LASSBio 20 Anos: Episódios Científicos de uma Trajetória de Dedicação, Inspiração e Transpiração Carlos Alberto Manssour Fraga E-mail: [email protected] CCS, 25 e 26 de Setembro de 2014 1989: O início da relação / Moduladores da Cascata do Araquidônico NSAID’s Prostaciclina RECEPTOR IP Análogos de PGI2 Barreiro E. J. & Fraga, C. A. M. (1999) Química Nova 22, 744-759. A Motivação: Usar Produtos Naturais Brasileiros como Matéria-Prima Safrol como Bióforo Natural O MeO 3’ R 6 O MeO Safrol E L E T R Ô N I C A S Características Biofóricas 6 1’ H I D R O F Ó B I C A S Ocotea pretiosa Óleo de sassafrás: 80% Piper hispidinervum (Pimenta longa) Embrapa (BR) - Acre BARREIRO E. J. & FRAGA, C. A. M. (1999) Química Nova 22, 744-759. O Anti-trombótico O C H3 O S O 2NH O C O 2H O Anti-trombótico N R Benziléter de O-oxima O C O 2H R=H R = Me Pharm. Acta Helv., 1999 Pharm. Acta Helv., 1999 Novo agente cardioativo J. Braz. Chem. Soc. 1993 O O O NH 2 N Nova classe de analgésicos Indometacina O C OOH O O N Sulindaco C H3 COX-2 NSAI R O Oxicam H C OOH J. Heterocycl. Chem., 1995 N C H3 O O Cl R=H R = Me NH OH O C H 3S O J. Pharm. Sc., 1992 O C OOH O O J. Chem. Res. 1982 H CO2H Safrol Synth. Comm., 1999 H3SCO O O S O O N O C H3 O O O SO2 NC H 3 J. Heterocycl. Chem., 1992 O H N O S O C H3 O Bioorg.Med.Chem.Lett.,1998. Isosafroxicams CIRPE test FRAGA, C. A. M. & BARREIRO, E. J. (1992) Journal of Heterocyclic Chemistry, 29, 1667-1669. Um grande desafio: O sistema oxabiciclo[3.3.0]octano e os análogos de prostaciclina 1991-1994 + EXO RMN H1 60 MHz FRAGA, C. A. M., BARREIRO, E. J. (1996) Chemical and Pharmaceutical Bulletin, 44, 2157-2161. Mudança de Paradigma: A identificação das Isoformas da Ciclooxigenase Metabolismo Hepático AINEs Efeito Sistêmico Metabólito AINE ativo Diminuição de prostaglandinas da mucosa gástrica PGHS-2 (COX-2) Isoforma induzida envolvida na produção de PG’s em processos fisiopatológicos W LAGES, A. S., SILVA, K. C. M., MIRANDA, A. L. P., FRAGA, C. A. M., BARREIRO, E. J. (1998) Bioorganic and Medicinal Chemistry Letters, 8, 183-188. Antiinflamatórios Bipirazólicos padrão bipirazola sistema terfenílico F 3C O N N CH3 LASSBio-321 R1 = R2 = CH3 LASSBio-356 R1 = R2 = Ph LASSBio-367 R1 = R2 = H LASSBio-445 R1 = H, R2 = CH3 LASSBio-446 R1 = Ph, R2 = CH3 S O H3C CH3 NH N N R1 N N celecoxibe O S O 2001 R2 NH2 a) Isosterismo clássico de anel b) Transpoisção do GF c) Retroisosterismo: -SO2-NH2 para -NHSO2-CH3 Novos derivados bipirazólicos Atropoisômeros NH2 H 3C N N N CH3 LASSBio-456 aR aS VELOSO, M, P.; ROMEIRO, N. C.; SILVA, G. M. S.; ALVES, H. M.; DORIGUETTO, A. C.; ELLENA, J.; MIRANDA, A. L. P.; BARREIRO, E. J. & FRAGA, C. A. M. (2012) Chirality, 24, 463–470. O Nascimento a Era das N-Acilidrazonas (NAH) Bioativas no LASSBio DUARTE, C. D., BARREIRO, E. J., FRAGA, C. A. M. (2007) Mini-Reviews in ESTRUTURA Medicinal Chemistry, 7, 1108-1119. PRIVILEGIADA MATHEUS, M. E. ; OLIVEIRA, L. F. ; FREITAS, A. C. C. ; CARVALHO, A. M. A. A. ; BARREIRO, E. J. (1991) Brazilian