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From propafenone to fumitremorgin C – Probing Pgp/BCRP Inhibitor Selectivity
Theresa Schwarz
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doktoratsstudium NAWI aus d. Bereich Lebenswissenschaften (Dissertationsgebiet: Pharmazie)
Betreuer*innen
Ernst Urban ,
Gerhard Ecker
DOI
10.25365/thesis.48806
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-24578.67910.169752-1
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
ABC-Transporter sind Membranproteine, die durch Hydrolyse von ATP den Transport einer Vielzahl von Substanzen über Membranen bewerkstelligen. Unter den menschlichen ABC-Transportern zählen P-Glykoprotein (Pgp, ABCB1) und Breast Cancer Resistance Protein (BCRP, ABCG2) zu den bekanntesten. Ihre Entdeckung beruhte auf der Tatsache, dass sie Krebszellen resistent gegenüber Gruppen von Zytostatika machen, was durch den Transport dieser Arzneimittel aus der Zelle vor sich geht. Außerdem werden Pgp und BCRP im Körper an verschiedenen Barrieren wie der Blut-Hirn-Schranke, der Blut-Plazenta-Schranke oder in der Leber exprimiert, wo sie die Absorption bzw. die Ausscheidung von Xenobiotika und Medikamenten beeinflussen. Durch diese Aufgaben stellen diese ABC-Transporter Targets und Antitargets dar und es ist wichtig zu wissen, ob neue Arzneimittel Wechselwirkungen mit ihnen zeigen.
Innerhalb der letzten Jahrzehnte wurden viele Substanzen als Substrate oder Inhibitoren von Pgp und BCRP identifiziert. Dabei wurde bemerkt, dass sowohl selektive Interaktion mit nur einem, als auch generelle Interaktion mit beiden Transportern vorkommt. Die genauen strukturellen Anforderungen um einen selektiven oder einen generellen Inhibitor zu erhalten sind aber noch unklar. Falls möglich, können Vorhersagen meist nur für begrenzte Substanzserien gemacht werden.
Um das Verständnis von Inhibitoren von BCRP und/oder Pgp zu verbessern, wählten wir den Ansatz, einen selektiven Inhibitor Pgps (Propafenon-Analog GPV005) schrittweise einem selektiven Inhibitor von BCRP (Fumitremorgin C) ähnlicher zu machen. 7 Zielstrukturen, die den chemischen Raum zwischen diesen beiden Molekülen bestmöglich abdecken sollen, wurden definiert. Diese beinhalten immer mehr Teilstrukturen von Fumitremorgin C, es werden aber auch strukturelle Elemente von GPV005 beibehalten. Im Detail beinhaltet dies erst ein Ersetzen des Stickstoff-Substituenten in GPV005 durch Prolin oder ein cyclisches Dipeptid aus Prolin und Glycin, dann die Verkürzung des Linkers zwischen dem zentralen aromatischen Ring und Prolin-Komponente von einem 2-Hydroxypropylen- zu einem Ethylen-Linker, gefolgt von einem Ringschluss zu Chromon- und Chromanon-Verbindungen. Dadurch können die Einflüsse von Flexibilität und Rigidität durch Fixierung dieser Strukturen untersucht werden. Für alle Zielsubstanzen wurden neue Synthesewege entwickelt und die inhibitorische Wirkung auf Pgp und BCRP wurde in einem zellulären Aufnahme-Assay getestet.
Generell zeigten die Substanzen, die GPV005 am ähnlichsten waren, die höchste Aktivität für Pgp- und BCRP-Inhibition, wobei BCRP-Inhibitoren die Dipeptid-Einheit aufweisen. Chromone und Chromanone inhibierten BCRP etwas stärker als Pgp, wobei Chromanone auf beiden Transportern aktiver waren als ihre oxidierten Äquivalente. Es zeigte sich, dass nur wenige selektive Inhibitoren erhalten wurden, und dass die meisten Verbindungen beide Transporter hemmen.
Durch diese Arbeit konnten Einblicke in den Einfluss verschiedener funktioneller Gruppen und Strukturelemente zweier bekannter Inhibitoren auf die Inhibition zweier ABC-Transporter gewonnen werden. In Zukunft können die Erkenntnisse für die Entwicklung selektiver oder Breitband-wirksamer Inhibitoren genutzt werden.
Abstract
(Englisch)
ABC transporters are membrane proteins that facilitate the transport of various substances over cellular membranes. Among the most well-known members of this superfamily are P-glycoprotein (Pgp, ABCB1) and Breast Cancer Resistance Protein (BCRP, ABCG2). By transporting chemotherapeutic agents out of cancer cells, they are both responsible for treatment failure in multidrug-resistant cancers. Additionally, they are expressed in barrier tissues in the body (liver, blood-brain barrier, blood-testis barrier, placenta, …) and thus limit the absorption of xenobiotics and drugs to these tissues, making them both targets and antitargets.
A multitude of substrates and inhibitors of Pgp and BCRP are known, however, it has been shown that while some compounds only interact selectively with one transporter, many modulate both of them. Still, the structural requirements for the design of selective or general inhibitors are not fully known and, if possible at all, predictions can only be made for limited structural scaffolds.
In order to learn more about modulators of Pgp and/or BCRP, our approach was to pick a known, selective inhibitor of Pgp (propafenone analogue GPV005) and one of BCRP (fumitremorgin C) and explore the chemical space in between. 7 target structures were defined which carried more and more features of fumitremorgin C, while still retaining some structural elements of GPV005. By adding some structural variety, 28 compounds were synthesized. Structures ranged from compounds very similar to propafenones where only the nitrogen substituent was replaced by proline or by a small cyclic dipeptide consisting of proline and glycine, over shortening the 2-hydroxypropylene linker to an ethylene linker to chromone and chromanone compounds in order to study the effect of the rigidity increase by ring closure. New synthetic routes were developed for all compounds, and their inhibitory activity on both Pgp and BCRP was determined by a cellular uptake assay of a fluorescent substrate.
In general, it could be shown that compounds most similar to propafenones inhibit Pgp most, and fewer active or moderately active compounds can be found among the compounds more similar to fumitremorgin C. Interestingly, also the most active inhibitors for BCRP are among the propafenone analogues but carry the dipeptide moiety. Chromone and chromanone compounds showed higher activity on BCRP than on Pgp, although mostly acting as dual inhibitors.
This work shows the influence of functional groups and molecular patterns of known inhibitors on the inhibition of Pgp and BCRP. This knowledge could help the development of new selective or general inhibitors.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
breast cancer resistance protein inhibitor p-glycoprotein polypharmacology propafenone fumitremorgin C
Schlagwörter
(Deutsch)
Breast Cancer Resistance Protein Inhibitor P-glykoprotein Propafenon Fumitremorgin C
Autor*innen
Theresa Schwarz
Haupttitel (Englisch)
From propafenone to fumitremorgin C – Probing Pgp/BCRP Inhibitor Selectivity
Paralleltitel (Deutsch)
Von Propafenon bis Fumitremorgin C - Erforschung der Selektivität von Inhibitoren für Pgp bzw. BCRP
Publikationsjahr
2017
Umfangsangabe
v, 130, XXIX Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Ahcene Boumendjel ,
Christine Hrycyna
AC Nummer
AC14480808
Utheses ID
43130
Studienkennzahl
UA | 796 | 610 | 449 |