STRESZCZENIE Część literaturowa niniejszej pracy zawiera opis

STRESZCZENIE
Część literaturowa niniejszej pracy zawiera opis najważniejszych właściwości
fizycznych oraz chemicznych atomu boru oraz jego związków. Szczególny nacisk położono
na unikalną zdolność związków zawierających w swojej strukturze atom boru do tworzenia
tetraedrycznych trwałych ate-kompleksów tworząc potencjalne borowe analogi związków
biologicznie aktywnych o hybrydyzacji sp3 atomu boru, wykazujące właściwości promujące
inhibicję różnych enzymów należących do kluczowych szlaków metabolicznych.
W związku z rozpowszechnieniem związków boru w medycynie, przeprowadzono
przegląd obecnie stosowanych leków zawierających w swojej strukturze atom(y) boru.
Znaczną uwagę poświęcono bortezomibowi, który do tej pory jest największym
osiągnięciem w dziedzinie borowych pochodnych o działaniu przeciwnowotworowym.
W dalszej części opisano szereg przykładów potencjalnego zastosowania borowych
pochodnych nukleozydów i nukleotydów, jako inhibitorów jednego z najważniejszych
enzymów w szlaku replikacji DNA – syntazy tymidylanowej. Opisano również możliwości
wykorzystania borowych pochodnych nukleozydów oraz nukleotydów w inhibicji
odwrotnej transkryptazy HIV oraz kinaz deoksyrybonukleinowych. Opisano również
możliwość zastosowania związków będących podmiotem niniejszej pracy w terapii borowo
neutronowej BNCT.
W kolejnej najobszerniejszej części literaturowej przedstawiono i opisano szereg
borowych pochodnych nukleozydów i nukleotydów znanych w literaturze z podziałem na
poszczególne klasy związków. W pierwszej kolejności opisano dosyć dużą grupę znanych
borowych analogów zasad nukleinowych typu borauracyli, benzoborauracyli oraz 5,6dihydrouracyli. Kolejną ważną grupę opisanych związków stanowiły borowe analogi oraz
pochodne nukleozydów z borem przyłączonym do pierścienia zasady nukleinowej oraz
pośrednio lub bezpośrednio do pierścienia sacharydowego nukleozydu włączając acykliczne
borowe analogi nukleozydów pirymidynowych. W dalszej części opisano dużą grupę
boranofosforanowych analogów i pochodnych nukleozydów i nukleotydów z borem
przyłączonym do grupy fosforanowej nukleotydu, z podziałem na borowe układy mono-,
di-,
trifosforanów
nukleozydów.
Opisano
również
przykłady
boranofosforanów
dinukleozydów oraz oligonukleotydów. Następnie poświęcono rozdział istotnym zwłaszcza
w terapii BNCT karboranowym pochodnym nukleozydów oraz nukleotydów. Wszystkie
opisane przykłady związków zawierających w swojej strukturze atom(y) boru mają
potencjał w terapii przeciwnowotworowej, przeciwwirusowej, przeciwgrzybiczej lub
przeciwpierwotniaczej, aczkolwiek żaden z nich z wyjątkiem bortezomibu nie został
dopuszczony do stosowania. W terapii BNCT do tej pory wykorzystane zostały jedynie dwa
związki spośród setek potencjalnie dostępnych.
W ramach niniejszej pracy przeprowadzono szereg prób wprowadzenia grup
borowych do struktury nukleozydu z wykorzystaniem różnych typów możliwych do
zastosowania reakcji chemicznych. W pierwszej kolejności przeprowadzono próby
estryfikacji oraz hydroborowania układu nienasyconego stawudyny, dla której opisano
również ulepszoną metodę oczyszczania. W celu określenia dokładnego przebiegu reakcji
hydroborowania w układzie katalitycznym przeprowadzono szereg reakcji w układzie
modelowym z wykorzystaniem cykloheksenu w obecności katalizatora rodowego oraz
irydowego. W kolejnym etapie przeprowadzono szereg prób estryfikacji oraz
hydroborowania stawudyny i jej pochodnych za pomocą różnych borowych reagentów
w różnych warunkach w układzie niekatalitycznym jak również w katalitycznym.
Przetestowano również szlak syntetyczny zakładający syntezę oraz hydroborowanie
etynylowej pochodnej sacharydu a następnie przyłączenie odpowiedniej zasady
nukleinowej. Wyniki porównano z tymi otrzymanymi dla produktu bezpośredniego
hydroborowania etynylowej pochodnej nukleozydu.
Obok syntezy szeregu estrów borowych nukleozydów, otrzymano także cykliczne
borowe estry nukleozydów, będące borowymi analogami cyklicznych fosforanów.
Sprawdzono ponadto wcześniej niestosowane dla nukleozydów metody przyłączania
jednostek borowych między innymi w wyniku reakcji metylenowania-hydroborowania
ketonukleozydów oraz w reakcji katalizowanej oraz niekatalizowanej addycji azydek-alkin.
