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Dolastatin
15, ein bekannter und wirksamer antineoplastischer Bestandteil des
gehäuselosen
Weichtiers des Indischen Ozeans Dolabella auricularia, wurde als
die Leitsubstanz verwendet, aus der eine Reihe neuer Derivate entwickelt
wurde. Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur synthetischen
Herstellung dieser neuen Mittel und zeigt deren In-vitro-Bewertungen
gegenüber
einer Vielzahl muriner und humaner Krebszelllinien und gegenüber einer
Auswahl von Bakterien und Pilzen. Die Wirkung dieser Derivate auf
die Hemmung der Tubulinpolymerisation ist ebenfalls offenbart. Überraschenderweise
zeigen alle der neuen Verbindungen, in denen die C-terminale (S)-Dolapyrrolidinoneinheit
(Dpy, 5) von Dolastatin 15 durch eine Reihe strukturell unterschiedlicher,
leichter verfügbarer
und kostengünstigerer
Amide ersetzt wurde, Aktivitäten
der Hemmung von Krebszellwachstum, die denen von Dolastatin 15 ganz
vergleichbar sind (siehe US-Patent 4 879 278, Pettit et al.). Alle
der neuen Verbindungen waren jedoch als Inhibitoren der Tubulinpolymerisation
weniger wirksam als Dolastatin 15. Die strukturell modifizierten
Peptide bewirkten ferner einen Mitosestopp in kultivierten Zellen
und sie hemmten das Wachstum eines gramnegativen Bakteriums.
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Ein
Teil dieser Arbeit wurde durch Outstanding Investigator Grant CA-44344-01-08,
verliehen von der Division of Cancer Treatment, National Cancer
Institute, DHHS, unterstützt.
Die Regierung der Vereinigten Staaten kann gewisse Rechte an dieser
Erfindung besitzen.
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Meeresorganismen
sind eine außergewöhnlich produktive
Quelle biologisch aktiver und medizinisch wichtiger Substanzen,
die einzigartige Strukturen tragen (siehe D. J. Faulkner, 1994,
Marine Natural Products, Natural Products Reports, 11, 355; M. Kobayashi
et al., 1994, Bioactive substances isolated from marine sponge,
a miniature conglomerate of various organisms, Pure and Applied
Chemistry, 819; und G. König
et al., 1994, Biological activities of selected marine natural products,
Planta Medica, 60, 532–537).
Beispiele sind die Arten des Seehasen Dolabella auricularia aus
dem Indischen Ozean (siehe Pettit et al., 1993, The isolation of dolastatins
10–15
from the marine mollusk Dolabella auricularia, Tetrahedron, 49,
9151) und Japan (siehe Nakamura et al., 1995, Stereochemistry and
total synthesis of Dolastatin E. Tetrahedron Letters, 36, 5059 und
die dort angegebenen Literaturstellen), aus denen eine große Zahl
antineoplastischer und/oder cytostatischer linearer und cyclischer
Peptide, die als die Dolastatine bezeichnet werden, isoliert wurden.
Die meisten dieser potentiell bedeutenden Peptide enthalten beispiellose
Aminosäureeinheiten.
Von diesen zeigten die linearen Peptide Dolastatin 15 (1) (siehe
Pettit et al., 1989a, Isolation and structure of the cytostatic
linear depsipeptide dolastatin 15, Journal of Organic Chemistry,
54, 6005) und Dolastatin 10 (2) (siehe Pettit et al., 1987, The
isolation and structure of a remarkable marine animal antineoplastic
constituent: Dolastatin 10, Journal of the American Chemical Society,
109, 6883), die stärkste
antineoplastische Aktivität
(siehe US-Patente 4 816 444, 4 879 278, 4 978 744 und 5 554 725;
und Hu et al., 1993, Effects of dolastatins on human B-lymphocytic
leukaemia cell lines, Leukemia Research, 17, 333) und wurden zur
klinischen Entwicklung ausgewählt.
Tatsächlich
laufen klinische Untersuchungen der Phase 1 von Dolastatin 10 (2)
unter der Schirmherrschaft des US National Cancer Institute seit
November 1995.
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Seit
1984 sind beträchtliche
Forschungsarbeiten auf die Erforschung von Strukturmodifikationen
von Dolastatin 10 (2) (Pettit et al., 1995, Antineoplastic Agents
337, Synthesis of Dolastatin 10 Structural Modifications, Anticancer
Drug Design, 10, 529) und Dolastatin 15 (1) zum Zweck der Entwicklung
neuer potentieller Antikrebsmittel gerichtet. Eine Zahl von Strukturmodifikationen
dieser Peptide wurde untersucht, um die antineoplastische Aktivität des Stammmoleküls zu ändern und
von jedem Peptid, wenn möglich,
die synthesemäßig stärker herausfordernden
Einheiten, insbesondere die von Phenylalanin abgeleiteten C-terminalen
Segmente, zu eliminieren. Struktur/Aktivität-Voruntersuchungen auf der
Basis von Dolastatin 10 (2) legten nahe, dass die Thiazol enthaltende
C-terminale Einheit ohne signifikanten Aktivitätsverlust in adäquater Weise
durch β-Phenethylamin ersetzt
werden könnte,
während
bestimmte andere Modifikationen zu einer mäßigen oder drastischeren Abnahme
der antiproliferativen Aktivität
(siehe Pettit et al., 1995, Antineoplastic Agents 337, Synthesis
of Dolastatin 10 Structural Modifikations, Anticancer Drug Design,
10, 529) ohne signifikante Änderung
der Hemmwirkungen auf die Tubulinaggregation führten. In dem angegebenen Fall
wurde eine Reihe struktureller Modifikationen von Dolastatin 15
durchgeführt,
wobei die C-terminale Dolapyrrolidinoneinheit (5) durch verschiedene
Amide ersetzt wurde. Im Gegensatz zu Dolastatin 10 hatten größere strukturelle Änderungen
in der C-terminalen Amideinheit von Dolastatin 15 im wesentlichen
keine nachteilige Wirkung auf die Hemmwirkungen des Depsipeptids
gegenüber
Tumorzellwachstum, führten
jedoch zu einer mäßigen Verringerung
der Hemmung der Tubulinpolymerisation.
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Die
WO 93/23424 betrifft neue Derivate von Dolastatin 10, die eine antineoplastische
Wirkung aufweisen, und sie beschreibt die Herstellung derselben.
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Die
WO 97/17364 betrifft neue Peptide von Dolastatin 15, die zur Kontrolle
einer Erkrankung geeignet sind, und sie beschreibt die Herstellung
derselben.
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Ein
Hauptfaktor, der die derzeitige Forschung antreibt, ergibt sich
aufgrund der unausweichlichen Tatsache, dass es auf der Welt nicht
ausreichend Dolabella auricularia gibt, um eine Isolierung ausreichender Mengen
wirksamer Komponenten aus dieser zu ermöglichen, um den Bedarf der
von Krebs betroffenen Bevölkerung
in kommerziell möglicher
Weise zu decken. Daher muss eine kommerziell effektive Synthese
entwickelt werden, die ein Molekül,
das nur die Substituenten, die zur Kontrolle oder zum Stoppen oder
Abschwächen
der Ausbreitung von Krebszellen in einem damit befallenen humanen
System wirksam sind, enthält,
replizieren kann. Auf dieses Ziel ist die vorliegende Erfindung
gerichtet.
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Materialien
und Verfahren
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Alle
Aminosäuren
(S-Konfigurationen) und Derivate, die hier diskutiert sind, wurden
wie von Sigma-Aldrich Co. erhalten verwendet. Andere beschriebene
Reagentien (DEPC, DCC, EDC-HCl,
HOBt, NMM, Et3N, 4-Pyrrolidinopyridin, TFA,
und dgl. {verwendete Abkürzungen:
DEPC (Diethylphosphorocyanidat), DCC (N,N'-Dicyclohexylcarbodiimid), EDC-HCl (1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimidhydrochlorid),
WRK (Woodward-Reagens K, 2-Ethyl-phenylisoxazolium-3'-sulfonat), BroP
(Tris(dimethylamino)phosphoniumbromidhexafluorphosphat), HOBt (1-Hydroxybenzotriazol),
NMM (4-Methylmorpholin), Et3N (Triethylamin),
TFA (Trifluoressigsäure),
THF (Tetrahydrofuran), EtOAc (Ethylacetat), AcOH (Essigsäure), Z
(Benzyloxycarbonyl), Boc (ter-Butyloxycarbonyl)}) wurden ebenfalls
von Sigma-Aldrich erhalten und ohne weitere Reinigung verwendet.