Journal of Medical and Biological Research, 21, 1219-1222. Protótipos: Analgésicos Antiinflamatórios Anti-agregante plaquetários FRAGA, C. A. M., BARREIRO, E. J. (2006) Current Medicinal Chemistry, 13, 167-198. Diversidade Molecular de N-Acilidrazonas (NAH) Bioativas obtidas pela Estratégia do Bioisosterismo R N R R N R N N N H N O R N N H R N R 3 N H N (E) H H N Ar N X 2 Ar= R , N H R R N R R S H N S N S R N X = S,O W = H,Cl,Br,F,OMe,NMe,OH,Me O 3 W R O R 2 NAH O 4 3 N N H protótipo O S R N N H N N H FRAGA, C. A. M., BARREIRO, E. J. (2006) Current Medicinal Chemistry, 13, 167-198. Derivados 1,3-Benzodioxolil-N-Acilidrazônicos, seus isósteros sulfonilidrazônicos e homólogos insaturados e saturados, sintetizados a partir do safrol. LIMA, P. C., LIMA, L. M., SILVA, K. C. M., LEDA, P. H. O., MIRANDA, A. L. P., FRAGA, C. A. M., BARREIRO, E. J. (1999) European Journal of Medicinal Chemistry, 35, 187-203. Descoberta do Protótipo Cardioativo LASSBio-294 Inotrópico Positivo e Vasodilatador Mecanismo de Ação Inovador Receptores de Adenosina A2A PRONEX 1996 SUDO, R. T., ALBUQUERQUE, E. X., BARREIRO, E. J., ARACAVA, Y., CINTRA, W. M., MELO, P. A., NOEL, F. G., ZAPATASUDO, G., SILVA, C. L. M., CASTRO, N. G., FERNANDES, P. D., FRAGA, C. A. M., MIRANDA, A. L. P., US Patent 7,091,238, 15 de Agosto de 2006 . Principais Modificações Estruturais Introduzidas no Protótipo LASSBio-294 “lead optimisation is defined as those activities that are required to optimise a screening hit to a pre-clinical candidate. Thus, lead optimisation invariably comprises synthetic and medicinal chemistry, biochemical and functional screening, computer-aided drug design, in vitro and in vivo pharmacokinetic studies and physicochemical (e.g. solubility, partition coefficient and acidity) studies” Baxter, A. D. & Lockey, P. M. (2001) Drug Discov. World 2, 9–15. a = Introdução de grupos com diferente perfil de contribuição estereoeletrônica; b = Substituinte R na posição 6 do anel benzodioxola – efeitos estereoeletrônicos; c = Alquilação do grupamento farmacofõrico – Modificação da habilidade como doador de ligação de H; Alterações conformacionais; d = Introdução de substituintes alquila – Efeitos estéricos e/ou conformacionais; e = Redução da dupla ligação imínica – Modificação da extensão de conjugação do grupamento farmacofórico; aumento da liberadade conformacional; f = Troca do anel tiofeno por núcleos isostéricos com diferentes contribuições eletrônicas; g = Introdução de grupos com diferente perfil de contribuição estereoeletrönica. Identificação da Provável Conformação Bioativa de N-Acilidrazonas Vasoativas O O O N R O N S H O N N R O LASSBio-294 (R = H) LASSBio-785 (R = CH3) O O H LASSBio-129 (R = H) LASSBio-1003 (R = CH3) O O O N R N O H LASSBio-123 (R = H) LASSBio-1004 (R = CH3) O N R N N H H LASSBio-1028 (R = H) LASSBio-1456 (R = CH3) Contratura de aorta induzida por fenilefrina Compostos IC50 (M) com