Prof. L. Celewicz

Projekt pracy doktorskiej
Projektodawca:
Prof. UAM dr hab. Lech Celewicz
Tytuł projektu:
„Synteza i badania aktywności cytostatycznej analogów
5’-monofosforanów nukleozydów pirymidynowych”
Tematyka badawcza
Analogi nukleozydów pirymidynowych i purynowych odgrywają coraz większą rolę
w leczeniu chorób nowotworowych i wirusowych [1]. Wśród nukleozydowych leków
przeciwnowotworowych duże znaczenie w praktyce klinicznej mają: floksurydyna (5-fluoro2’-deoksyurydyna), cytarabina (1--D-arabinofuranozylocytozyna), gemcytabina (2’,2’difluoro-2’-deoksycytydyna) i decytabina (5-aza-2’-deoksycytydyna).
Aby naturalny nukleozyd lub jego syntetyczny analog został włączony, przez
polimerazę DNA, do syntetyzowanej nici DNA musi najpierw przejść trzystopniową
fosforylację przy udziale enzymów komórkowych (kinaz) do 5’-trifosforanu (substratami
polimerazy DNA są 5’-trifosforany nukleozydów). Podobnie nukleozydowy lek
przeciwnowotworowy, który jest inhibitorem polimerazy DNA musi zostać przekształcony w
5’-trifosforan, aby oddziaływać z centrum aktywnym tego enzymu. 5-Fluoro-2’deoksyurydyna również włączana jest do DNA, jednak jej aktywność cytostatyczna wiąże się
głównie z przekształceniem w 5’-monofosforan, który jest silnym inhibitorem syntazy
tymidylanowej, enzymu transformującego 5’-fosforan 2’-deoksyurydyny w 5’-fosforan
tymidyny. Wysiłek badaczy wielu laboratoriów aktualnie koncentruje się na opracowaniu
takich proleków nukleozydów, które w formie maskowanych 5'-monofosforanów
(pronukleotydów), łatwo przenikałyby przez fosfolipidową membranę komórkową i wewnątrz
komórki w wyniku hydrolizy chemicznej lub enzymatycznej zostałyby przekształcone w 5'monofosforany analogów nukleozydów [2].
W ostatnich latach ukazały się prace wskazujące na dużą aktywność
przeciwnowotworową i przeciwwirusową pochodnych 5'-amidofosforanowych nukleozydów
pirymidynowych jako pronukleotydów. Pochodne te przenikają stosunkowo łatwo do wnętrza
komórek, gdzie są metabolizowane do 5'-monofosforanów, przy udziale enzymu
fosforamidazy, ulegając następnie przekształceniu w odpowiednie 5'-trifosforany.
W ramach pracy doktorskiej planowane są badania nad syntezą takich pochodnych 5’fosforanów cytarabiny, gemcytabiny i decytabiny, które zawierałyby grupy blokujące, w
części zasadowej (na funkcji egzoaminowej, 4-NH2), w części cukrowej i fosforanowej,
uwalniane pod wpływem reakcji enzymatycznych, tzw. grupy biolabilne. Przykładem takiej
grupy biolabilnej stosowanej do ochrony funkcji egzoaminowej może być grupa
pentoksykarbonylowa hydrolizowana przez esterazy. Inną grupą blokującą funkcję
egzaminową byłaby grupa 4-azydobutyrylowa uwalniana pod wpływem reduktaz (redukcja
grupy azydkowej do aminowej i następnie reakcja wewnątrzcząsteczkowa grupy aminowej z
karbonylową prowadząca do utworzenia pirolidonu-2). Grupy hydroksylowe mogłyby zostać
zablokowane blokadą t-butoksykarbonylową również hydrolizowaną przez esterazy. Jedna z
grup hydroksylowych na fosforze byłaby przekształcona w aminoalkilową lub z
podstawnikiem aminokwasowym (hydrolizowane przez fosforamidazę), natomiast druga
zostałaby zablokowana grupą arylową z podstawnikiem azydoalkilowym w pozycji orto.
Podstawnik azydoalkilowy pod wpływem reduktaz mógłby się przekształcać w
aminoalkilowy, co prowadziłoby do usunięcia blokady arylowej w rekcji SN2 na fosforze
(atak nukleofila aminowego na atom fosforu). Poniżej są przedstawione przekładowe
struktury pronukleotydów gemcytabiny i decytabiny z wymienionymi grupami biolabilnymi.
Zsyntetyzowane pronukleotydy byłby badane na aktywność cytostatyczną z
zastosowaniem nowotworowych linii komórkowych takich jak na przykład: HeLa (raka szyjki
macicy), KB (nosogardzieli) czy MCF-7 (raka piersi) we współpracy z dr. Piotrem
Ruszkowskim z Uniwersytetu Medycznego w Poznaniu.
Literatura
1. Pradere U., Granier-Amblard E. C., Coats S. J., Amblard F. and Schinazi R. F., Chem.
Rev., 114, 9154-9218 (2014).
2. Lewandowska M., Ruszkowski P., Baraniak D., Czarnecka A., Kleczewska N. and
Celewicz L., Eur. J. Med. Chem., 67, 188-195 (2013).
3. Lewandowska M., Ruszkowski P., Chojnacka K., Kleczewska N., Hoffmann M.,
Kacprzak K., Celewicz L., Bioorg. Med. Chem., 24, 2330-2341 (2016).