Die Amine 6a-r wurden entweder redestilliert oder umkristallisiert.
Alle Lösemittel
wurden redestilliert und Lösemittelextrakte
wässriger
Lösungen
wurden über
wasserfreiem Magnesiumsulfat oder Natriumsulfat getrocknet. THF
wurde von LiAlH4 destilliert. Reaktionen
wurden durch Dünnschichtchromatographie
unter Verwendung von ANALTECH Silica Gel GF (0,25 mm)-Platten mit
Sichtbarmachung durch entweder UV-Strahlung oder ggf. 3% Cersulfat
in 3 N H2SO4-Lösung überwacht.
Rohe Produkte wurden durch Flashchromatographie über Silicagel gereinigt (E.
Merck, Darmstadt, 70–230
mesh). Die Peptidendprodukte (12a-r) wurden durch Schnellgelpermeationschromatographie
in Methanol auf einer Säule
von lipophilem SEPHADEX LH-20 weiter gereinigt.
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Schmelzpunkte
wurden mit einer digitalen Schmelzpunktvorrichtung von ELECTROTHERMAL,
Modell IA9200, ermittelt und sind unkorrigiert. Messungen der optischen
Rotation wurden auf einem PERKIN-ELMER 241-Polarimeter in Methanol
(falls nicht anders angegeben) bei 25°C aufgezeichnet. IR-Spektren
wurden unter Verwendung eines NICOLET FTIR Modell MX-1-Instruments erhalten.
Alle 1H-NMR-Spektren wurden auf einem VARIAN
GEMINI 300 MHz-Instrument mit CDCl3 oder
DMSO-d6 als Lösemittel wie angegeben beobachtet.
Die 13C-NMR-Spektren wurden mit einem UNITY
500 MHz-Instrument in CDCl3 erhalten. EIMS-Daten wurden
mit einem MAT 312-Massenspektrometer aufgezeichnet. Elementaranalysen
wurden durch Galbraith Laboratories, Inc., in Knoxville, TN, bestimmt.
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Alle
synthetisierten Verbindungen wurden zunächst auf In-vitro-Antitumoraktivität gegenüber murinen P388-lymphatische-Leukämie-Zellen
und murinen L1210-Leukämiezellen
und humanen CA46-Burkitt-Lymphomzellen unter Verwendung von Techniken
gemäß der Beschreibung
bei Hamel & Lin
bewertet (siehe E. Hamel und C. M. Lin, 1993, Interaction of combretastatin,
a new plant-derived antimitotic agent, with tubulin, Biochemical
Pharmacology, 32, 3864). Die Verbindungen wurden auch in dem In-vitro-Primärscreening
einer humanen Tumor-60-Zelllinie des NCI gemäß der Beschreibung bei Monks
et al. bewertet (siehe A. Monks, Scudiero et al., 1991, New colorimetric
cytotoxicity assay for anticancer drug screening, Journal of the
National Cancer Institute, 83, 757). Datenanalysen wurden unter
Verwendung von Verfahren gemäß der Beschreibung bei
Boyd und Paul durchgeführt
(siehe M. R. Boyd et al., 1995, Some practical considerations and
applications of the National Cancer Institute in vitro anticancer
drug discovery screen, Drug Development Research, 34, 91). Ein Tubulinpolymerisationshemmtest
wurde gemäß einer
modifizierten Version des Verfahrens, das von Muzaffar et al. früher verwendet
und beschrieben wurde (siehe A. Muzaffar et al., 1990, Antitubulin
effects of derivatives of 3-demethylthiocolchicine, methylthioesters
of natural colchicinoids, and thioketones derived from thiocolchicine,
Comparison with colchicine, Journal of Medicinal Chemistry, 33,
567) durchgeführt,
um die Wirkungen von Dolastatin 15 auf die zelluläre Mikrobutuliaggregation
zu bewerten. Der neue Test für
diese Verbindungen verwendete eine Arzneimittel-Tubulin-Vorinkubation
(15 min) mit 10 μM
Tubulin in 0,8 M Glutamat bei 30°C
und die anschließende
Zugabe von GTP und Inkubation (20 min) bei 30°C, wobei die Tubulinpolymerisation
turbidimetrisch in GILFORD Aufzeichnungsspektrophotometern überwacht
wurde.
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Antimikrobielle
Scheibenempfindlichkeitstests wurden gemäß dem durch das National Committee
for Clinical Laboratory Standards (NCCLS, 1997) etablierten Verfahren
durchgeführt.
Mueller-Hinton-Agar wurde für
Empfindlichkeitstests von Staphylococcus aureus, Enterococcus faecalis,
Micrococcus luteus, Escherichia coli, Enterobacter cloacae, Bacillus
subtilis, Pseudomonas aeruginosa und Erwinia carotovora, verwendet,
Gonococcal Typing Agar wurde für
Neisseria gonorrhoeae verwendet und YM-Agar wurde für Candida
albicans und Cryptococcus neoformans verwendet. Unmittelbar vor
Empfindlichkeitstests wurden Verbindungen in sterilem DMSO rekonstituiert
und Zweifachverdünnungen
auf sterile 6-mm-Scheiben
appliziert. Hemmzonen wurden nach 16 h für Bakterienkulturen (mit Ausnahme
von M. luteus) und nach 42 h für
Pilzkulturen und M. luteus abgelesen. MIC-Bestimmungen wurden in
zweifacher Ausführung
durchgeführt.
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Allgemeines Verfahren
zur Synthese von α-Hydroxyamiden
7a-r Verfahren A (Amide 7b-o)
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N-(2-Phenyl)ethyl-(2S)-2-hydroxyisovaleramid
(7c). Zu einer gerührten
und gekühlten
(0°C) Lösung von
(S)-(+)-Hiva (3, 2,0 g, 16,9 mmol), frisch redestilliertem 2-Phenylethylamin
(6c, 2,10 ml, 16,9 mmol) und NMM (1,86 ml, 16,9 mmol) in 30 ml trockenem
CH2Cl2 wird DEPC
(2,56 ml, 16,9 mmol) tropfenweise gegeben. Das Gemisch wird dann über 2 h
Raumtemperatur erreichen gelassen und unter Ar kontinuierlich gerührt. Die Lösung wird
mit gleichen Volumina von destilliertem H2O
(dreimal) gewaschen und getrocknet, und das Lösemittel wird unter Vakuum
entfernt, wobei ein gelbes Öl
erhalten wurde, das kristallisierte. Das Produkt wird (dreimal)
aus Toluol-Hexan umkristallisiert, wobei analysenreines Amid 7c
als farblose Nadeln erhalten wird (2,14 g, 58%). Fp 100,2–100,5°C; Rf 0,28 (Hexan-Aceton, 2:1); [α]24 D –42,0° (c = 1,0);
MS m/z (relative Intensität)
221 (48, M+), 168 (12), 48 (11), 130 (9),
104 (100), 91 (25), 73 (21), 55 (17); 1H-NMR
(300 MHz, CDCl3) δ 0,81 (d, J = 7,0 Hz, 3H, Val
CH3), 1,00 (d, J = 7,1 Hz, 3H, Val-CH3), 2,11 [spd(Septett von Dubletts), J1 = 7,0 Hz, J2 =
3,3 Hz, 1H, Hiva-CHβ], 2,49 (bs, 1H, -OH),
2,84 (t, J = 7,1 Hz, 2H, Ph-CH2), 3,58 (m,
J = 6,8 Hz, 2H, N-CH2) 3,94 (d, J = 3,3
Hz, 1H, Hiva-CHα),
6,42 (bs, 1H, NH), 7,20–7,34
(m, 5H, ArH). Anal. berechnet für C13H19NO2:
C, 70,56; H, 8,65; N, 6,33. Gefunden: C, 70,89; H, 9,01; N, 6,17.
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Verfahren B (Amide 7a,
7p-r)
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N-(2-Benzothiazolyl)-(2S)-2-hydroxyisolvaleramid
(7q). Eine Lösung
von (S)-(+)-Hiva (3, 1,00 g, 8,5 mmol), 2-Aminobenzothiazol (6q, 1,27 g, 8,5 mmol)
und HOBt (2,29 g, 17 mmol, 2 Äq.)
in trockenem THF (15 ml) wird unter N2 unter
Rühren
auf 0°C
gekühlt.
