Design, Synthesis and Evaluation of 1,3-Diaryl Pyrazoles as Inhibitors of GGTase-I, a Target for Anti-cancer Drugs. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Thesis-Mansha-g201204020-E-Prints.pdf Download (7MB) | Preview

Arabic Abstract

ملخص الرسالة الاسم الكامل: محمد منشاء عنوان الرسالة: تصميم وتوليف وتقييم 1،3-دياريل بيرازولس كمثبطات GGTase-I، وهو هدف للأدوية المضادة للسرطان التخصص: كيمياء تاريخ الدرجة العلمية: مايو 2017 ا تدخل البروتينات راس ورو "Ras and Rho" بالتسبب بأكثر من نصف جميع أشكال السرطان، وتخضع لتعديلات ما بعد متعدية مع لبيد أيزوبرين المحفزة من قبل البروتين فارنيسيلترانزفيراس "farnesyltransferase" (FTase) أو البروتين جيرانيلجيرانييلترانزفيراس-1 "geranylgeranyltransferase-I" (GGTase-I). ويعمل تعديل ما بعد متعدية إلى تحويل البروتينات إلى بروتينات كاره للماء وتدعى "prenylation". وتكون الدهون المرفقة مطلوبة من أجل وظيفة مناسبة للبروتين المعدل، إما كوسيط غشاء الجمعية أو محددا لتفاعلات بروتينبروتين معينة أو كليهما. وبناء على ذلك، طُورت مثبطات لكل من هذه الانزيمات. ومع ذلك فإن مثبطات البروتين فارنيسيلترانزفيراس (FTIs) لم تنفذ بعد ليتوقع أورام صلبة وقشل في الاستجابة في العديد من أنواع السرطان. عندما يثبط الأنزيم فيتس "FTase" فإن المورثة الرومية البشرية للبروتين " K-RasB " الشكل الأيزو للبروتين راس "Ras" يخضع لتعديلات يجعله كاره للماء بواسطة البروتين جي جي تاس -1 "GGTase-I". جي جي تاس-1 " GGTase-I " هو الأنزيم المحفز للتفاعلات التي تجعل البروتين كاره للماء، والتي بدورها مهمة لتوظيف البروتينات رو " Rho " و جي تي باس " GTPases " و العديد من البروتينات التنظيمية الأخرى. وقد أظهرت الدراسات السابقة أن العديد من هذه البروتينات تسهم في تطور الورم و الورم الخبيث. وهكذا لمنع فعالية مالجة البروتين راس " Ras " يتطلب ذلك تطوير انتقائي للمثبطات من نوع جي جي تاس-1 " GGTase-I ". بلإضافة إلى امكانية تثبيط التفاعلات الكاره للماء لبديلة الناتجة من البروتين ك-راس " K-Ras " وبالتالي التأثير على ك-راس " K-Ras " المعتمدة على تكوين الورم. أُقترح جي جي تاس-1 "" كأدوية لعلاج المضادة للأوعية ولمنع تطور الورم إلى سرطان واضطرابات التهابات وأمراض الجهاز الوعائي والتهاب الكبد C. في هذه الدراسة، صُنعت سلسلة من بيرازول "pyrazole " ذات أساس بروتيني من جي جي تاس "GGTIs " وكذلك النظائر البنيوية لـ جي جي تي اي – دي يو40 " GGTI-DU40" 2-16 وقُيمت بيولوجيا مقارنة مع المثبطات جي جي تاس-1 "GGTas-1" وفارنيسيلترانزفيراس "farnesyltransferase". كشفت نتائج الفحص المركب 2 (IC50 = 2.4 µM) والمركب 5 (IC50 = 3.1 µM) أنها مثبطات أقوى من جي جي تاس-1 "GGTase-I " وتمتلك نشاطا أعلى مقارنة مع المركب 1 (GGTI-DU40, IC50 = 3.3 µM). واظهرت نتائج تاثير مضادات التكاثر على الخلايا MDA-MB-231 فعالية عالية نسبيا للمركب 2 (IC50 = 7.6 µM) مقارنة بالمركب 1 (IC50 = 23.0 µM). تم التحقق من كفاءة المركبات المستهدفة من خلال تحليل لطخة غربية في خط الخلية MDA-MB-231 الذي كشف عن فعالية تثبيط عالية جدا للمركبين 2 و5، مما يدل على مقدرتهما في تثبيط تحول البروتينات الذاتية إلى كاره للماء. كشفت الدراسة الجزيئية لمعقد إرتباط المركب 2 مع البنية البلورية لجي جي تاس-1 و جيرانيلجيرانيل بيروفوسفات "geranylgeranyl pyrophosphate " (GGPP) وأيضا الساكس (CaaX) ( س= سيستين وأ= ألفا أمينو اسيد و أكس= أيَ حمض أميني) جزء من ركيزة الببتيد (KKKSKTKCVIL) العديد من تفاعلات الرابطة هدروجين مع و الرابطة باي –باي (π-π) بين 2 و جيب من جي جي تاس-1. لذك النشاط العالي في المختبر الحيوي لـ 2 يلزمه دراسة واسعة على الجسم الحي. الهياكل الكيميائية من المركبات المستهدفة 16-2

