Desenvolvimento de inibidores duais de histona desacetilase 6 (HDAC6) e tirosina quinase (TQ) com vistas ao tratamento do câncer / Design of histone deacetylase 6 (HDAC6) and tyrosine kinase (TK) dual inhibitors for cancer treatment

Câncer é a denominação atribuída a um conjunto de doenças que são responsáveis pela segunda maior causa de morte no Brasil e no mundo. A quimioterapia figura entre uma das estratégias utilizadas para o tratamento e cura do câncer, sendo amplamente empregada em estratégias terapêuticas isoladas, ou em associação à radioterapia e cirurgia. A enzima histona desacetilase 6 (HDAC6) é responsável por desacetilar a cadeia lateral de N-acetillisinas em -tubulinas, desempanhando papel crítico na dinâmica do citoesqueleto celular, estando superexpressa em uma série de neoplasias. Neste sentido, na última década os receptores tirosina quinase (TQ) foram os principais alvos de fármacos aprovados para o tratamento do câncer e de doenças autoimunes e continuam atraindo a atenção de grupos de pesquisa dada a exorbitante diversidade do quinoma humano. É sabido que a monoterapia seja com inibidores de HDAC, seja com inibidores TQ, apresenta problemas de toxicidade, reações adversas, ineficácia, resistência e/ou recidiva. Diversos estudos relatam o desenvolvimento de inibidores duais de HDAC-TQ, almejando tanto a simplificação do tratamento, quanto sinergismo terapêutico e redução de efeitos adversos. Assim, o presente trabalho apresenta o planejamento, síntese e avaliação da citotoxicidade de inibidores duais, potencialmente seletivos para HDAC6 e receptores TQ. No total, 23 compostos foram sintetizados entre 2 a 4 etapas. Todos os compostos finais foram caracterizados por RMN (1H e 13C) e espectrometria de massas de alta resolução (HRMS). A citotoxicidade foi determinada pelo ensaio de MTT, em linhagens derivadas de tumores sólidos (HCT116 e MCF-7) e hematológicos (Jurkat e Namalwa). Os compostos apresentaram citotoxicidade em concentrações micro e nanomolares em todas as linhagens testadas, sendo que a linhagem MCF-7 foi a mais resistente à ação dos compostos, e as linhagens hematológicas foram as mais sensíveis. Os inibidores 4d-f foram os mais ativos na triagem por MTT, com IC50 iguais a 20, 30 e 50 nM, respectivamente, em células Jurkat. Estudos mecanísticos do efeito citotóxico indicaram que os compostos 4d-f exercem atividade de forma tempo-dependente, e majoritariamente por ação antiproliferativa, embora estímulos apoptóticos também tenham sido observados nos estudos. Simulações de ancoramento molecular (docking) e de relação entre as estruturas químicas dos compostos e suas respectivas atividades biológicas (REA) permitiram identificar padrões moleculares, propriedades físico-químicas e eletrônicas que potencialmente possuem relação com a atividade biológica dos compostos, permitindo futuras otimizações do arcabouço molecular desta série de compostos. Tomados em conjunto, os resultados deste trabalho revelam o potencial terapêutico de inibidores duais de HDAC6-TQ. Notadamente, os compostos apresentados aqui podem ser os primeiros potenciais inibidores duais de HDAC6-TQ a serem reportados na literatura