Zu der Lösung
werden MMM (0,93 ml, 8,5 mmol) und eine Lösung von DCC (1,75 g, 8,5 mmol)
in THF (5 ml) gegeben. Das Reaktionsgemisch wird dann über 2 h
Raumtemperatur erreichen gelassen. Die Lösung wird filtriert und zur
Trockne eingeengt. Der ölige
Rückstand
wird in CH2Cl2 (50
ml) gelöst
und nacheinander mit gesättigter
NaHCO3-Lösung
(50 ml), H2O (50 ml), 10%-iger Citronensäurelösung (50
ml) und H2O (2 × 50 ml) gewaschen. Der organische
Extrakt wird dann getrocknet und das Lösemittel wird unter vermindertem
Druck abgedampft, wobei ein roher weißer Feststoff erhalten wird. Harnstoffnebenprodukt
wird durch wiederholte Ausfällungen
aus eiskaltem EtOAc entfernt, und das Produkt wird (dreimal) aus
Aceton-Heptan umkristallisiert, wobei das reine Amid als farblose
mikrokristalline Nadeln erhalten wird (1,8 g, 85%). Fp 184,1–184,2°C; Rf 0,59 (CH2Cl2-EtOAc, 4:1); [α]24 D –69,3° (c = 1,0);
MS m/z 250 (9, M+), 151 (14), 150 (100),
123 (8), 96 (7), 82 (21), 73 (6), 55 (13); 1H-NMR
(300 MHz, CDCl3) δ 0,97 (d, J = 6,9 Hz, 3H, Val-CH3), 1,23 (d, J = 6,9 Hz, 3H, Val-CH3), 2,45 (spd, J1 =
6,9 Hz, J2 = 3,0 Hz, 1H, Hiva-CHα),
4,41 (bt, J = 3,0 Hz, 1H, Hiva-CHα),
5,00 (bd, J = 3,9 Hz, 1H, OH), 7,35 (t, J = 8,4 Hz, 2H, ArH), 7,47
(t, J = 8,4 Hz, 1H, ArH), 7,76 (d, J = 8,4 Hz, 1H, ArH), 7,85 (d,
J = 7,5 Hz, 1H, ArH), 10,55 (bs, 1H, NH). Anal. berechnet für C12H14N2O2S: C, 57,78; H, 5,64; N, 11,9. Gefunden:
C, 57,90; H, 5,87; N, 10,89.
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Für die physikalischen
Eigenschaften der Amide 7a-r siehe die folgende Tabelle I.
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Tabelle
I Physikalische Konstanten für
die α-Hydroxyamide
7a-r
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Allgemeines Verfahren
zur Synthese der Boc-Depsipeptide 8a-r
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N-[(2S)-O-[N-(tert-Butyloxycarbonyl)prolyl]-2-hydroxyisovaleryl]-2-phenylethylamid
(8c). Eine Lösung des
Amids 7c (0,50 g, 2,26 mmol) in CH2Cl2 (2 ml) wird langsam zu einer trockenen
gerührten
Lösung
von t-Boc-S-Prolin (0,58 g, 2,71 mmol, 1,2 Äq.), 4-Pyrrolidinopyridin (0,335
g, 2,71 mmol, 1,2 Äq.)
und DCC (0,56 g, 2,71 mmol, 1,2 Äq.)
in CH2Cl2 gegeben.
Die Lösung
wird 20 h bei Raumtemperatur unter Ar gerührt, filtriert und unter vermindertem
Druck eingeengt, wobei ein Öl
erhalten wird. Der ölige
Rückstand
wird dann auf Silicagel chromatographiert (25 Aceton/Hexan), wobei
0,95 g (100%) des Esters 8c als farbloser Gummi (nach Trocknen unter
Vakuum) erhalten werden. Rf 0,52 (Hexan-Aceton,
2:1); [α]25 D –63,5° (c = 0,2);
MS m/z 418 (16, M+), 362 (8), 327 (8), 271
(15), 170 (6), 142 (29), 114 (66), 105 (30), 91 (6), 70 (100), 57
(54); 1H-NMR (300 MHz, CDCl3) δ 0,87 (d,
J = 6,9 Hz, 3H, Val-CH3), 0,95 (d, J = 6,9
Hz, 3H, Val-CH3), 1,48 (s, 9H, tert-Butyl), 1,82–2,00 (m,
2H, Pro-CH2), 2,05–2,14 (m, 1H, ½ Pro-CH2), 2,22–2,31
(m, 1H, ½ Pro-CH2), 2,44 (spd, J1 =
6,9 Hz, J2 = 2,7 Hz, 1H, Hiva-CHβ],
2,87 (t, J = 7,2 Hz, 2H, Ph-CH2), 3,34–3,61 (m,
4H, Pro-CH2, N-CH2),
4,39 (dd, J1 = 8,7 Hz, J2 =
4,2 Hz, 1H, Pro-CHα), 5,07 (d, J = 2,7 Hz,
1H, Hiva-CHα),
7,16–7,32
(m, 5H, ArH), 7,66 (bs, 1H, NH).
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Für die physikalischen
Eigenschaften der Verbindungen 8a-r siehe die folgende Tabelle II.
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Tabelle
II Physikalische Konstanten für
die Depsidipeptidderivate 8a-r
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Allgemeines Verfahren
zum Entschützen
der Boc-Depsipeptide 8a-r
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Zu
einer gekühlten
(0°C) und
gerührten
Lösung
des entsprechenden Dipeptidderivats (8a-r, 1 mmol) in CH2Cl2 (5 ml) wird
TFA (5 ml) unter Inertatmosphäre
gegeben. Die Lösung
wird dann bei dieser Temperatur 1 h gerührt und das Lösemittel
wird unter vermindertem Druck entfernt. Verbliebene TFA wird mit
Toluol (3 × 20
ml) azeotrop entfernt und die gebildeten öligen Trifluoracetatsalze (9a-r)
werden unter Vakuum getrocknet und in der anschließenden Reaktion
direkt verwendet.
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Z-
und Boc-Valyl-N-methylvalyl-prolin (10a,b). Die Scaleup-Herstellung von Z-Val-N-Me-Val-Pro
(10a) basierte auf einem früheren,
von Dr. Pettit berichteten Verfahren (siehe G. R. Pettit et al.,
1991, Antineoplastic agents 220, Synthesis of natural (–)-dolastatin
15, Journal of the American Chemical Society, 113, 6692). Das gleiche
Verfahren, das zur Synthese von Boc-Val-N-Me-Val-Pro (10b) verwendet
wird, wird hier wie nun beschrieben verwendet.
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Zu
einer auf –23°C gekühlten Lösung von
t-Boc-Valin (6,64 g, 30,5 mmol, 2 Äq.) in trockenem CH2Cl2 (100 ml) unter
Ar werden NMM (6,70 ml, 61,1 mmol, 4 Äq.) und Pivaloylchlorid (3,76
ml, 30,5 mmol, 2 Äq.) gegeben.
Nach 3 h bei dieser Temperatur wird eine gekühlte (–23°C) Lösung von Me-Val-Pro-OMe (5,3 mmol; 3,7
g) in trockenem CH2Cl2 (15
ml) langsam zugegeben. Die Reaktion wird 4 h bei dieser Temperatur
und 24 h bei Raumtemperatur ablaufen gelassen. Das Reaktionsgemisch
wird dann mit gesättigter
Citronensäurelösung (3 × 100 ml),
Wasser (100 ml), gesättigter
NaHCO3-Lösung
(2 × 100
ml) und Wasser (100 ml) gewaschen. Die organische Phase wird getrocknet
und das Lösemittel
wird abgedampft, wobei ein strohfarbenes Öl erhalten wird. Flashchromatographie
(Silicagel, 2,5'' × 18''-Säule, 15%
Aceton-Hexan als Elutionsmittel) führte zu 6,5 g (97%) des reinen
Dipeptids als farbloses Öl:
[α]D 25 = –187° (c = 0,2).
