Pyrroloquinoline alkaloids from marine bacteria as irreversible kinase inhibitors
Biochemistry
Metabolism, Biochemistry and Genetics of Microorganisms
Final Report Abstract
Das marine Pyrroloquinolin Alkaloid Lymphostin unterscheidet sich strukturell von vielen bekannten Kinaseinhibitoren. Aus diesem Grund sollten in diesem Forschungsprojekt verschiedene Lymphostin Derivate, die sich aus Lymphostin und den strukturell verwandten Ammosamiden zusammensetzen, untersucht werden. Semi ‐ und Totalsynthese der natürlichen und nicht‐natürlichen Derivate in Kombination mit Affinitäts ‐ und Fluoreszenz Proben sollte die Identifizierung potentieller Proteintargets erlauben. Kinase und Zell‐basierte Bioassays sollten eine Erforschung des Potentials dieser Derivate als Krebswirkstoffe ermöglichen. Struktur‐Aktivitäts‐Beziehungen (SAR) und Untersuchungen des Wirkungsmechanismus sollten die Hypothese, dass diese Stoffe als elektrophile Naturstoffe agieren, unterstützen. Es wurde erwartet, dass sich der Lymphostin Naturstoff als ein irreversibler kompetitiver Inhibitor von ATP erweist. Lymphostin hat sich basierend auf der hohen Reaktivität der Enone Funktionalität als instabiler Naturstoff bei der Isolierung aus seinem natürlichen Produzenten Salinspora arenicola CNS-205 herausgestellt. Um diese Problematik zu umgehen, wurden Teile einer Totalsynthese der Substanz entwickelt. Ausgehend von 4-Chloroindol konnte in einer Synthesestrategie, die in Teilen der Synthese von den Ammosamiden ähnelt, die Lymphostin Kernstruktur (4-hydroxy-6-nitropyrrolo[4,3,2-de]quinolin-2(1H)-one) gewonnen werden. Verschiedene Modifikationen der funktionellen Gruppen (Umwandlung des Alkohols in ein reaktivere Chlorid, Einführung einer Boc-Schutzgruppe am freien Amide für die Erhöhung der Löslichkeit der Kernstruktur, Reduktion der Nitrilgruppe und Einführung eines Einfach-Acetylates) ermöglichten eine Annäherung an die finale Lymphostin Struktur. Eine Palladium katalysierte Kreuz-Kupplung könnte den funktionellen Enone-Rest einführen und eine Einführung eines Triflat mit anschließender Reduktion würde die finale Struktur ermöglichen. Diese Reaktionen erwiesen sich aber hingegenals nicht oder nur in minimaler Ausbeute umsetzbar. Via Semisynthese sollten verschiedene Linker, die die Kupplung an Affinitätslinker ermöglichen, in Ammosamide C eingeführt werden. Durch die hohe Elektrophilie der Iminiumgruppe war es nicht möglich per klassischen Peptidkupplungen Linker an die Amingruppen einzuführen. Es wurden alternative Kupplungsreaktionen wie die Synthese und das Einführen von Diazo Reagenzien oder das kommerziell erhältliche DAAS-Na Reagenz für die Einführung eines Linkers im Heterozyklus getestet. Hierbei konnte zwar eine Ausbeute von 25% erreicht werden, aber abhängig von der Reaktivität der Iminiumgruppe erwies sich ebenfalls diese Struktur als nicht stabil. In Aktivitätsassays der Ammosamide A-C hat sich aber gezeigt, dass A und B nicht die zuvor publizierten Aktivitäten aufweisen und Derivat C der vermeintlich „wahre“ Naturstoff ist. Hierzu wurden als Abweichung zum Projektplan verschiedene Versuche durchgeführt, die den Ursprung von Ammosamide C als den „wahren“ Naturstoffe der Biosynthese durch nicht-enzymatische Reaktionen zeigen.
Publications
- Thiol Probes to detect electrophilic natural products based on their mechanism of action, ACS Chem. Biol., 2016, 11(8): 2328-36
G. Castro-Falcón, D. Hahn, D. Reimer and C.C. Hughes
(See online at https://doi.org/10.1021/acschembio.5b00924)