Cancer is the name of a series of diseases that are the second main cause of death in Brazil and worldwide. Chemotherapy is one of the main strategies to treat and cure cancer, and has been widely applied as a single therapeutic agent, and in association with radiotherapy and surgery. Histone deacetylase 6 (HDAC6) deacetylates N-acetyllysine side chains of tubulin, playing crucial role on cytoskeletal dynamics, and could be overexpressed in several cancers. Tyrosine kinase receptors (TK) have been the main targets of FDA-approved drugs through the last decade for both cancer and autoimmune diseases, and have been attracting special attention of research groups due to the exorbitant diversity of the human kinome. It is known that either HDAC or TK single therapy have toxicity issues, adverse effects, inefficacy, resistance and/or recidive. Therefore, many studies report the design of HDAC-TK dual inhibitors aiming simpler treatments, synergism of action and side effects reduction. Herein, the design, synthesis and cytotoxic evaluation of dual and selective HDAC6-TK inhibitors are presented. A total of 23 compounds were designed and synthesized through 2 to 4 steps. All final compounds were characterized by 1H/13C NMR and high-resolution mass spectrometry (HRMS). The cytotoxicity of compounds was determined by MTT assay for both solid (HCT116 and MCF-7 cells) and hematological cancers (Jurkat and Namalwa cells). Compounds exhibited micro and nanomolar ranges of cytotoxicity for all cell lines tested. MCF-7 cells were the most resistant against the treatment, and hematological cells were more susceptible to the cytotoxic effect of the compounds. Compounds 4d-f were the most actives in the MTT screening against Jurkat cells (IC50 = 20, 30 and 50 nM, respectively). Mechanistic studies regarding the cytotoxic effects of 4d-f indicated that the compounds induced cell death in a time-dependent manner mainly via cytostatic activity even though apoptotic stimuli were observed also. Molecular docking and structure-activity relationships (SARs) allowed the identification of molecular patterns, and physicochemical and electronic properties that potentially modulate the biological activity of these compounds, allowing further optimizations of the molecular scaffold for these series of compounds. Taken together, the results of this study reveal the therapeutic potential of HDAC6-TK dual inhibitors. Noteworthy, the compounds reported herein could be the first HDAC6-TK dual inhibitors ever reported in literature

A novel second-generation platinum derivative and evaluation of its anti-cancer potential

Abstract Cisplatin is the primary anti-cancer agent for the treatment of most solid tumors. However, platinum-based anti-cancer chemotherapy produces severe side effects due to its poor specificity. There are a broad interest and literature base for a novel mechanism of action on platinum derivatives. Additionally, combining cisplatin with histone deacetylase inhibitors (HDACi) such as 4-hydroxybenzoic acid derivatives showed promising results in treating solid tumors. Here we aimed to conjugate 4-hydroxybenzoic acid with platinum to obtain a novel platinum derivative that can overcome cisplatin resistance. Cis-4-hydroxyphenylplatinum(II)diamine compound was synthesized under mild conditions and characterized. Cytotoxicity assay was performed on SKOV3-Luc and A549-Luc cells. Hemocompatibility and serum protein binding analysis were performed. Treatment potential was evaluated in xenograft tumor models. Biodistribution was tested on tumor-bearing mice via Pt analysis in organs with ICP-MS, ex vivo. In this study, cis-4-hydroxyphenylplatinum (II) diamine was synthesized with a yield of 62%. The MTT assay on A549-Luc and SKOV3-Luc cell lines resulted in IC50 values of 17.82 and 7.81 µM, respectively. While tumor growth was continued in the control group, the tumor volume decreased in the treatment group. All results point to the conclusion that the new compound has the potential to treat solid tumors

Planejamento, síntese, modelagem molecular e avaliação biológica de novos potenciais inibidores duais HDAC/ MMP não-hidroxamatos / Design, synthesis, molecular modeling and biological evaluation of novel potential non-hydroxamate dual HDAC/ MMP inhibitors