Ein 4,5-g (10,5 mmol)-Aliquot des reinen Produkts wird in 100 ml
1:1 EtOH-H2O gelöst und mit 1 N NaOH (17 ml)
versetzt. Das Gemisch wird kräftig
gerührt,
bis die Verseifung vollständig
ist, was mittels DC beurteilt wird, (2 h) und die klare Lösung wird unter
vermindertem Druck auf das halbe Volumen eingeengt. Die Lösung wird
dann mit 1 N HCl auf einen pH-Wert von 3 angesäuert und das Produkt wird mit
EtOHc (3 × 60
ml) extrahiert. Der vereinigte Lösemittelextrakt
wird getrocknet (Na2SO4)
und unter Vakuum eingeengt, wobei die reine Tripeptidsäure als
farbloses Glas erhalten wird (4,26 g, 98%). Rf 0,24
(Hexan-EtOAc-AcOH, 8:2:1); [α]25 D –188° (c = 0,2);
MS m/z 427 (1, M+), 312 (3), 285 (3), 257
(2), 229 (7), 185 (5), 170 (4), 144 (5), 116 (23), 86 (100), 84
(21), 72 (28), 70 (14), 57 (35); 1H-NMR
(300 MHz, CDCl3) δ 0,86 (d, J = 6,6 Hz, 3H, Val-CH3), 0,91 (d, J = 6,6 Hz, 6H, 2 × Val-CH3), 0,97 (d, J = 6,9 Hz, 3H, Val-CH3),
1,42 (s, 9H, tert-Butyl), 1,84–2,40
(m, 6H, 2 × Val-CHβ,
2 × Pro-CH2) 3,15 (s, 3H, N-CH2),
3,62–3,71
(m, 1H, ½ Pro-CH2), 3,87–3,97
(m, 1H, ½ Pro-CH2), 4,42 (dd, J1 =
7,5 Hz, J2 = 6,3 Hz, 1H, Pro-CHα),
4,49 (dd, J1 = 7,5 Hz, J2 =
6,3 Hz, 1H, Pro-CHα), 5,00 (d, J = 10,8 Hz,
1H, N-Me-Val-CHα),
5,22 (bd, J = 9,3 Hz, 1H, NH). Anal. berechnet für C22H36N3O6:
C, 59,84; H, 8,90; N, 9,52. Gefunden: C, 59,61; H, 9,04; N, 9,34.
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Allgemeines Verfahren
zur Synthese der Z- oder Boc-Depsipeptide
11a-r
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N-[(2S)-O-[[N-(Benzyloxycarbonyl)-valyl]-(N-methyl-valyl)-prolyl-prolyl]-2-hydroxyisovaleryl]-2-phenethylamid
(11c). Das Amid 8c (0,35 g, 0,84 mol) wurde in 1:1 TFA-CH2Cl2 (10 ml) bei
0°C 1 h
entschützt,
wobei das Trifluoracetatsalz 9c als Öl (nach Trocknen unter Vakuum
während
1 h) erhalten wurde. Zu einem gekühlten (Eisbad) Gemisch des
Amids 9c (0,27 g, 0,84 mmol) und Z-Tripeptids 10a (0,37 g, 0,80
mmol) in trockenem CH2Cl2 (10
ml) werden Et3N (0,23 ml, 1,68 mmol) und
DEPC (0, 13 ml, 0, 88 mmol) gegeben. Die klare Lösung wird 2 h bei 18°C, 18 h bei
Raumtemperatur gerührt
und dann eingeengt. Das Produkt wird durch Silicagelchromatographie
(1'' × 16''-Säule) mit
1:3 Aceton-Hexan als Elutionsmittel getrennt. Die passenden Fraktionen werden
vereinigt und eingeengt, wobei das Tetrapeptid (11c) als farbloses
Glas erhalten wird (0,61 g, 100%). Rf 0,43
(Hexan-Aceton, 1:1); [α]25 D –185° (c = 0,1);
MS m/z 761 (0,5, M+), 6,53 (5), 562 (3),
499 (2), 442 (4), 416 (12), 347 (38), 324 (12), 239 (100), 211 (42),
196 (9), 139 (4), 109 (47); 1H-NMR (300
MHz, CDCl3) δ 0,80–0,95 (m, 15H, 2 × Val-CH3), 1,02 (d, J = 6,6 Hz, 3H, Val-CH3), 1,82–2,35
(m, 10H, 2 × Val-CHβ,
4 × Pro-CH2), 2,43 (spd, J1 =
6,9 Hz, J2 = 3,3 Hz, 1H, Hiva-CHβ),
2,83 (t, J = 7,5 Hz, 2H, Ph-CH2), 3,15 (s,
3H, N-CH3), 3,35–3,52 (m, 2H, Pro-CH2), 3,55–3,70
(m, 2H, N-CH2), 3,83–3,92 (m, 1H, ½ Pro-CH2), 3,96–4,06
(m, 1H, ½ Pro-CH2), 4,52 (dd, J1 =
9,0 Hz, J2 = 6,3 Hz, 1H, CHα),
4,58–4,66
(m, 2H, 2 × CHα),
5,07 (d, J = 12,0 Hz, 1H, N-Me-Val-CHα),
5,08 (d, J = 3,0 Hz, 1H, Hiva-CHα),
5,10 (s, 2H, Ph-CH2-O), 5,42 (bd, J = 9,3
Hz, 1H, NH), 7,17–7,40
(m, 10H), ArH).
-
Für die physikalischen
Eigenschaften der Verbindungen 11a-r siehe die folgende Tabelle
III.
-
Tabelle
III Physikalische Konstanten für
die Pentapeptidderivate 11a-r
-
-
Allgemeines Verfahren
zum Entschützen
der Z- oder Boc-Depsipeptide
11a-r
-
Verfahren A (Z-Depsipeptide)
-
Eine
Lösung
des entsprechenden Z-Depsipeptids (0,1 mmol) in EtOAc (20 ml) wird
hergestellt und 0,8 mmol eines 10%-Pd/C-Katalysators werden unter einer Ar-Decke
zugegeben. Die Lösung
wird dann 18 h unter Wasserstoff kräftig gerührt und der Katalysator wird
durch Filtration über
Celite entfernt. Die gebildete klare Lösung wird unter Vakuum eingeengt,
wobei das entsprechende freie Amin als viskoses Öl erhalten wird, das in der
anschließenden
Kopplungsstufe direkt verwendet wird.
-
Verfahren B (Boc-Depsipeptide)
-
Zu
einer gekühlten
(0°C) und
gerührten
Lösung
des Boc-Tetrapeptidderivats
(0,5 mmol) in CH2Cl2 (2,5 ml)
wird TFA (2,5 ml) unter Ar gegeben. Die Lösung wird 1 h bei dieser Temperatur
gerührt.
Entfernen des Lösemittels
unter vermindertem Druck ergibt ein Öl. Verbliebene TFA wird mit
Toluol (3 × 20
ml) azeotrop entfernt, wobei das Trifluoracetatsalz als glasartiger
Feststoff erhalten wird, der unter Vakuum getrocknet und in der
anschließenden
Reaktionsstufe direkt verwendet wird.
-
Verfahren C (unter Verwendung
des Z-Depsipeptids 11e)
-
Eine
0,48-g-Probe der Verbindung 11e wird in 0,5 ml Eisessig suspendiert
und 1,5 ml eines 33% HBr/AcOH-Reagens werden langsam unter Rühren zugegeben.
Nach der Beendigung der CO2-Entwicklung (30
min) wird Ethylether (15 ml) zugegeben und die Lösung gekühlt. Nach mehreren Minuten
trennt sich ein Öl aus
der Lösung
ab, das ein Gemisch aus entschütztem
Peptid und unverändertem
Ausgangsmaterial ist. Das Produkt wird isoliert und die Etherlösung wird
mit gesättigter
NaHCO3-Lösung
auf einen pH-Wert von ~8 eingestellt und anschließend mit
EtOAc (3 × 50
ml) extrahiert. Die organische Phase wird eingeengt, wobei ein gelber
glasartiger Feststoff erhalten wird, der unter Vakuum getrocknet
und ohne weitere Reinigung in der nächsten Reaktion verwendet wird.
-
Allgemeines Verfahren
zur Kopplung von Dolavalin 4 mit den entschützten Depsipeptiden unter Bildung
neuer Dolastatin-15-Derivate
12a-r
-
N-[(2S)-O-[(N,N-Dimethyl-valyl)-valyl-(N-methyl-valyl)-prolyl-prolyl]-2-hydroxyisovaleryl]-2-phenethylamid
(12c). Das Depsipeptid 11c (0,37 g, 0,49 mmol) wird durch katalytische
Hydrogenolyse entschützt
(Verfahren A), wobei ein Öl
erhalten wird, das in CH2Cl2 (10
ml) gelöst
und unter Ar auf 0°C
gekühlt
wird. Zu der Lösung werden
Dolavalin (4, 71 mg, 0,58 mmol), Et3N (0,081
ml, 0,58 mmol) und DEPC (0,088 ml, 0,58 mmol) tropfenweise gegeben.