sem endotélio endotélio N-acilidrazonas LASSBio-294 LASSBio-129 LASSBio-123 LASSBio-1028 N-metil-N-acilidrazonas 74,0 >500 81,0 >200 LASSBio-785 LASSBio-1003 LASSBio-1004 LASSBio-1456 10,2 40,8 3,5 3,1 >100 >500 >500 >200 Propriedades Estereoeletrônicas PM = 15,03 RM = 5,65 cm3/mol Hansch =0,56 Hammett = -0,17 Grupo Metila 18,5 15,7 11,1 17,8 Silva, A. G. et al. (2005) Bioorg. Med. Chem. 13, 3431. LASSBio-785 Kummerle, A. E. et al. (2009) Eur. J. Med. Chem. 44, 4004. Zapata-Sudo et. al. (2010) Am. J. Hypertens. 23, 135. “The Methylation Effect in Medicinal Chemistry” Barreiro, E.J.; Kummerle, A.E.; Fraga, C. A. M. (2011) Chem. Rev. 111, 5215. W Compostos Heterocíclicos Bioativos Descobertos no LASSBio R1 O NAH N R1 N R2 O 2 N X 3 H3C S S OCH3 H3C Huang, Q. et al. (2000) J. Med. Chem. 43, 71. R2 H OCH3 H3C N N N N N N N N N FRAGA, A. G. M. et al. (2000) Eur. J. Pharm. Sci. 11, 285. CARVALHO, A. S. et al. (1996) J. Braz. Chem. Soc. 7, 247. Cl X=S X=O X = NH CARVALHO, A. S. et al. (1996) J. Heterocyclic Chem. 33, 309. Cook’s Pharmacophoric Model for BZDP Ligands O W OH O S O S O H3C O H3C O OH N N N N LASSBio-341 Cardoso, C. R. et al. (2002) Bioorg. Med. Chem. Lett. 2002, 12, 9. N N LASSBio-341 Fraga, A. G. M. (1999) M.Sc. Thesis, IQ-UFRJ. PEREIRA, E. F. R. et al. (1998) Abstracts of XIII Annual Meeting of FESBE, 15.026, p. 305. (LASSBio-292) X = S (LASSBio-844) X = NH X OH H3C N N N 15 Descoberta de Protótipos Neuroativos: Derivados Pirazólicos e 1,2,3Triazólicos N-Fenilpiperazínicos com Ação Antipsicótica Mecanismo de Ação “Aripiprazola Aripiprazola--like like”: ”: Agonista de autoreceptores D2 (Pré) Antagonista de receptores 5-HT2A Agonista de receptores 5-HT1A p.o., 5 mg/kg PROCAD-CAPES Profa Stela M. K. Rates (UFRGS) Profa Teresa Dalla Costa (UFRGS) Profa Valéria de Oliveira (UFG) Farmacodinâmica in vitro Farmacodinâmica in vivo Farmacocinética Metabolismo Toxicidade Menegatti, R. et al. (2003) Bioorg. Med. Chem. 11, 4807. Neves, G. et al. (2010) Bioorg. Med. Chem. 18, 1925. ANOVA): diferente do grupo veículo+veículo ***P<0,001; diferente do grupo veículo+apomorfina; ###P<0,001. Descoberta de Protótipos Anti-Alzheimer: Inibidores de AChE Análogos a Tacrina AChE: Sítio Aniônico Periférico NH2 H3C N N NH2 N N N N N LASSBio-501 LASSBio-560 IC50 = 6,39 μM IC50 = 6,0 μM BARREIRO, E. J., CÂMARA, C. A., VERLI, H., MÁS, L. B., CASTRO, N. G., CINTRA, W. M., ARACAVA, Y., RODRIGUES, C. R., FRAGA, C. A. M. (2003) Journal of Medicinal Chemistry, 46, 1144-1152. Novos Protótipos Anti-Alzheimer Semissintéticos: LASSBio-767 (-)-Spectalina H3 C O O N+ Cl- H3 C H Cassia spectabilis Compostos Tacrina Galantamina LASSBio-767 IC50 (M) ChE Total BuChE 0,16 3,10 7,32 Semissíntese 0,21 --150,1 H CH3 11 O LASSBio-767 Parceria: Profa Vanderlan Bolzani (NUBBE) UNESP-Araraquara • LASSBio-767 é um inibidor reversível, não competitivo de colinesterase cerebral; • LASSBio-767 apresenta reduzido perfil de efeitos colaterais, em função de sua ação seletiva como inibidor de ChE versus BuChE, associada a sua ação como antagonista de receptores muscarínicos M2 e M3; Docking de LASSBio-767 no sítio ativo da AChE (Torpedo californica) - FlexE Viegas-Jr., C. et al. (2005) Bioorg. Med. Chem. 13, 4184. Viegas-Jr., C. et al. (2003) PI-0305690-2, depositada em 08/10/2003 (PCT). Castro, N. G. et al. (2008) Eur. J. Pharmacol. 