bacillus polymyxa. El estudio de algunos complejos enzima-inhibidor en disolución mediante experimentos de STD RMN y en estado sólido mediante difracción de rayos X, ha permitido analizar las interacciones establecidas entre la enzima y el inhibidor, observándose una buena concordancia entre los resultados obtenidos por ambas técnicas. Por último, se ha abordado la preparación y evaluación biológica de un nuevo tipo de iminoglicopolímeros que incorporan derivados de dihidroxipirrolidina como unidad monomérica. In this PhD Thesis, the design, synthesis and biological evaluation of novel mono- and multivalent inhibitors of glycosidases with therapeutical interest is presented. The synthesis and glycosidase inhibition of a set of aromatic linked dihydroxypyrrolidines is presented in the first chapter. These compounds have been prepared using monosaccharides as starting materials and “click” reactions for the introduction of functional diversity (triazole, amide and thiourea moieties) in the iminosugar hybrids. The best results have been obtained for the epimeric 1,4-imino-C-methylenetriazoles with (2S,3S,4R) and (2R,3S,4R) configuration, which have been prepared by copper(I)-catalyzed azide-alkyne cycloaddition (CuAAC) reactions. The corresponding azidomethylpyrrolidine precursors have been used for the preparation of chemical libraries using a methodology based on parallel synthesis followed by in situ biological screening towards commercial glycosidases. This procedure has allowed us to select the best inhibitors, which were also evaluated towards lysosomal beta-glucocerebrosidase and alpha-galactosidase A, enzymes with deficient activity in Gaucher and Fabry diseases, respectively. With the aim of studying the influence of structural modifications on the aromatic moiety on beta-glucocerebrosidase (beta-GCase) inhibition, a small library of pyrrolidine-triazole hybrid molecules with different substitution pattern in the phenyl ring has been prepared and evaluated as pharmacological chaperones. The co-crystal structure of beta-GCase in complex with one of the new inhibitors has allowed the analysis of the interaction of this type of compounds with the enzyme. In the second chapter, the synthesis of a family of multimeric derivatives containing a pyrrolidine-based inhitope is presented. The aim of the work is the study of the multivalent effect in the field of glycosidase inhibition. For the synthesis of the multivalent compounds we have used the CuAAC reaction between tri, tetra, hexa and nonavalent alkynyl scaffolds and C-2 epimeric pyrrolidine derived azides of (2S,3S,4R) and (2R,3S,4R) configuration with different spacers. The biological evaluation of the multimeric iminosugars has enabled us to analyze the influence of the configuration, valency and spacer in the inhibition of lysosomal beta-glucocerebrosidase and alpha-galactosidase A. The first examples of multivalent effects in the inhibition of alpha-galactosidase A are presented. Some of the multimeric derivatives with (2S,3S,4R) configuration have showed a low micromolar inhibition of beta-glucosidase A from Bacillus polymyxa. The study of several enzyme-inhibitor complexes in solution by STD NMR experiments, and in solid state by X-ray diffraction, has contributed to the analysis of the interactions stablished in the enzyme-inhibitor binding. There has been good agreement between the results obtained from both techniques. Finally, the preparation and biological evaluation of dihydroxypyrrolidine-based iminoglycopolymers containing a glycosidase inhibitor in the monomeric unit is reported.