Nach 2 h wird das Lösemittel
unter vermindertem Druck entfernt, wobei ein Öl erhalten wird. Auf eine Reinigung
durch Flashchromatographie (Silicagel, 1'' × 16''-Säule,
3:2 Hexan-Aceton) folgt eine Schnellgelpermeationschromatographie
auf SEPHADEX LH-20 (CH3OH-Elution) unter
Bildung eines farblosen Schaums (0,26 g, 71%). Rf 0,21
(Hexan-Aceton, 2:1); [α]25 D –206° (c = 0,1);
MS m/z 754 (1, M+), 711 (2), 663 (0,5),
499 (0,5), 437 (3,5), 416 (5), 340 (32), 324 (5), 329 (4), 227 (7),
211 (5), 196 (9), 196 (10), 154 (5), 109 (9), 101 (59), 100 (100);
IR (NaCl) νmax 3312, 2963, 2874, 1744, 1638, 1535, 1497,
1443, 1279, 1204, 1186, 1096, 1038, 1003 cm–1; 1H-NMR (300 MHz, CDCl3) δ 0,78 (d,
J = 6,6 Hz, 3H, Val-CH3), 0,83 (d, J = 6,6
Hz, Val-CH3), 0,89–0,98 (m, 12H, 5 × Val-CH3), 1,00 (d, J = 6,6 Hz, 6H, 2 × Val-CH3), 1,74–2,43
(m, 12H, Hiva-CHβ, 3 × Val-CHβ, 4 × Pro-CH2), 2,24 (s, 6H, 2 × Dov-CH3),
2,45 (d, J = 6,0 Hz, 1H, Dov-CHα),
2,82 (t, J = 7,8 Hz, 2H, Ph-CH2), 3,20 (s,
3H, N-CH3), 3,38–3,51
(m, 2H, Pro-CH2), 3,56–3,71 (m, 1H, N-CH2),
3,83–3,94
(m, 1H, ½ Pro-CH2), 3,96–4,06
(m, 1H, ½ Pro-CH2), 4,59–4,68
(m, 2H, 2 × CHα),
4,79 (dd, J1 = 9,0 Hz, J2 =
6,9 Hz, 1H, CHα),
5,09 (d, J = 3,0 Hz, 1H, Hiva-CHα),
5,11 (d, J = 12,0 Hz, 1H, N-Me-Val-CHα),
6,89 (bd, J = 9,3 Hz, 1H, NH), 7,17–7,31 (m, 5H, ArH), 7,39 (bs,
1H, NH); 13C-NMR (500 MHz, CDCl3) δ 16,5, 17,6,
18,2, 18,6, 18,9, 19,2, 20,2, 25,1, 25,2, 27,4, 27,7, 28,4, 29,3,
29,8, 30,7, 31,1, 35,4, 40,8, 43,0, 47,1, 47,8, 53,7, 57,9, 59,1, 59,6,
76,5, 78,6, 126,3, 128,4 (2), 128,7 (2), 139,0, 169,1, 169,4, 170,7,
171,5, 171,8, 173,2. Anal. berechnet für C40H66N6O7·½H2O: C, 64,46; H, 8,84; N, 11,0. Gefunden:
C, 64,69; H, 9,00; N, 10,77.
-
Für die physikalischen
Eigenschaften der Verbindungen 12a-r siehe die Tabelle IV.
-
Tabelle
IV Physikalische Konstanten für
die Dolastatin-15-Strukturmodifikationen
12a-r
-
-
Sowohl
Dolastatin 10 (siehe R. Bai et al., 1990a, Dolastatin 10, a powerful
cytostatic peptide derived from a marine animal: Inhibition of tubulin
polymerization mediated through the vinca alkaloid binding domain, Biochemical
Pharmacology, 39, 1941) als auch Dolastatin 15 (siehe Bai et al.,
1992, Dolastatin 15, a potent antimitotic depsipeptide derived from
Dolabella auricularia: Interaction with tubulin and effects on cellular
microtubules, Biochemical Pharmacology, 43, 2637) wechselwirken
mit Tubulin und bewirken einen Stopp der Zellmitose. Die Wirkungen
auf Tubulin in vitro mit Dolastatin 10 wurden im Detail untersucht
(siehe Bai et al., 1990b: Binding of dolastatin 10 to tubulin at
a distinct site for peptide antimitotic agents near the exchangeable nucleotide
and vinca alkaloid sites, Journal of Biological Chemistry, 265,
17141; und Bai et al., 1995, Interaction of dolastatin 10 with tubulin:
Induction of aggregation and binding and dissociation reactions,
Molecular Pharmacology, 47, 965). Da die Wechselwirkung von Dolastatin
15 mit Tubulin beträchtlich
schwächer
zu sein scheint, wurde den biochemischen Eigenschaften dieses Depsipeptids
weniger Aufmerksamkeit geschenkt. Indessen beschrieb eine Zahl von
Untersuchungen die antiproliferativen Wirkungen von Dolastatin 15
gegenüber
humanen Lymphomzellen (siehe Beckwith et al., 1993, Growth inhibition
of human lymphoma cell lines by the marine natural products dolastatins
10 and 15, Journal of the National Cancer Institute, 85, 483), auf marine
Knochenmarkvorläuferzellen
(siehe Jacobsen et al., 1991, Antineoplastic dolastatins: Potant
inhibitors of hematopoietic progenitor cells, Journal of the National
Cancer Institute, 83, 1672) und auf maligne periphere Blutzellen
von Patienten mit akuter myeloischer Leukämie (siehe Steube et al., 1992,
Dolastatin 10 and dolastatin 15: Effects of two natural peptides
on growth and differentiation of leukemia cells, Leukemia, 6, 1048).
-
Alle
diese Untersuchungen wurden durch die Synthese (siehe Pettit et
al., 1991, Antineoplastic agents 220, Synthesis of natural (–)-dolastatin
15, Journal of the American Chemical Society, 113, 6692) von Dolastatin
15 am Cancer Research Institute in Tempe, Arizona, ermöglicht,
das die ersten synthetischen Proben des Peptids, die überhaupt
verfügbar
waren, lieferte. Ein anschließendes
modifiziertes Syntheseverfahren (siehe Pettit et al., 1994, The
dolastatins 20, A convenient synthetic route to dolastatin 15, Tetrahedron,
50, 12097) erwies sich zur Herstellung dieses vielversprechenden
Antikrebsmittels im großen
Maßstab
als sehr praktikabel. Eine noch weitere Synthese von Dolastatin
15, die anschließend
an Pettits ursprüngliche
Synthese abgeleitet wurde, ist bei Patino et al. beschrieben (siehe
Patino et al., 1992, Total synthesis of the proposed structure of
dolastatin 15, Tetrahedron, 48, 4115–4122). Der potentielle Vorteil
der Identifizierung geeigneter Substitutionen für die Dpy-Einheit von Dolastatin
15 wurde zu Beginn der Anstrengungen zur Synthese einer kommerziell
durchführbaren
Alternative offensichtlich. Von größter Bedeutung war der potentielle
Ausschluss von sechs Synthesestufen und die Eliminierung der nicht
vorherzusagenden Dolapyrrolidinon-Cyclisierungssequenz. Daher wurde
bestimmt, die modifizierte Aminosäureeinheit durch ohne weiteres
verfügbare
Arylalkylamine auf der Basis von β-Phenethylamin und
durch verschiedene andere Gruppen zu ersetzen.
-
Zur
Herstellung der α-Hydroxyamide
7a-r wurde bestimmt, dass es äußerst effizient
ist, diese Substanzen ohne Schutz der Hydroxylgruppe zu erhalten.
Für die
aliphatischen Amine 6b-o wurde dieses Ziel durch Verwendung des
ursprünglichen
Syntheseansatzes von Pettit (op. cit.) ohne weiteres erreicht. So
wurden 2-(S)-Hydroxyisovaleriansäure
(Hiva, 3) und das entsprechende Amin unter Verwendung von DEPC mit
NMM als Base kondensiert, wobei die Verbindungen 7b-o in guten Ausbeuten,
wie in Reaktionsschema 1 angegeben, erhalten wurden. Aufgrund der
verringerten Nukleophilie der Aminokomponente war die Acylierung
der aromatischen Amine (6a, 6p-r) mit aktivierter Hiva eine größere Herausforderung.