580, 339. Planejamento de Análogos de Agonistas de Receptores Benzodiazepínicos: LASSBio-873 e LASSBio-981 hM2 muscarinic receptor DOR NEUROPÁTICA: Agonista de Receptores Muscarínicos (M1/M2) MENEGATTI, R., SILVA, G. M. S., ZAPATA-SUDO, G., RAIMUNDO, J. M., SUDO, R. T., BARREIRO, E. J., FRAGA, C. A. M. (2006) Bioorganic and Medicinal Chemistry, v. 14, p. 632-640. NASCIMENTO-JR, N. M., MENDES, T. C. F., LEAL, D. M., CÔRREA, C. M. N., SUDO, R. T., ZAPATASUDO, G., BARREIRO, E. J., FRAGA, C. A. M. (2010) Bioorganic and Medicinal Chemistry Letters, 20, 74-77. Um novo paradigma: A Busca por Protótipos Multialvo para Doenças Multifatoriais Antiinflamatório Anti-TNFα Atividade sobre o recrutamento de neutrófilos induzida por LPS, correlacionada com sua ação inibitória sobre o TNFα em modelos in vivo. LIMA, L. M., CASTRO, P., MACHADO, A. L., FRAGA, C. A. M., LUGNIER, C., MORAES, V. L. G., BARREIRO, E. J. (2002) Bioorganic and Medicinal Chemistry, v. 10, p. 3067-3073. MACHADO, A. L., LIMA, L. M., ARAÚJO-JÚNIOR, J. X., FRAGA, C. A. M., KOATZ, V. L. G., BARREIRO, E. J. (2005) Bioorganic and Medicinal Chemistry Letters, 15, 1169-1172. Hibridação Molecular e os Fármacos Simbióticos VIEGAS-JÚNIOR, C., DANUELLO, A., BOLZANI, V. S., BARREIRO, E. J., FRAGA, C. A. M. (2007) Current Medicinal Chemistry, 14, 1829-1852. “….a second possibility of therapeutic intervention on multifactorial diseases consists of modulating two distinct bio-targets that belong to different biochemical “windows”, related to the same physiopathology. The main advantage of this strategy, known as symbiotic approach (SA), resides in the improvement of the synergic effects, which if appropriately balanced, could promote direct consequences on the efficacy of new hybrid lead drug candidates, called symbiotic prototypes or drugs.” Fraga, C. A. M. & Barreiro, E. J. (2008) Curr. Drug Ther. 3, 1. Receptor TRPV-1 LASSBio-881 (20 µM) Planejamento Estrutural de LASSBio-881: Protótipo NAH Multialvo Inibidor de COX-1/COX-2 Agonista CB1 Antagonista TRPV-1 (IC50 = 14 µM) DUARTE, C. D., TRIBUTINO, J. L. M., LACERDA, D. I., MARTINS, M. V., ALEXANDRE-MOREIRA, M. S., DUTRA, F., BECHARA, E. J. H., DE-PAULA, F. S., GOULART, M. O. F., FERREIRA, J., CALIXTO, J. B., MIRANDA, A. L. P., BARREIRO, E. J., FRAGA, C. A. M. (2007) Bioorg. Med. Chem., 15, 2421-2433. TRIBUTINO, J. L. M., SANTOS, M. H. L., MESQUITA, C. M., LIMA, C. K. F., DA-SILVA L. L., MAIA, R. C., DUARTE, C. D., BARREIRO, ELIEZER J., FRAGA, C. A. M., CASTRO, N. G., MIRANDA, A. L. P., GUIMARÃES, M. Z. P. (2010) British Journal of Pharmacology, 159, 