Opracowano nową, bardzo wydajną metodę wprowadzania boru do nukleozydów,
polegającą na borylacji poprzez alkilowanie. Otrzymaną borową pochodną cytydyny
poddano
szczegółowej
analizie
dostępnymi
metodami
włączając
szereg badań
biologicznych. Badania między innymi metodami NMR pozwoliły dokładnie określić
równowagi koordynacyjne atomu boru i jego hybrydyzację. Wykonano ponadto badania
w układzie modelowym imitującym centrum aktywne syntazy tymidylanowej. Wspomniana
metoda alkilowania została również zastosowana do otrzymania innych borowych
pochodnych nukleozydów zawierających grupę aminową w obrębie sacharydu.
W związku ze znacznie większą labilnością układów borowych w porównaniu do
analogicznych węglowych znacznym problemem badawczym jest powtarzalna detekcja
i analiza w spektrometrii mas. W ramach niniejszej pracy opracowano nową metodę
jonizacji
AgNPET
LDI
MS
dedykowaną
szczególnie
w
analizie
związków
niskocząsteczkowych oraz związków boru. W celu zwiększenia możliwości metody
w modyfikacji powierzchni płytki zastosowano srebro monoizotopowe 109Ag. Opracowaną
metodę z powodzeniem zastosowano również w obrazowaniu MS.
ABSTRACT
In introduction part of this work structure, the main physical and chemical properties of
boron atom and boron compounds are described. Particular emphasis is placed on the unique
ability of compounds containing in their structure boron atom to form tetrahedral stable atecomplexes. Boron analogues of biologically active compounds of sp3 hybridization of the boron
atom, show properties that promote inhibition of various enzymes belonging to key metabolic
pathways.
The presentation of boron compounds in medicine is followed by a review of boron
drugs in current use. Considerable attention was paid to the bortezomib, which is the greatest
achievement in the field of boron derivatives with antitumor activity to date. The review part
of present work also contains a number of examples of potential use of boron derivatives of
nucleosides and nucleotides as inhibitors of one of the key enzymes in the pathway of DNA
replication - thymidylate synthase. Also described is the possibility of using boron derivatives
of nucleosides and nucleotides to inhibit HIV reverse transcriptase and deoxyribonucleic
kinases. The possibility of application of boron compounds in the treatment of cancer with
boron-neutron capture therapy (BNCT) is also discussed.
In the next, and also the lengthiest part of the review chapter, known derivatives and
analogues of nucleic acids, nucleic bases, nucleosides and nucleotides are presented. This part
describes a small group of known nucleobase analogues of borauracil, benzoborauracil and 5,6dihydrouracil type. Another important group of compounds described are boron nucleoside
analogues and derivatives containing boron heterocyclic rings attached indirectly or directly to
the saccharide ring. The largest group of boron analogues of nucleotides – boranophosphates is
also shown. Mentioned compounds contain BH3 group in the position of phosphate oxygen(s)
and were synthesized as analogues of mono-, di- and triphosphates of nucleosides.
Boranophosphates in structures of oligonucleotides are also shown. The next part of review
chapter describes larger group of carborane derivatives of nucleosides and nucleotides. Their
application as potential anti-cancer, antiviral, antifungal or antiprotozoal agents is also
mentioned. The one of the most important part of the review chapter is the discussion of
potential molecular targets for boron nucleosides and nucleotides including BNCT therapy.
Experimental part of present work contain detailed description of number of attempts
focusing on introduction of boron atom(s) into nucleoside/nucleotide structures using a variety
of possible types of chemical reactions. The first attempts were performed by esterification and
hydroboration of the unsaturated stavudine. Moreover, this chapter also describes an improved
purification method. In order to determine the applicability of the hydroboration reaction in the
traditional and catalytic systems, a number of reactions in a model system with cyclohexene
were performed. In the next step, the esterification and esterification/hydroboration of stavudine
and its derivatives using different boron reagents in various conditions were performed.
Synthetic pathway of synthesis of ethynyl-saccharides allowed hydroboration of the
alkyne moiety was also tested. The results were compared with those obtained for the direct
hydroboration of ethynyl-containing nucleoside.
A series of nucleoside esters of boric acid including cyclic boron esters of nucleosides
were prepared. Mentioned compounds may be considered as boron analogues of nucleoside
phosphates or cyclic phosphates. Another reactions tested were – methylenation/hydroboration
and catalytic and non-catalytic azide-alkyne addition.
Present work describes development of new, very efficient method of introduction of
boron groups into nucleosides by alkylation of nucleosides with iodine derivative of boronate
esters. One of new compounds - boron derivative of cytidine were subjected to a detailed
chemical and biochemical analyses. The NMR analyses allowed for estimation of boron
hybridization, coordination equilibrium, characterization of boron surrounding and also gave
crucial information on stability of new compound. Moreover, the NMR study was performed
as a model system simulating the active center of thymidylate synthase. The described
alkylation method has also been tested with various nucleosides containing amino groups at
saccharide moiety.
Due to the much greater lability of boron systems compared to carbon ones, significant
problem lays within MS analysis of these compounds. As part of this work, a new method of
ionization with the use of AgNPET LDI MS dedicated especially for the analysis of low
molecular weight compounds and boron compounds was developed and tested. In order to
increase the sensitivity of this method, monoisotopic
shown to be useful in imaging MS.
109
Ag was used. The method was also