English Abstract

ABSTRACT Full Name : MUHAMMAD MANSHA Thesis Title : Design, Synthesis and Evaluation of 1,3-Diaryl Pyrazoles as Inhibitors of GGTase-I, a Target for Anti-cancer Drugs Major Field : CHEMISTRY Date of Degree : May 2017 Ras and Rho proteins, involve in the pathogenesis of more than half of all forms of cancer, undergo posttranslational modification with an isoprenyl lipid catalyzed by protein farnesyltransferase (FTase) or protein geranylgeranyltransferase-I (GGTase-I). This posttranslational modification is termed as prenylation. The attached lipid is required for proper function of the modified protein, either as a mediator of membrane association, a determinant for specific protein-protein interactions, or both. Accordingly, inhibitors for both of these enzymes have been developed. However, farnesyltransferase inhibitors (FTIs) have not performed up to expectation in solid tumors and failed to respond in many types of cancer. When FTase is inhibited, the human oncogenic Ras isoform K-RasB is geranylgeranylated by protein GGTase-I. GGTase-I is the enzyme that catalyzes geranylgeranylation, which in turn is important to the function of the majority of Rho GTPases and several other regulatory proteins. Earlier studies have demonstrated that many of these proteins contribute to tumor development and metastasis. Thus to effectively block Ras processing, the development of selective inhibitors of GGTase-I (GGTIs) is required. In addition to their potential to suppress alternate prenylation of K-Ras and hence impact on K-Ras-dependent oncogensis, GGTIs have been proposed as potential drugs for anti-angiogenic therapy and for inhibiting metastatic progression of cancers (via impact on proteins such as RhoA/C), inflammatory disorders and those of vascular system, and for hepatitis C. In this study, a series of pyrazole-based GGTIs, structural analogues of GGTI-DU40, 2-16 have been synthesized and biologically evaluated for their GGTas-1 and farnesyltransferase (FTase) inhibition. The screening results revealed that 2 (IC50 = 2.4 µM) and 5 (IC50 = 3.1 µM) are potent inhibitors of GGTase-I, possessing higher inhibitory activity compared to the control compound 1 (GGTI-DU40, IC50 = 3.3 µM). The anti-proliferative efficacies against MDA-MB-231 cells line of target compounds demonstrated a significantly higher activity of 2 (IC50 = 7.6 µM) compared to 1 (IC50 = 23.0 µM). The efficiency of the target compounds was further validated by western blot analysis in MDA-MB-231 cell line, which revealed very high inhibitory cellular activity of 2 and 5, demonstrating their capacity to inhibit prenylation of endogenous proteins. Molecular docking studies of 2 with the crystal structure of GGTase-I complexed with a geranylgeranyl pyrophosphate (GGPP) Analog and a CaaX (C = cysteine, aa = aliphatic amino acids, and X = any amino acid) portion of the KKKSKTKCVIL peptide substrate revealed several H-bonding interactions and π-π contacts between 2 and the binding pocket of GGTase-I. Therefore, highly potent in vitro activity of 2 merits its extensive in vivo investigation. Chemical structures of target compounds 2-16

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Chemistry
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemistry
Committee Advisor:	Ullah, Nisar
Committee Members:	Shaikh, Asrof Ali and Isab, Anvarhusein A and Al-Muallem, Hasan Ali Saleh and Chanbasha, Basheer
Depositing User:	MUHAMMAD MANSHA (g201204020)
Date Deposited:	17 Jan 2018 08:34
Last Modified:	31 Dec 2020 08:39
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140604