Milde Kopplungsreagentien, wie DEPC (siehe Yamada et al., 1975,
Diphenyl phosphorazidate (DPPA) and diethyl phosphorocyanidate (DEPC),
Two new reagents for solid-phase peptide synthesis and their application
to the synthesis of porcine motilin, Journal of the American Chemical
Society, 97, 7174), WRK (siehe Pettit et al., 1966, Structural biochemistry
II, Synthesis of 3β-Hydroxy-17β-(L-prolyl-L-prolyl)amino-5α-androstane,
Canadian Journal of Chemistry, 44, 2023; und Pettit et al., 1967,
Synthesis of 3β-Acetoxy-17β-(L-arginyl-L-arginyl-L-prolyl)amino-5α-androstane,
J. Med. Chem., 10, 145), ergaben keine Reaktion, während eine
starke Aktivierung mit DCC, BrOP (siehe Coste et al., 1990, A new
reagent for coupling N-methylated amino acids, Tetrahedron Letters,
31, 669) oder mit verschiedenen Chlorformiaten (siehe van Bogart
et al., 1993, Synthesis and antitrypanosomal evaluation of some
thiazole-containing amino acids and peptides, European Journal of
Medicinal Chemistry, 28, 387; und Nedev et al., 1993, A convenient
Method for synthesis of Fmoc-amino acid p-nitroanilides based on
isobutyl chloroformate as condensation agent, Tetrahedron Letters,
34, 4201) die kompetitive Veresterung der ungeschützten α-Hydroxylgruppe
ermöglichte,
was zu komplexen Gemischen führte.
Jedoch wurde der HOBt-Ester von Hiva, der in situ mit DCC bei 0°C in wasserfreiem
THF hergestellt wurde, als sehr geeignet für die selektive Acylierung
derartiger aromatischer Amine ermittelt. Tatsächlich resultierten moderate
bis gute Ausbeuten des gewünschten
Amids ohne eine Spur von Veresterungsnebenprodukten. In der anschließenden Stufe
wurden Boc-Prolin mit den Alkoholen 7a-r unter Verwendung von DCC
in CH2Cl2 mit 4-Pyrrolidinopyridin als
Katalysator verestert (Raumtemperatur, 18 h), wobei hervorragende
Ausbeuten der Ester 8a-r als viskose Öle erhalten wurden. Es wurde
dann entdeckt, dass das wasserlösliche
Carbodiimid EDC-HCl gleich gut funktionierte und weniger Reinigungsprobleme
als DCC ergab. Die Boc-Schutzgruppe
wurde mit TFA entfernt, wobei die entsprechenden Trifluoracetate
9a-r erhalten wurden.
-
Zur
Synthese und anschließenden
Deblockierung der Depsipeptide 11a-r wurde zunächst an die Verwendung des
Z-Schutzreaktionsschemas gedacht, das zum ersten Mal in der ursprünglichen
Synthese von Dolastatin 15 beschrieben wurde (siehe US-Patent 4
879 278). Jedoch erwiesen sich die Bedingungen der zur Entfernung
dieser Gruppe verwendeten katalytischen Hydrogenolyse für mehrere
der im folgenden angegebenen Peptidzwischenprodukte als ungeeignet.
Infolgedessen wurde Boc-Val-N-Me-Val-Pro (10b) zusätzlich zu dem üblichen
Z-Tripeptidzwischenprodukt (10a) synthetisiert, um eine katalytische
Hydrogenolyse zu umgehen. Die DEPC-vermittelte Segmentkondensation
des entsprechenden Tripeptids (10a oder 10b) mit Trifluoracetaten
9a-r ergab durchgängig
hohe Ausbeuten des entsprechenden Depsipeptidderivats (11a-r) wie in Reaktionsschema
2 angegeben.
-
Es
wurde ermittelt, dass die zuvor zur Entfernung der Z-Schutzgruppe verwendeten
milden Bedingungen einer katalytischen Hydrogenolyse eine quantitative
Dechlorierung der Verbindung 11e bewirkten und daher die Entwicklung
einer alternativen Route für
die halogenierten aromatischen Amide 9d-h erzwang. Obwohl das versuchte
Entschützen
des Peptids 11e mit 33% Bromwasserstoff in Eisessig unter üblichen
Bedingungen keinen Halogenverlust verursachte, wurde eine intensive
Racemisierung von mindestens einer der Aminosäureeinheiten beobachtet, die
sehr wahrscheinlich die stark säureempfindliche
N-Me-Val-Einheit ist, wie von Benoiton et al. angegeben (siehe Benoiton
et al., 1973, N-methylamino acids in peptide synthesis, III, Racemization
during deprotection by saponification and acidolysis, Canadian Journal
of Chemistry, 51, 2555). Daher wurden alle übrigen Peptide, die halogenierte
aromatische Ringe enthielten, als Boc-geschützte Depsipeptide hergestellt
(11d, 11f-h). Das Entschützen
dieser Peptide in TFA-CH2Cl2 (1:1)
bei 0°C
während
1 h erfolgte glatt und ergab quantitative Ausbeuten der entsprechenden
Trifluoracetatsalze (die in den anschließenden Kopplungsreaktionen
direkt verwendet wurden). Die Boc-Strategie wurde für die p-Nitro-phenethylamin-(11i), Met-OMe-(11n),
Thiazol-(11p) und Benzothiazol-(11q)amide
verwendet, um eine unerwünschte
Reduktion der Nitrogruppe oder Katalysatorvergiftung durch die schwefelhaltigen
Peptide zu vermeiden. Das Entschützen
aller anderen Peptidzwischenprodukte durch katalytische Hydrogenolyse
(10% Pd/C, EtOAc, 18 h) ergab die entsprechenden Amine in hervorragenden
Ausbeuten.
-
Die
letzte Kopplung jedes Peptids an den N-terminalen Dolavalinrest
wurde in guter Ausbeute mit DEPC/Et3N in
CH2Cl2 wie in Reaktionsschema
3 angegeben durchgeführt.
In einigen Fällen
ist aufgrund der basischen Natur der Endpeptide 12a-r eine weitere
Reinigung nach einer Silicagelchromatographie notwendig. In derartigen
Fällen
ergab eine Schnellgelpermeationschromatographie (SEPHADEX LH-20,
Methanolelution) sehr zufriedenstellende Ergebnisse, wobei die Endpeptide
als farblose Schäume
oder amorphe Pulver erhalten wurden.
-
Die
Ergebnisse von In-vitro-Tests der synthetischen Derivate (12a-r)
gegenüber
den murinen Leukämiezelllinien
P388 und L1210 und der humanen Burkitt-Lymphom-CA46-Linie zusammen
mit den entsprechenden Tubulinantipolymerisationsergebnissen sind
in der folgenden Tabelle V angegeben.
-
Tabelle
V Hemmaktivitäten
von Dolastatin 15 (1) und synthetischen Modifikationen (12a-r) auf
murine P388-lymphatische-Leukämie [ED
50 (ng/ml)]
a, murine
L1210-Leukämie
[IC
50 (nM)]
b, humanes
CA46-Burkitt-Lymphom [IC
50 (nM)]
b,c und Tubulinpolymerisation (IC
50(:M) ± [SD]).
-
Alle
Derivate zeigten antiproliferative Aktivitäten, die mit den Eigenschaften
der Stammverbindung Dolastatin 15 (1) vergleichbar waren, und in
den Burkitt-Zellen verursachten alle Analoga einen deutlichen Anstieg
des Mitoseindex.
-
Keines
war jedoch ein so starker Inhibitor der Tubulinpolymerisation wie
Dolastatin 15 (1). In ähnlicher Weise
ergaben wiederholte Tests von 12a-r in dem Primärscreening von 60 Zelllinien
humaner Tumore des NCI konsistent mittlere Panel-GI50-Werte ähnlicher
Stärke
wie die des Dolastatin-15-Standard,
wie in der folgenden Tabelle VI angegeben ist.
-
Tabelle
VI Mittlere Panel-GI
50-Werte (nM) ± Standardabweichung
a und GI
50-Vergleichskorrelationen
b mit Dolastatin 15 für synthetische Modifikationen
(12a-r), die in dem Panel
d von 60 Zelllinien
eines humanen Tumors in vitro des NCI getestet wurden
c.
