Inlokarbazol
Indolokarbazoler (ICZ) är en klass av föreningar som är under aktuella studier på grund av deras potential som anti-cancerläkemedel och det potentiella antalet derivat och användningar som hittas från enbart den grundläggande ryggraden. Först isolerades 1977, ett brett utbud av strukturer och derivat har hittats eller utvecklats över hela världen. På grund av det omfattande antalet tillgängliga strukturer kommer denna översyn att fokusera på de viktigare grupperna här samtidigt som den täcker deras förekomst, biologisk aktivitet, biosyntes och laboratoriesyntes.
Kemisk klassificering
Indolokarbazoler tillhör underklassen alkaloider av bisindoler. De mest frekvent isolerade indolkarbazolerna är indolo(2,3-a)karbazoler; den vanligaste undergruppen av Indolo(2,3-a)karbazolerna är Indolo(2,3-a)pyrrol(3,4-c)karbazolerna. Dessa kan delas in i två huvudklasser - halogenerade (klorerade) med ett helt oxiderat C-7-kol med endast ett indolkväve innehållande en β-glykosidbindning och den andra klassen består av både indolkväveglykosylerad, icke-halogenerad och en helt reducerat C-7-kol.
Förekomst
Den första isolerade ICZ, kallad staurosporin (STA) kom 1977 från en kultur av Streptomyces staurosporeus som hittades i ett jordprov från Iwate Prefecture, Japan. Den korrekta stereokemin bevisades inte förrän 1994. Under loppet av nästa decennium visade ytterligare studier av föreningen viss svampinhibering, hypotensiv aktivitet och viktigast av allt, en bred proteinkinashämmare. Nästa landmärkeupptäckt kom med upptäckten av rebeccamycin (REB) i ett prov av Lechevalieria aerocolonigenes , återigen i jord, men den här gången i ett prov från Panama . REB visade sig verka mot leukemi och melanom hos möss, och även mot humana adenokarcinomceller .
Sedan 1977 har ICZ upptäckts över hela världen i aktinomyceter, bakterier som vanligtvis finns i jord. Många former har testat positivt för antitumöraktivitet, såsom 7-hydroxi-STA och 7-oxo-STA2. Några av de stammar från vilka ICZ-föreningar har hittats är Actinomadura melliaura i Bristol Cove, San Diego County, Kalifornien , Streptomyces hygroscopicus i Numazu Prefecture, Japan, Micromonospora sp. L-31-CLO-002 från Fuerteventura Island , Kanarieöarna, Spanien och Actinomadura sp. Stam 007 från Jiaozhou Bay, Shandong , Kina. Den breda spridningen av de olika stammarna som producerar dessa föreningar är inte förvånande på grund av antalet egenskaper dessa föreningar kan anta med begränsad funktionalisering från artens sida.
Förutom aktinomyceter har ICZ hittats i slemmögel (myxomyceter), blågröna alger ( cyanobakterier och marina ryggradslösa djur. Liksom de som härrör från aktinomyceter, täcker de som finns i myxomyceter ett omfattande utbud av derivat och funktionaliseringar. Två av de viktigaste hittills har varit Arcyriacyanin A, som visade sig hämma en panel av mänskliga cancerceller genom att påverka PKC och proteintyrosinkinas, och lycogalsyra dimetylester A (finns i Tokushima, Japan från Lycogala epidendrum), som visade stark Ett fåtal av de studerade stammarna av myxomyceter är Arcyria ferruginea och Arcyria cinerea, båda från Kochi Prefecture, Japan.
Tre arter av cyanobakterier har visat sig producera ICZ-föreningar. Nostoc sphaericum från Manoa Hawaii, Tolypothrix tjipanasensis från Vero Beach, Florida , och Fischerella ambigua stam 108b från Leggingen, Schweiz. En intressant anteckning om de två första är att många av de ICZ som härrör från dem inte har den annelerade pyrrolo[3,4-c]-enheten.
Den sista stora gruppen där ICZ finns är olika marina ryggradslösa djur. Tre arter av manteldjur , en blötdjur , en plattmask och en svamp har upptäckts på platser som sträcker sig från Mikronesien till Nya Zeeland. Tester för ytterligare produktion av ryggradslösa djur pågår av både genetiska och fylumbaserade studier.
Biologisk aktivitet
Indolokarbazoler har visat sig uppvisa ett brett utbud av aktiviteter, vilket gör deras närvaro i naturen föga överraskande. På grund av denna variation kommer följande avsnitt att undersöka deras verkningssätt i bakterie- och däggdjursceller oberoende av varandra, med särskild uppmärksamhet på cancercellseffekter. [ citat behövs ]
De allmänna verkningssätten som finns i däggdjursceller är hämning av proteinkinaser , hämning av eukaryot DNA-topoisomeras och interkalativ bindning till DNA. Antalet proteinkinaser som tros existera i det mänskliga genomet överstiger sexhundra, vilket gör en nanomolär hämmare som STA extremt användbar för både behandling av olika sjukdomar och studier av proteinkinaser i en mängd olika funktioner. Sedan denna upptäckt har en stor ansträngning gjorts för att göra mycket specifika STA- och REB-derivat. En av de viktigaste lärdomarna från den inledande forskningen om STA var utvecklingen av farmakoformodellen för en proteinkinashämmare där ett bidentat vätedonerande system flankerat av olika hydrofoba grupper sätts in i bindningsstället. Informationen som härrör från denna ursprungliga farmakofor har lett till syntesen av mycket specifika inhibitorer mot ett antal proteinkinaser, inklusive PKC, cyklinberoende kinaser, G-proteinkopplade receptorkinaser, tyrosinkinas och cytomegalovirus pUL97-protein.
