Diseño, síntesis y evaluación de tiodisacáridos miméticos de lactosa : inhibición de una β-galactosidasa

• Autores: Dada, Lucas Andrea
• Año de publicación: 2022
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Varela, Oscar José
• Materia: ADICION TIPO MICHAEL; ENONAS DE AZUCARES; β-GALACTOSIDASA; GLICOMIMETICOS; TIODISACARIDOS; MICHAEL TYPE ADDITION; SUGAR ENONE; β-GALACTOSIDASE; GLYCOMIMETICS; THIODISACCHARIDES
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

La búsqueda de nuevos inhibidores de enzimas involucradas en procesos biológicos claves es un área en auge que ha promovido avances sustanciales en glicobiología. Entre los glicomiméticos desarrollados para investigar estos procesos, los tiodisacáridos, obtenidos mediante reemplazo por azufre del átomo de oxígeno del enlace interglicosídico, se han posicionado como buenos targets. Dada la similitud estructural con sus análogos naturales, suelen ser reconocidos por las enzimas, pero generalmente son más resistentes a la hidrólisis y a los procesos metabólicos que sus contrapartes naturales y, en muchos casos, actúan como inhibidores de las mismas. Por estos motivos, la síntesis de tiodisacáridos ha atraído considerable atención y, en los últimos años, se han desarrollado procedimientos sintéticos novedosos para obtenerlos mediante secuencias eficientes y altamente diastereoselectivas. Considerando la relevancia biológica y el potencial terapéutico de estos compuestos como inhibidores enzimáticos y herramientas en glicobiología, se planteó como objetivo de esta Tesis el diseño y síntesis de bencil 3-desoxi-4-tiodisacáridos con construcción estereoselectiva del enlace tioglicosídico. Estas moléculas se diseñaron con modificaciones específicas basadas en estudios previos del laboratorio, en particular, en la estructura del anillo piranosídico del extremo reductor e introduciendo sustituyentes en el anillo aromático del bencilo anomérico. Para la construcción del enlace tioglicosídico se emplearon enonas de azúcares (2-benciloxi- dihidropiranonas quirales) como precursoras del extremo reductor de los tiodisacáridos y que portaban grupos electrodonores o electroatractores en el bencilo. También, con el fin de introducir un grupo acetamido en el C-2, en reemplazo del HO-2, se sintetizaron las oximas derivadas de las enonas. Estos sistemas α,β-insaturados (enonas y oximas) se emplearon como aceptores en la adición conjugada de la 1-tiogalactosa, en la cual se lograba la construcción del enlace tioglicosídico regio- y diastereoselectivamente. Uno de los pasos de la secuencia sintética completa, que lleva desde las enonas hasta los tiodisacáridos libres, involucraba la reducción de un grupo carbonilo (u oxima), reacción que generaba dos tiodisacáridos con configuración opuesta en C-2. Esto permitió estudiar la influencia de dicho estereocentro en la inhibición. En el caso de la oxima, su reducción producía un grupo amino en C-2, obteniéndose 2-amino-2,3- didesoxi-4-tiodisacáridos. Este procedimiento constituye una metodología novedosa para sintetizar este tipo de tiodisacáridos. Todos los compuestos libres obtenidos se evaluaron como inhibidores de la β-galactosidasa de E. coli, una enzima paradigmática de amplio uso en glicobiología. Se llevaron a cabo estudios de cinética enzimática y se determinó la constante de inhibición (Ki) y el tipo de inhibidor. Se obtuvieron inhibidores competitivos, no competitivos y mixtos con valores de Ki en el rango de 14-180 μM. Cabe destacar que, entre los tiodisacáridos descriptos en literatura, algunos de estos resultaron ser los inhibidores más potentes. Se lograron correlacionar las modificaciones estructurales con el potencial inhibidor de los tiodisacáridos.
The search for inhibitors of enzymes, which are involved in key biological processes, is an expanding area that has promoted substantial progress in glycobiology. Among the most common glycomimetics developed to study these processes, the thiodisaccharides have raised as useful targets. These compounds result from the replacement of the interglycosidic oxygen atom by sulfur. Due to their structural resemblance with the natural counterpart, they are commonly recognized by the enzymes. However, they usually show resistance to hydrolysis and to metabolic degradation, and act, in many cases, as enzyme inhibitors. Therefore, the synthesis of thiodisaccharides has attracted great attention, and novel highly diastereoselective and efficient synthetic procedures have been developed. In light of the biological relevance and therapeutic potential of thiodisaccharides and their use as enzyme inhibitors and useful tools in glycobiology, the main goal of this Thesis was the design and synthesis of benzyl 3-deoxy-4-thiodisaccharides with stereoselective construction of the thioglycosidic linkage. These molecules were designed including specific modifications, based on previous studies from our laboratory, in the structure of the pyranoside reducing end and in the substitution of the aromatic ring of the benzyl group. For the construction of the thioglycosidic linkage, sugar enones (chiral 2-benzyloxy-dihydropyranones) were employed as precursor for the reducing end of the thiodisaccharides. The benzyloxy substituent of the enone carried electron withdrawing or electron donating groups. Additionally, to introduce an acetamide group at C-2, in replacement of HO-2, the oximes derived from the enones were synthesized. These α,β-unsaturated systems (enones and oximes) were employed as acceptors in the conjugate addition of 1-thiogalactose, achieving regio- and stereoselective construction of the thioglycosidic bond. One of the steps in the full synthetic sequence, from the enones to the free thiodisaccharides, involved the carbonyl (or oxime) reduction, thus, generating two diastereoisomers with opposite configuration at C-2. This way the influence of the C-2 stereocenter on the inhibition could be studied. The reduction of the oxime led to an amino group at C-2, thus obtaining 2-amino-2,3- dideoxy-4-thiodisaccharides. This procedure turned out to be a novel methodology for the synthesis of this type of molecules. All free compounds were evaluated as inhibitors of the E. coli β-galactosidase, a paradigmatic enzyme widely used in glycobiology. Enzyme kinetics were conducted and for each individual compound have been determined the inhibition constant (Ki) and the type of inhibitor. Competitive, non-competitive, and mixed inhibitors were obtained with Ki values in the range of 14-180 μM. Some of these thiodisaccharides were found to be, so far, the more powerful inhibitors of this kind. A correlation between the structural modifications and the inhibitory potential of the thiodisaccharides was established.
Fil: Dada, Lucas Andrea. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.