Síntesis total de tripartina y ácido nahuoico a, inhibidores naturales de enzimas epigenéticas

Resumo

El ácido nahuoico, producido por cultivos de Streptomyces, es un inhibidor competitivo de SAM y selectivo de la enzima desmetilasa de hsitonas SETD8 (PR-Set7/KMT5a) in vitro. La estructura, incluyendo la configuración relativa de los estereocentros, se basó en estudios de trNOESY y gCOSY60, y la configuración absoluta se estableció por estudios de los acetónidos y de los ésteres de Mosher. La selectividad de este compuesto en la inhibición in vitro de la actividad metiltransferasa de SETD8 frente a otros miembros de la familia (G9a, EHMT1, SETD7, SUV39H2, SUV400H1, SUV420H2, DOT1L, PRMT1, PRMT2 y MLL) es muy notable para un inhibidor competitivo de SAM y no competitivo con respecto al sustrato peptídico. La actividad mostrada, su selectividad y potencia, así como la posible ruta biogenética de obtención del octahidronaftaleno por medio de una reacción tipo Diels-Alder, hacen muy atractiva la síntesis del ácido nahuoico siguiendo una ruta versátil que permita preparar análogos de mayor potencia y estructuras simplificadas. La propuesta de síntesis del ácido nahuoico se inspira en la posible biogénesis, en donde la construcción del fragmento cíclico de octahidronaftaleno podría deberse a una reacción de Diels-Alder intramolecular (IDA). La configuración del producto natural requiere la cicloadición de un precursor de geometría E siguiendo una orientación exo sobre la cara Si del dienófilo. Fueron necesarios estudios teóricos previos de los cuatro estados de transición estereoisoméricos para comprobar si la aproximación deseada es la de menor energía, tanto en condiciones térmicas como catalizadas por ácidos de Lewis. El tetraeno se construyó por reacción de acoplamiento de Suzuki entre dos fragmentos de similar complejidad que contienen 4 y 3 estereocentros, respectivamente. Para la generación de los fragmentos funcionalizados como ácido borónico y halogenuro de alquenilo, se hizo uso de las reacciones de alilación estereoselectivas a grupos carbonilo, así como de las condensaciones aldólicas diastereoselectivas tipo Evans empleando oxa(tia)zolidinotionas como reacciones de conexión. El ácido alquenilborónico resultó de la metátesis cruzada empleando el correspondiente derivado de propenilo. Tras la reacción de Suzuki, el tetraeno se trató con un ácido de Lewis a baja temperatura o en condiciones térmicas, para obtener el aducto deseado y otros estereoisómeros, quedando pendiente la desprotección de los grupos protectores seleccionados y la hidrólisis para generar el grupo ácido del policétido natural. Antes de llevar a cabo la síntesis del ácido nahuoico, se abordó la preparación del tetraeno modelo que resulta del empleo del pinacolboronato de propenilo en la reacción de Suzuki. El estudio de la reacción de IDA de este compuesto permitió corroborar las predicciones computacionales y sirvió como modelo para el estudio de la dependencia de la diastereoselectividad en la IDA para formar octahidronaftalenos con la sustitución del sustrato, un aspecto insuficientemente estudiado. Como hitos del subproyecto destacan la obtención de octahidronaftalenos por reacción de Diels-Alder intramolecular y el desarrollo de los modelos de inhibición de KMTs por los productos naturales, que permitirán, en un futuro, sintetizar una colección de productos naturales y análogos no naturales, y caracterizarlos como inhibidores mediante estudios enzimáticos y celulares. El producto natural tripartina, un inhibidor selectivo de la desmetilasa de histonas KDM4, ha sido aislado de una bacteria del género Streptomyces sp. asociada a la larva del escarabajo Copris tripartitus Waterhouse. En la singular estructura de tripartina destaca la agrupación hidroxidiclorometilindanona, lo que sugiere que parte de esa funcionalidad (el diclorometilcarbinol orto al fenol) podría imitar al cofactor 2-OG, de manera análoga a la N-oxalilglicina, o al succinato, el subproducto de la reacción. Dado que este compuesto es el primer producto natural selectivo con actividad como inhibidor de la desmetilasa de histona KDM4 (el flavonoide quercetina es un inhibidor promiscuo), se abordó en este proyecto la síntesis de tripartina y compuestos análogos. Se desarrolló una ruta sintética a partir de las indanonas obtenidas por tratamiento de benzopiranonas con un ácido de Lewis. La protección de los fenoles (analizando la adecuación de varios grupos protectores a la secuencia sintética) permitió la reacción con el anión de diclorometano y el diclorometilindanol protegido se oxidó en la posición bencílica con un oxidante adecuado. La desprotección de los fenoles condujo a tripartina como racemato, cuyos enantómeros fueron separados por HPLC. Para la síntesis enantioselectiva de los enantiómeros de tripartina, se planteó una ruta que parte de los alquilidenindanos, que se convierten en los dioles correspondientes mediante una dihidroxilación asimétrica de Sharpless, seguida de la oxidación del alcohol primario al aldehído. El tratamiento de la hidrazona derivada con CuCl2 y MeOH generó el diclorometilderivado, cuya oxidación alílica y posterior desprotección condujeron a análogos enantiopuros. Finalmente, la preparación de análogos con otros esqueletos modificados requirió la síntesis previa de los precursores de los diclorometilcarbinoles bencílicos como, por ejemplo, los derivados de isatina, que fueron obtenidos a partir de las correspondientes anilinas. La diversidad estructural se pudo ampliar utilizando los organolíticos correspondientes a los restantes haloderivados, así como empleando análogos de seis átomos (benzopiranonas, tetralonas, quinolonas, dihidroquinolonas, etc.), cuya selección y optimización dependerá de los modelos moleculares de interacción de tripartina con KDM4. Como hitos del subproyecto destacan la resolución de los retos sintéticos (formación del diclorometilindanol) y el desarrollo de los modelos de inhibición de KDMs por tripartina, que permitirán, como entregables, sintetizar el producto natural y análogos no naturales, y caracterizar los inhibidores con estudios enzimáticos y celulares.