Topoisomeras I och II klyver och förvisar en och två sidor av en DNA-sträng, och är följaktligen viktiga delar av cellreproduktionen. Studier har funnit att i REB-liknande strukturer verkar imidfunktionen hos pyrrolsegmentet för att interagera med Topoisomeras I, den huvudsakliga kolryggraden fungerar som en interkalativ inhibitor och sockerdelen genomgår DNA-spårbindning. De två sistnämnda agerar faktiskt unisont på grund av den tredimensionella strukturen hos en glykosylerad REB-molekyl. Top1-inhibitorsektionen binder till klyvbara DNA-Top1-komplex för att förhindra nedflyttningssteget. På grund av detta är känsligheten baserad på mängden Top1 närvarande, vilket gör celler som genomgår konstant reproduktion och tillväxt (nämligen tumörceller) mest sårbara.
Vid denna tidpunkt har bakteriell hämning av Top1 inte hittats med användning av ICZ. På grund av detta tror man att det mesta av anticelltillväxtfunktionen hos ICZ kommer från hämning av olika proteinkinasgrupper och interkalativ DNA-bindning. Studier på Streptomyces griseus med in vitro proteinmärkning har lett till hämning av ett brett spektrum av cellulära funktioner. Detta ledde till teorin att det fanns flera eukaryota proteinkinaser närvarande som krävs för sekundär metabolism.
Biosyntes
Tyvärr har endast biosyntes av REB, STA och K252a studerats på djupet. Detta avsnitt kommer att betona REB-vägen på grund av hur väl studerad den är. Vägen börjar med modifieringen av L- tryptofan till 7-klor-L-tryptofan. Detta görs genom katalys med användning av RebH in vitro halogenering och RebF (ett flavinreduktas) för att tillhandahålla FADH2 för halogenaset. RebO (ett tryptofanoxidas) deamineras sedan, varefter det reageras ytterligare med en annan av sig själv och RebD (en heminnehållande oxidas). Detta bildar huvuddelen av kolstommen, som sedan genomgår dekarboxylativ ringslutning med hjälp av RebC och RebP. En glykosylering sker med hjälp av RebG och NDP-D-glukos, som slutligen går igenom metylering av RebM. Dessa senare skräddarsydda enzymer har noterats som tillåtande vad gäller både aglykoner/acceptorer och glykosyl/alkyldonatorer. En parallell väg har lagts fram för den strukturellt besläktade disackarid-substituerade indolokarbazolen AT2433, vars aminopentos också finns fäst till den 10-ledade endiyne calicheamicin .
Information för denna väg, tillsammans med de för K252a och STA, härleddes från information om kända gener, enzymer och intermediärer. De två typerna av studier som gjorts på dessa vägar är in vivo-studier av genavbrott hos L. aerocolonigenes eller rekombinanta stammar av S. albus. Den andra typen av experiment bestod av in vitro-experiment gjorda på cellextrakt.
Syntes
Laboratoriesyntes av ICZ har varit ett ämne av stort intresse sedan upptäckten. Tyvärr, på grund av den något komplexa naturen hos molekylen och den höga nivån av reaktivitet av kol på indolmolekyler, har en lätt högutbytessyntes ännu inte hittats. Trots detta har det funnits många sätt att framställa denna förening i dess olika former. Av särskilt intresse är en av de bättre REB-synteserna, som hittades 1999. Processen börjar med att producera 7-klorindol-3-acetamid genom att behandla 7-klorindol med en serie reagenser, som visas längre ner. Denna molekyl glykosyleras sedan och reageras med metyl-7-klorindol-3-glyoxylat för att producera en mellanprodukt som fortsätter att stabiliseras till slutprodukten. Även om denna process är en av de bättre hittills, är den fortfarande arbets- och tidsintensiv, den går igenom totalt 12 steg och ger bara 12 %.
Ytterligare utvecklingar
Ända sedan ICZ-forskningens födelse i slutet av sjuttiotalet har fältet växt fram med fortsatta framsteg inom både teknik och organisk kemi. Medan endast en handfull ICZ-baserade föreningar har tagit sig förbi kliniska prövningar i stadium II, lämnar den stora variationen som dessa molekyler kan ta på mycket fortfarande outforskat territorium. Av särskilt nyligen intresse för syntestekniker är användningen av palladiumbaserade katalysatorer, som har visat sig vara utmärkta aktivatorer för användning vid bildning av kol-kolbindningar.