Desenvolvimento de inibidores duais de histona desacetilase 6 (HDAC6) e tirosina quinase (TQ) com vistas ao tratamento do câncer / Design of histone deacetylase 6 (HDAC6) and tyrosine kinase (TK) dual inhibitors for cancer treatment

RESUMO

Câncer é a denominação atribuída a um conjunto de doenças que são responsáveis pela segunda maior causa de morte no Brasil e no mundo. A quimioterapia figura entre uma das estratégias utilizadas para o tratamento e cura do câncer, sendo amplamente empregada em estratégias terapêuticas isoladas, ou em associação à radioterapia e cirurgia. A enzima histona desacetilase 6 (HDAC6) é responsável por desacetilar a cadeia lateral de N-acetillisinas em -tubulinas, desempanhando papel crítico na dinâmica do citoesqueleto celular, estando superexpressa em uma série de neoplasias. Neste sentido, na última década os receptores tirosina quinase (TQ) foram os principais alvos de fármacos aprovados para o tratamento do câncer e de doenças autoimunes e continuam atraindo a atenção de grupos de pesquisa dada a exorbitante diversidade do quinoma humano. É sabido que a monoterapia seja com inibidores de HDAC, seja com inibidores TQ, apresenta problemas de toxicidade, reações adversas, ineficácia, resistência e/ou recidiva. Diversos estudos relatam o desenvolvimento de inibidores duais de HDAC-TQ, almejando tanto a simplificação do tratamento, quanto sinergismo terapêutico e redução de efeitos adversos. Assim, o presente trabalho apresenta o planejamento, síntese e avaliação da citotoxicidade de inibidores duais, potencialmente seletivos para HDAC6 e receptores TQ. No total, 23 compostos foram sintetizados entre 2 a 4 etapas. Todos os compostos finais foram caracterizados por RMN (1H e 13C) e espectrometria de massas de alta resolução (HRMS). A citotoxicidade foi determinada pelo ensaio de MTT, em linhagens derivadas de tumores sólidos (HCT116 e MCF-7) e hematológicos (Jurkat e Namalwa). Os compostos apresentaram citotoxicidade em concentrações micro e nanomolares em todas as linhagens testadas, sendo que a linhagem MCF-7 foi a mais resistente à ação dos compostos, e as linhagens hematológicas foram as mais sensíveis. Os inibidores 4d-f foram os mais ativos na triagem por MTT, com IC50 iguais a 20, 30 e 50 nM, respectivamente, em células Jurkat. Estudos mecanísticos do efeito citotóxico indicaram que os compostos 4d-f exercem atividade de forma tempo-dependente, e majoritariamente por ação antiproliferativa, embora estímulos apoptóticos também tenham sido observados nos estudos. Simulações de ancoramento molecular (docking) e de relação entre as estruturas químicas dos compostos e suas respectivas atividades biológicas (REA) permitiram identificar padrões moleculares, propriedades físico-químicas e eletrônicas que potencialmente possuem relação com a atividade biológica dos compostos, permitindo futuras otimizações do arcabouço molecular desta série de compostos. Tomados em conjunto, os resultados deste trabalho revelam o potencial terapêutico de inibidores duais de HDAC6-TQ. Notadamente, os compostos apresentados aqui podem ser os primeiros potenciais inibidores duais de HDAC6-TQ a serem reportados na literatura

ABSTRACT

Cancer is the name of a series of diseases that are the second main cause of death in Brazil and worldwide. Chemotherapy is one of the main strategies to treat and cure cancer, and has been widely applied as a single therapeutic agent, and in association with radiotherapy and surgery. Histone deacetylase 6 (HDAC6) deacetylates N-acetyllysine side chains of tubulin, playing crucial role on cytoskeletal dynamics, and could be overexpressed in several cancers. Tyrosine kinase receptors (TK) have been the main targets of FDA-approved drugs through the last decade for both cancer and autoimmune diseases, and have been attracting special attention of research groups due to the exorbitant diversity of the human kinome. It is known that either HDAC or TK single therapy have toxicity issues, adverse effects, inefficacy, resistance and/or recidive. Therefore, many studies report the design of HDAC-TK dual inhibitors aiming simpler treatments, synergism of action and side effects reduction. Herein, the design, synthesis and cytotoxic evaluation of dual and selective HDAC6-TK inhibitors are presented. A total of 23 compounds were designed and synthesized through 2 to 4 steps. All final compounds were characterized by 1H/13C NMR and high-resolution mass spectrometry (HRMS). The cytotoxicity of compounds was determined by MTT assay for both solid (HCT116 and MCF-7 cells) and hematological cancers (Jurkat and Namalwa cells). Compounds exhibited micro and nanomolar ranges of cytotoxicity for all cell lines tested. MCF-7 cells were the most resistant against the treatment, and hematological cells were more susceptible to the cytotoxic effect of the compounds. Compounds 4d-f were the most actives in the MTT screening against Jurkat cells (IC50 = 20, 30 and 50 nM, respectively). Mechanistic studies regarding the cytotoxic effects of 4d-f indicated that the compounds induced cell death in a time-dependent manner mainly via cytostatic activity even though apoptotic stimuli were observed also. Molecular docking and structure-activity relationships (SARs) allowed the identification of molecular patterns, and physicochemical and electronic properties that potentially modulate the biological activity of these compounds, allowing further optimizations of the molecular scaffold for these series of compounds. Taken together, the results of this study reveal the therapeutic potential of HDAC6-TK dual inhibitors. Noteworthy, the compounds reported herein could be the first HDAC6-TK dual inhibitors ever reported in literature