-
-
Darüber hinaus
waren unter Verwendung der von Boyd und Paull beschriebenen COMPARE-Analysen
bzw. Vergleichsanalysen (siehe Boyd et al., 1995, Some practical
considerations and applications of the National Cancer Institute
in vitro anticancer drug discovery screen, Drug Development Research,
34, 91) die Mittelwert-Fingerprints von 12a-r in dem NCI-Screening
alle mit dem von Dolastatin 15 hoch korreliert (beispielsweise ≥ 0,7). Daher
wurde bestimmt, dass die antiproliferativen und antimitotischen
Aktivitäten
von Dolastatin 15 gegenüber Änderungen
des C-terminalen Rests bemerkenswert tolerant sind, während die
Antitubulineigenschaften gegenüber
derartigen Änderungen
empfindlicher sind. Diese Ergebnisse stehen im Gegensatz zu analogen
Untersuchungen, die von Pettit et al. berichtet wurden (siehe Pettit
et al., 1995, Antineoplastic Agents 337, Synthesis of Dolastatin
10 Structural Modifications, Anticancer Drug Design, 10, 529), wobei
die Derivate von Dolastatin 10, bei denen die C-terminale Dolaphenineinheit
durch Gruppen, die kein β-Phenethylaminkohlenstoffrückgrat enthielten,
ersetzt war, kleine Unterschiede der Antitubulinwirksamkeiten zeigten,
jedoch bis zu 100-fache Abnahmen der Zytotoxizität zeigten.
-
Die
Wechselwirkung von Dolastatin 15 mit gereinigtem Tubulin ist beträchtlich
schwächer
als die von Dolastatin 10 (etwa 20-fach) trotz dessen starker antiproliferativer
Wirkung auf zelluläre
Mikrotubuli (ein Viertel der Aktivität von Dolastatin 10, jedoch
zehnfach stärker
aktiv als das Antitumormittel Vinblastin) (siehe Bai et al., 1992,
Dolastatin 15, a potent antimitotic depsipeptide derived from Dolabella
auricularia: Interaction with tubulin and effects on cellular microtubules,
Biochemical Pharmacology, 43, 2637). In früheren ursprünglichen Untersuchungen der
Antitubulineigenschaften von Dolastatin 15, die von Bai et al. berichtet
wurden (siehe Id.), wurden die Wirkungen dieses Depsipeptids auf
die Polymerisation von 10 μM
Tubulin in 1 M Mononatriumglutamat-1 mM MgCl2 untersucht
und ergaben eine IC50-Wert von 23 μM (50% Hemmung
des Ausmaßes
der Polymerisation nach 20 min bei 37°C). Dieses Ergebnis wurde in
neuen Experimenten bestätigt,
wo ein Wert von 19 ± 0,3
(Standardabweichung) μM
erhalten wurde. Jedoch wurde kein IC50-Wert
für eines
der hier angegebenen Dolastatin-15-Derivate unter den beschriebenen Reaktionsbedingungen
erhalten, obwohl eine klare Hemmung der Aggregationsraten mit diesen
Verbindungen erfolgte (maximale verwendete Konzentration 40 μM).
-
Mit
zunehmender Zahl antimitotischer Arzneimittel, insbesondere derjenigen,
die an der Colchicinstelle binden, hatten die gebildeten Tubulinpolymere
eine stark abweichende Morphologie in 1 M Glutamat-1 mM MgCl2 (siehe beispielsweise Hamel et al., 1995,
Limitations in the use of tubulin polymerization assays as a screen
for the identification of new antimitotic agents: The potent marine
natural product curacin A as an example, Drug Development Research,
3). Da diese Polymere mit hohem Molekulargewicht, wie Mikrotubuli, Licht
streuen, machen sie es unmöglich,
Arzneimittelwirkungen durch Turbidimetrie oder Zentrifugation quantitativ
zu bestimmen. Bei der Erforschung alternativer Testbedingungen für derartige
Verbindungen wurde entdeckt, dass die abweichenden Polymere in 0,8
M Glutamat bei 30°C
(ohne Zugabe von MgCl2 zu den Reaktionsgemischen)
allgemein nicht gebildet wurden. Unter dieser Reaktionsbedingung
erfolgte die normale Aggregationsreaktion immer noch mit einer verringerten
Reaktionsrate und es bestand eine wesentliche Verringerung des IC50-Werts, die mit Mitteln, die unter beiden
Reaktionsbedingungen geprüft
werden konnten, erhalten wurde.
-
Eine
abweichende Polymerbildung wurde mit Dolastatin 15 nicht beobachtet,
obwohl eine derartige Reaktion mit Dolastatin 10 erfolgt (siehe
Bai et al., 1995, Interaction of dolastatin 10 with tubulin: Induction
of aggregation and binding and dissociation reactions, Molecular
Pharmacology, 47, 965). Indessen wurde, wenn Dolastatin 15 bezüglich Hemmung
der Aggregation in 0,8 M Glutamat bei 30°C bewertet wurde, die Wirkung eines
verringerten IC50-Werts wiederum beobachtet.
Es wurde ein Wert von 5,2 ± 0,6 μM erhalten.
Von noch größerer Bedeutung
ist, dass es unter dieser Reaktionsbedingung möglich war, einen quantitativen
Vergleich der hier beschriebenen Reihe von Dolastatin-15-Analoga
durchzuführen
(siehe Tabelle V). Obwohl keine der bewerteten 16 Verbindungen einen
so niedrigen IC50-Wert wie Dolastatin 15
aufwies, wurden unzweifelhafte Hemmwirkungen mit allen untersuchten
Mitteln beobachtet. Die erhaltenen IC50-Werte
lagen im Bereich von 8,4 μM
für die
Verbindung 12p bis 26 μM
für 12a.
Einschließlich
von Dolastatin 15 gab es einen Fünffachbereich
der IC50-Werte, der in dieser Folge von
Experimenten erhalten wurde.
-
Die
Untersuchung der Wechselwirkung von Dolastatin 15 mit Tubulin wurde
im Zusammenhang mit einer Bewertung der Wirkungen des Mittels auf
das Wachstum von murinen L1210-Leukämiezellen und humanen CA46-Burkitt-Lymphom-Zellen
durchgeführt
(siehe Bai et al., 1992, Dolastatin 15, a potent antimitotic depsipeptide
derived from Dolabella auricularia: Interaction with tubulin and
effects on cellular microtubules, Biochemical Pharmacology, 43,
2637). Die Wirkungen der meisten dieser neuen Dolastatin-15-Derivate
wurden an diesen gleichen Zelllinien überprüft und es wurden geringe Unterschiede
zwischen den Verbindungen ermittelt, wie in Tabelle V angegeben.
-
Bei
den L1210-Zellen lagen die IC50-Werte für Zellwachstum
im 1–4
nM-Bereich und mit den Burkitt-Zellen betrug der Bereich der IC50-Werte 0,3–4 nM. Obwohl der beobachtete
Wertebereich ähnlich
der Fünffachvariation
der IC50-Werte für die Tubulinpolymerisation
war, gab es eine geringe Korrelation zwischen den für spezielle
Verbindungen erhaltenen Werten. Beispielsweise war Dolastatin 15
der stärkste
Inhibitor der Tubulinaggregation, jedoch lag es bei den L1210- und Burkitt-Zellen
unter den am wenigsten aktiven Verbindungen.
-
Zur
weiteren Verifizierung der Annahme, dass diese gesamte Verbindungsreihe
intrazellulär
durch Eingreifen in die Tubulinfunktion wirkt, wurden die arzneimittelbehandelten
Burkitt-Zellen hinsichtlich Mitosestopp analysiert. Wie früher für Dolastatin
15 beobachtet wurde (siehe Bai et al., 1992, Dolastatin 15, a potent
antimitotic depsipeptide derived from Dolabella auricularia: Interaction
with tubulin and effects on cellular microtubules, Biochemical Pharmacology,
43, 2637), verursachten mit allen Verbindungen mit 80 nM behandelte
Zellen die Ansammlung hoher Zahlen von Burkitt-Zellen in offensichtlichem
Metaphasestillstand (Tabelle V).