A inibição de alvos específicos como metaloproteinase de matriz (MMP) e histona desacetilase (HDAC) é amplamente estudada para impedir o progresso do câncer. Foi estabelecido que a inibição concomitante de MMP e HDAC é eficaz no combate de tumores sólidos e hematológicos. Ambos os alvos possuem um íon Zn2+ em seu sítio ativo, fundamental para a atividade destas enzimas. A alta afinidade dos inibidores conhecidos de MMP e de HDAC é conferida, principalmente, por um potente grupo ligante de zinco (ZBG). O ácido hidroxâmico é o ZBG mais potente conhecido atualmente, entretanto, este apresenta instabilidade farmacocinética, levando a ineficácia e genotoxicidade em testes clínicos. Frente a este contexto, o presente trabalho teve como objetivo o planejamento, síntese, modelagem molecular e avaliação biológica de novos inibidores duais MMP/HDAC não-hidroxamatos. Os compostos foram planejados utilizando estratégias de hibridação molecular, a partir de arcabouços provenientes inibidores de HDAC e MMP, gerando compostos arilsulfonamídicos com variações no tipo de ZBG inserido e na sua respectiva posição relativa na estrutura geral. Foram sintetizados sete análogos, em duas a três etapas reacionais, utilizando métodos de sulfonilação e acoplamento com agentes condensantes, partindo dos ésteres para e meta aminobenzoicos. Os rendimentos globais variaram de 25% a 55% e os produtos obtidos foram caracterizados por RMN 1H e 13C, LC/MS, CLAE e ponto de fusão. Os compostos tiveram sua atividade citotóxica avaliada em células HOG (oligodendroma) e T98G (glioblastoma), dentre os quais o 6a, que possui o ZBG 2-amino anilida, foi o mais promissor, apresentando atividade nas duas linhagens na casa de nM. Ensaios de coordenação com Fe2+ comprovaram a capacidade quelante dos análogos contendo ácido hidroxâmico e dos demais compostos citotóxicos, 4a e 4b (ZBG-2, salicilal-hidrazona), o que não foi observado para o composto 6a. Os estudos de ancoramento molecular permitiram sugerir um modo de interação para todos os ZBG propostos frente aos respectivos alvos (HDAC e MMP), sendo observado que o ZBG 4 (2-amino anilida) faria a interação de modo monodentado com a HDAC, enquanto não seria possível o encaixe no sítio catalítico da MMP. Conclui-se, portanto, que o planejamento proposto permitiu a obtenção de compostos promissores como antitumorais, e que a substituição do ácido hidroxâmico por outros ZBG fornece moléculas ativas frente a células tumorais. Entretanto, a avaliação biológica frente à MMP e HDAC é necessária para confirmar o mecanismo de ação proposto

Inhibition of specific targets such as matrix metalloproteinase (MMP) and histone deacetylase (HDAC) is extensively studied regarding arrest cancer growth. Particularly, concomitant inhibition of MMP and HDAC is effective against solid and hematologic tumors. Both targets have an ion Zn2+ at their catalytic site, which is essential for respective enzymatic activity. High affinity of known MMP and HDAC inhibitors is mainly provided by a potent zinc binding group (ZBG). Hydroxamic acid is the most potent ZBG currently known; however, it presents low pharmacokinetics stability, which results in its ineffectiveness and genotoxicity along clinical trial. So, the aim of this work comprised the design, synthesis, molecular modeling and biological evaluation of novel potential non-hydroxamate dual HDAC/ MMP inhibitors. Compounds were designed by molecular hybridation, employing scaffolds from HDAC and MMP inhibitors, which provided arylsulfonamides with variation about the ZBG type and its respective relative position in the general structure. Seven compounds were synthesized, in two to three reaction steps, through methods that comprise sulfonilation and coupling with condensing agents, using para and meta-aminobenzoic esters as starting material. Compounds showed global yields around 25-55 % and were characterized by 1H and 13C NMR, LC/MS, HPLC and melting point. Compounds were evaluated about their cytotoxicity against HOG (oligodendroma) and T98G (glioblastoma) cells, which 6a, with ZBG 2-aminobenzamide, was the most promising molecules, presenting activity against both cell lines at nM range. Coordination assays with Fe2+ proved the chelating capacity of hydroxamate analogues as well as the cytotoxic compounds, 4a and 4b (ZBG-2, salicylal-hydrazone), which was not observed about 6a. Molecular docking allowed to suggest an interaction model for all proposed ZBG with the respective targets (MMP and HDAC), showing that (ZBG-4) 2-aminobenzamide interacts with HDAC by monodentate way, but does not docks at MMP catalytic site. We conclude that the proposed design allowed obtaining promising compounds as antitumors agents, and the replacement of hydroxamic acid by other ZBG provide active molecules against tumor cells. However, biological evaluation against MMP and HDAC is necessary to confirm the proposed action mechanism