1716-1726. Novos Protótipos Imidazo[1,2-a]piridínicos Planejados como Híbridos Moleculares do Inibidor de MAPK p38 SB203580 e do Inibidor de COX-2 Celecoxibe . Inibidor COX-2 Antagonista TRPV-1 (IC50 = 0,58 µM) Anti-TNFα ANTI-HIPERALGÉSICOS: DOR NEUROPÁTICA Agonista Misto de Receptores de Adenosina A1 e A2A LACERDA R. B., LIMA, C. K. F., DA-SILVA L. L., ROMEIRO, N. C., MIRANDA, A. L. P., BARREIRO, E. J., FRAGA, C. A. M. (2009) Bioorganic and Medicinal Chemistry, 17, 74-84. LIMA, C. K. F., SILVA, R. M., LACERDA R. B., SANTOS, B. L. R., SILVA, R. V., AMARAL, L. S., QUINTAS, FRAGA, C. A. M., BARREIRO, E. J., GUIMARÃES, M. Z. P., MIRANDA, A. L. P. (2014) Plos One, e99510. Caracterização do Grupamento N-Acilidrazona como Estrutura Privilegiada: SBDD Duarte, C. D. et al. (2007) Mini Rev. Med. Chem. 7, 1108. Moduladores de receptores tirosina-quinases (Leonard et al., 2006) (WO2006/101937 A1) Janssen Pharmaceutica N.V. [US/BE] Agonista Inverso de receptores canabinóides (CB2) (Diaz et al., 2009) The University of Texas N-acilidrazona Antagonista de receptores vanilóides TRVP-1 (Tributino et al., 2010) Universidade Federal do Rio de Janeiro Privileged Structures: “... single molecular framework capable to provide useful ligands for more than one receptor....” (Evans, B. E. et al. (1988) J. Med. Chem. 31, 2235). Inibidores da proteína do capsídeo do HIV-1 (Tian et al., 2009) Peking University, Center for Biologics Evaluation and Research, (FDA) Antiinflamatório Inibidor de COX-1 (Tributino et al., 2009) Universidade Federal do Rio de Janeiro Diaz, P. et al. (2009) J. Med. Chem. 52, 444. Tian, B. et al. (2009) Bioorg. Med. Chem. Lett. 19, 2162. Tributino, J. L. M. et al. (2009) Bioorg. Med. Chem. 17, 1125. Tributino, J. L. M. et al. (2010) Brit. J. Pharmacol. 159, 1716. Leonard, K. et al. (WO2006/101937 A1). N-Acilidrazonas (NAH) inibidoras de PDE-4 / Agonistas de A2AR NAH O H N F N H N O F Molecular Simplification F N O O a bond "a" rupture O Receptor de zardaverine Adenosina A2A F b O O R N R N O N N Ar1 O R= H or CH3 O O Target N-acylhydrazone Series O O O N O N O CH3 O O CH3 O H LASSBio-1386 PDE-4 IC50 = 105 nM PDE-5 IC50 = 150 nM HIPERTENSÃO ARTERIAL PULMONAR O O O N N N O N H Cl LASSBio-1379 PDE-4 IC50 = 150 nM PDE-5 27% (10 µM) CH3 HO O N LASSBio-1359 N H LASSBio-1366 PDE-4 IC50 = 300 nM PDE-5 31% (10 µM) CH3 NAH Ar2 O O O "b" Cyclization NAH H G. Sudo & LASSBio-1393 IC = 50 nM R.PDE-4 T. Sudo PDE-5 28% (10 µM) (ICB-UFRJ) 50 O O N N O CH3 H LASSBio-1372 PDE-4 IC50 = 110 nM PDE-5 5% (10 µM) Alencar, A. K. N.; Pereira, S. L.; Montagnoli, O T. L.; Maia, R.O C.; Kümmerle, OA. E. ; Landgraf, S. S. ; Caruso-Neves, C. ; Ferraz, E. N O B. ; Tesch, R. ; NNascimento, J. O H. M.; Santanna, C. M. R. ; Fraga, C. A. M. ; CH H Barreiro, E. J.; LASSBio-1359 Sudo, R. T. ; Zapata-Sudo, G. PDE-4 IC50 = 140 nM (2013) Brit. J. Pharmacol., 169, 753-762. PDE-5 IC = 23% (10 µM) 3 50 Kümmerle, A. E.; Schmitt, M.; Cardozo, S. V. S.; Lugnier, C.; Villa, P.; Lopes, A. B.; Romeiro, N. C.; Justiniano, H.; Martins, M. A.; Fraga, C. A. M.; Bourguignon, J.