Progettazione e sintesi di nuovi inibitori delle istone deacetilasi

Abstract

Il controllo epigenetico dell'espressione genica e' operato da modifiche post-translazionali della cromatina, quali acetilazione e deacetilazione. Due enzimi sono respinsabili di questo processo: le HAT (istone acetiltransferasi) e le HDAC (istone deacetilasi). Le HDAC sono un gruppo di enzimi coinvoilti nella regolazione dell'espressione genica, nella riparazione de DNA e nella risposta allo stress. L'acetilazione gioca un ruolo importante nella trascrizione poiche' responsabile del rimodellamento della cromatina aumentando l'accesso dei fattori di trascrizione al DNA. Una diminuzione dei livelli dell'acetilazione istonica sono associate con un aumento dell'attivita' di trascrizione, mentre un decremento dei livelli di acetilazione e associate con le repression della repressione genica. Infatti nelle cellule tumoralisi osserva frequentemente un'anormale espressione genica. Gli inibitori delle HDAC (HDI) sono potenti induttori dell'arresto della crescita, della differenzione e della morte dellulare per apoptosis in cellule trasformate sia in vitro che in vivo. Ad oggi vi sono sette classi distinte di inibitori delle HDAC e tutti contengono tre elementi strutturali chiave del farmacoforo: a) un gruppo legante lo zinco (R), che coordina gli ioni zinco al fondo della lunga e stretta cavita' del sito attivo; b) un cappuccio o à ¢ capà ¢ (la funzione solfonammidica), che interagisce sia con gli aminoacidi sul margine del sito di legame sia con la superficie della proteina. c) un dominio di legame, il cui ruolo e' assicurare il corretto posizionamento dei gruppi precedenti e di interagire con il canale di legame lipofilo. Seguendo il nostro recente interesse nella ricerca di HDI piu' potenti, ho progettato e sintetizzato una nuova serie di composti contenenti quattro nuove porzioni chelanti lo zinco, quali formilidrazonometilica, 2-formilidrazinocarbonilica, 2,2,2-trifluoro-N-metilencetammidica e 2,2,2-trifluoro-N-metilacetammidica, legate attraverso uno spaziatore ad una solfonammide (Schema 1), responsabile dell'interazione idrofobica con l'HDAC. Studi di docking hanno mostrato che queste molecule si inseriscono perfettamente nella tasca enzimatica dell'HDAC con un ottimo à ¯ Gbind di à ¢ 7,9 kcal/mol che e' una 1 kcal/mol piu' bassa del SAHA, un ottimo inibitore.

The epigenetic control of gene expression is operated through post-translational modifications of chromatin such as acetylation and deacetylation. Two enzymes are responsable for these processes: HAT (histone acetyl transferase) and HDAC (histone deacetylase). HDAC is a group of enzymes involved in regulating gene expression, DNA repair and stress response. Acetylation plays an important role in trascription because it remodels chromatin structure enhancing access to DNA-binding factors. In general, increased levels of histone acetylation are associated with increased transcriptional activity, whereas decreased levels of acetylation are associated with repression of gene expression. In tumor cells abnormal gene expression is frequently observed. HDAC inhibitors have been shown to be potent inducers of growth arrest, differentiation, and apoptotic cell death both in vitro and in vivo transformed cells. To date there are seven distinct classes of HDAC inhibitors and all contain three key structural elements to their pharmacophore: a) a zinc-binding group which coordinates the zinc ion at the bottom of the long narrow active site cavity; b) a capping group which interacts both with the amino acids on the rim of the binding cavity and the protein surface; c) a linker domain whose role is to ensure the correct positioning of the two former groups and to in-teract with the lipophilic binding tunnel. Following our recent interest in the research of more potent HDAC inhibitors, we have projected and synthesized a new series of compounds containing four new zinc chelant moieties, i.e. formylhydrazonomethyl, 2-formylhydrazinocarbonyl, 2,2,2-trifluoro-N-methylideneacetamidic and N-(trifluoroacetyl)amidic, linked by an aromatic spacer to an aromatic sulfonamide, that is responsible of hydrophobic interaction with HDAC. Docking studies have shown that these new molecules fit very good in the HDAC enzymatic pocket with a best ï Gbind of â 7,9 kcal/mol that is 1 kcal/mol lower of the corresponding one for SAHA, a good HDAC.