-
Es
wurde vorgeschlagen, dass die starke Zytotoxizität und Tubulinhemmwirkungen
von Dolastatin 15 nicht auf dem Stammmolekül, sondern einem davon abgeleiteten
stärker
aktiven Metabolit beruhen. Beispielsweise kann die intrazelluläre Hydrolyse
der Esterbindung des Depsipeptids ein stärker wirksames Peptidfragment
oder ein Fragment, das zu einer stärker aktiven Spezies weiter
metabolisiert wird, ergeben. Diese Möglichkeit scheint mit der offensichtlichen
Unempfindlichkeit der Dolastatin-15-Aktivität auf eine strukturelle Modifikation
des C-Terminus und der jüngsten
Beobachtung von Roux et al. (siehe Roux et al., 1994, Synthesis and
in vitro cytotoxicity of diastereomerically modified dolastatin
15 analogues, Bioorganic and Medicinal Chemistry Letters, 4, 1947),
dass Änderungen
der Stereochemie der Hiva-Dpy-Einheit von einer minimalen Abnahme
der Zytotoxizität
begleitet sind, konsistent. Besonders interessant ist hierbei die
Beobachtung, dass das Peptidsegment Dov-Val-Me-Val-Pro-Pro scheinbar
inaktiv ist, während
das synthetische Dolastatin-15-Derivat LU103793, das bei Dearruda
et al. angegeben ist (siehe Dearruda et al., 1995, Lu103793 (NSC
D-669356): A synthetic peptide that interacts with microtubules,
Cancer Research, 55, 3085), Dov-Val-Me-Val-Pro-Pro-Benzamid (NSC 669356), sowohl
hoch zytotoxisch (IC50 3 nM gegenüber L1210-Leukämiezellen)
als auch ein starker Inhibitor der Tubulinpolymerisation (IC50 4,0 ± 0,6 μM) unter
den gleichen Reaktionsbedingungen, unter denen Dolastatin 15 mit
5,2 μM 50%
hemmend war, ist. Alternativ kann das Benzamidderivat LU103793 für einen passenden
Transport des Peptids zum Ort bzw. zu den Orten der Aktivität notwendig
sein.
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Es
ist nun klar, dass die strukturell singuläre Dpy-Einheit von Dolastatin
15 eine sehr beschränkte
Rolle in den für
Dolastatin 15 beobachteten Zellwachstumshemmwirkungen spielt und
wahrscheinlich keine kritische Komponente der aktiven Stelle(n)
von Dolastatin 15 ist. Diese Tatsache bietet eine ungewöhnliche
Möglichkeit zur
weiteren Verstärkung
der Fähigkeit,
die Vorteile von Dolastatin 15 auf eine viel einfachere und kostengünstigere
Weise zu erreichen und die In-vivo-Antitumorwirkung dieser singulären Verbindungen
zu optimieren oder in anderer Weise zu nutzen. Es ist daher offensichtlich,
dass die komplexe Dpy-Einheit von Dolastatin 15 ohne weiteres durch
Amide, die von dem leichter verfügbaren
Phenethylamin, 2-Aminothiazol und 2-Aminobenzothiazol abgeleitet sind, oder
durch andere relativ verfügbare
und unschädliche
Substituenten ohne eine signifikante Verringerung der Krebszellwachstumshemmaktivität des gebildeten
Derivats ersetzt werden kann.
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Von
neun Bakterien und zwei Pilzen, die gescreent wurden, hemmten Dolastatin
15 und die acht hier beschriebenen Derivate spezifisch das Wachstum
des Darmbakteriums Erwinia carotovora (Tabelle VII). Die Stammverbindung
war die wirksamste gegenüber
E. carotovora.
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Tabelle
VII Minimale Hemmkonzentrationen (μg/Scheibe) von Dolastatin 15
und strukturellen Modifikationen für das Bakterium Erwinia carotovora
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Die
hier verwendeten fettgedruckten Ziffern 1, 2 und dgl. bezeichnen
die Verbindungen, deren Strukturen im folgenden angegeben sind.
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Die
Synthese der Depsidipeptidderivate 9a-r ist im folgenden Reaktionsschema
1 angegeben.
- a) R = NHPh; Methode B
- b) R = NHCH2Ph; Methode A
- c) R = NH(CH2)2Ph;
Methode A
- d) R = NH(CH2)2-4-F-Ph;
Methode A
- e) R = NH(CH2)2-4-Cl-Ph;
Methode A
- f) R = NH(CH2)2-3-Cl-Ph;
Methode A
- g) R = NH(CH2)2-2-Cl-Ph;
Methode A
- h) R = NH(CH2)2-4-Br-Ph;
Methode A
- i) R = NH(CH2)2-4-NO2-Ph; Methode A
- j) R = NH(CH2)2-3,4-(CH3O)2-Ph; Methode
A
- k) R = NH(CH2)2-2-Pyridin;
Methode A
- l) R = NH(CH2)3Ph;
Methode A
- m) R = L-Phe-OCH3; Methode A
- n) R = L-Met-OCH3; Methode A
- o) R = L-Pro-OCH3; Methode A
- p) R = NH-2-Thiazolyl; Methode B
- q) R = NH-2-Benzothiazolyl; Methode B
- r) R = NH-3-Chinolyl; Methode B
- (i) Methode A: DEPC, NMM, CH2Cl2, 0°C,
2 h.
Methode B: DCC, HOBt (2 Äq.), NMM, THF, 0°C, 2 h.
- (ii) Boc-L-Pro (1,2 Äq.),
DCC (1,2 Äq.),
4-Pyrrolidinopyridin
(1,2 Äq.),
CH2Cl2, 23°C, 18 h.
oder
Boc-L-Pro
(1,2 Äq.),
EDC-HCl (1,2 Äq.),
4-Pyrrolidinopyridin
(2,4 Äq.),
CH2Cl2, 23°C, 18 h.
- (iii) TFA, CH2Cl2,
0°C, 1 h.
-
Die
Synthese der Z- oder Boc-Pentapeptidderivate 11a-r ist im folgenden
Reaktionsschema 2 angegeben.
- a) R1 = Z, R2 = NHPh
- b) R1 = Z, R2 =
NHCH2Ph
- c) R1 = Z, R2 =
NH(CH2)2Ph
- d) R1 = Boc, R2 =
NH(CH2)2-4-F-Ph
- e) R1 = Z, R2 =
NH(CH2)2-4-Cl-Ph
- f) R1 = Boc, R2 =
NH(CH2)2-3-Cl-Ph
- g) R1 = Boc, R2 =
NH(CH2)2-2-Cl-Ph
- h) R1 = Boc, R2 =
NH(CH2)2-4-Br-Ph
- i) R1 = Boc, R2 =
NH(CH2)2-4-NO2-Ph
- j) R1 = Z, R2 =
NH(CH2)2-3,4-(CH3O)2-Ph
- k) R1 = Z, R2 =
NH(CH2)2-2-Pyridin
- l) R1 = Z, R2 =
NH(CH2)3Ph
- m) R1 = Z, R2 =
L-Phe-OCH3
- n) R1 = Boc, R2 =
L-Met-OCH3
- o) R1 = Z, R2 =
L-Pro-OCH3
- p) R1 = Boc, R2 =
NH-2-Thiazolyl
- q) R1 = Boc, R2 =
NH-2-Benzothiazolyl
- r) R1 = Z, R2 =
NH-3-Chinolyl
-
Die
Synthese der Dolastatin-15-Derivate 12a-r ist im folgenden Reaktionsschema
3 angegeben.
- a) R = NHPh; Methode A
- b) R = NHCH2Ph; Methode A
- c) R = NH(CH2)2Ph;
Methode A
- d) R = NH(CH2)2-4-F-Ph;
Methode B
- e) R = NH(CH2)2-4-Cl-Ph;
Methode C
- f) R = NH(CH2)2-3-Cl-Ph;
Methode B
- g) R = NH(CH2)2-2-Cl-Ph;
Methode B
- h) R = NH(CH2)2-4-Br-Ph;
Methode B
- i) R = NH(CH2)2-4-NO2-Ph; Methode B
- j) R = NH(CH2)2-3,4-(CH3O)2-Ph; Methode
A
- k) R = NH(CH2)2-2-Pyridin;
Methode A
- l) R = NH(CH2)3Ph;
Methode A
- m) R = L-Phe-OCH3; Methode A
- n) R = L-Met-OCH3; Methode B
- o) R = L-Pro-OCH3; Methode A
- p) R = NH-2-Thiazolyl; Methode B
- q) R = NH-2-Benzothiazolyl; Methode B
- r) R = NH-3-Chinolyl; Methode A
- (i) Methoden A, B oder C.
Methode A: H2 10%
Pd/C, EtOAc, 18 h.
Methode B: TFA, CH2Cl2, 0°C,
1 h.
Methode C: 33% HBr/AcOH, 23°C, 30 min.
- (ii) Dolavalin (4, 1,2 Äq.),
DEPC (1,2 Äq.),
Et3N (1,2 Äq. bei Methode A; 2,4 Äq. bei Methode
B oder C), DEPC (1,2 Äq.),
CH2Cl2, 0°C, 2 h.