-J.; Barreiro, E. J. (2012) J. Med. Chem., 55, 7525-7545. Em busca dos Inibidores de Cinases....(com a subunidade NAH) Anti-TNFα IC50 = 3,6 μM LASSBio-1504 Anti-TNFα IC50 = 1,6 μM LASSBio-1506 LASSBio-1749 Anti-TNFα IC50 = 0,21 μM Protótipos Antiinflamatórios ativos por via oral: Reduzem os níveis de TNFα e IL-1β (3 mg/kg) Lacerda R. B., daSilva L. L., deLima C. K. F., Miguez E., Miranda A. L. P., Laufer, S. A., Barreiro, E. J., Fraga, C. A. M. (2012) PLoS One, 7, e46925. Lacerda R. B., Sales N. M., daSilva L. L., Tesch R., Miranda A. L. P., Barreiro, E. J., Fernandes P. D., Fraga C. A. M. (2014) PLoS One, 7, e91660. Planejamento Baseado na Estrutura do Receptor: IKK-β Modelo tridimensional da proteína IKKβ obtido por modelagem comparativa. OH O OH HO O OH Quercetin OH AVILA, C. M., ROMEIRO, N. C., SANT'ANNA, C. M. R., BARREIRO, E. J., FRAGA, C. A. M. (2009) Bioorganic and Medicinal Chemistry Letters, v. 19, p. 6907-6910. Gênese estrutural do protótipo inibidor de IKK LASSBio-1524: SBDD LASSBio-1524 Benzilideno-Benzoilidrazina (IKK-β) IC50 = 20 µM AVILA, C. M., LOPES. A. B., DA-SILVA, L. L., ROMEIRO, N. C., MIRANDA, A. L. P., SANT'ANNA, C. M. R., BARREIRO, E. J., FRAGA, C. A. M. (2011) European Journal of Medicinal Chemistry, 46, 1245-1253. Otimização estrutural de LASSBio-1524: Gênese do protótipo inibidor de IKK LASSBio-1829 N O NH N H N LASSBio-1829 LASSBio-1829.HCl IC50 = 3.8 µM * Docking studies performed by Isabella Guedes (LNCC), under supervision of Dr. Laurent E. Dardenne. FREITAS, R. H. C. N., Master Thesis, PGQu, IQ-UFRJ, 2013 (Manuscript in preparation) Conclusões: - A Missão do LASSBio: Contribuir para consolidar as bases da Química Medicinal em nosso país, além de formar pesquisadores, conscientes da necessidade de praticar ciência de forma responsável e comprometida com o retorno social. - Seguir fazendo ciência de qualidade, atuando de forma interdisciplinar em busca do fármaco verde-amarelo. Índice H = 24 Webofscience palavra-chave: LASSBio DEDICAÇÃO E TRABALHO EM EQUIPE Agradecimentos: • Aos alunos de Graduação e Pós-Graduação que contribuíram direta e indiretamente para a obtenção dos resultados descritos nesta apresentação (e outros não ilustrados) e consolidaram a existência do LASSBio ao longo destes 20 anos; • Aos Colegas do Laboratório de Avaliação e Síntese de Substâncias Bioativas: Professores Eliezer J. Barreiro, Lídia M. Lima, Carlos Maurício R. de Sant’Anna e Hélio de Mattos Alves. Tudo que merece ser feito, merece ser bem feito...sempre! EJB, Set 2014 • Aos Colegas do ICB-UFRJ, de outras Universidades e Institutos de Pesquisa no Brasil e no exterior pela profícua cooperação científica; • As empresas farmacêuticas, farmoquímicas que financiaram/apoiaram parte dos estudos em projetos de cunho tecnológico: Cristália, Apsen, Eurofarma, Nortec, Natura. • Aos órgãos de fomento: