Synthese und pharmakologische Untersuchung von Liganden des Estrogenrezeptors und Inhibitoren der Cyclooxygenase

Abstract

Ausgehend vom meso-4,5-Bis(4-hydroxyphenyl)-2-imidazolin (15a), für dessen ortho-halogenierte Derivate 15b, 15c, 156 und 157 eine agonistische Wirkung am Estrogenrezeptor beschrieben ist, wurden meso-2,4,5-Triaryl-2-imidazoline 47a \- 47d dargestellt und ihre genaktivierende Wirkung untersucht. Dabei konnte für keine der Verbindungen eine agonistische oder antagonistische Wirkung festgestellt werden. Die Verbindungen wurden auf ihre antiproliferative Wirkung an der Mammakarzinomzellinie MCF-7 untersucht. Es zeigte sich, dass sowohl meso-2,4,5-Tris(4-hydroxyphenyl)-2-imidazolin (47a) als auch die halogenierten Derivate 47b \- 47d nur maginale Effekte auf das Zellwachstum in Konzentrationen von 1 &microM;, 5 &microM; und 10 &microM; in einem Zeitraum bis 260 h ausüben. Für eine Reihe von alkylierten Triarylheteroaromaten wurden in der Vergangenheit hohe Bindungsaffinitäten mit z.T. ausgeprägter Subtypspezifität zu einer Isoform des Estrogenrezeptors nachgewiesen. Ausgehend vom 1,2-Bis(4-hydroxyphenyl)-1H-imidazol (155) wurde der Einfluss von Alkyl- und Arylgruppen in den Positionen C(4) und C(5) sowie der para-Hydroxylierung und ortho-Halogenierung in den Arylen untersucht. Dabei wurden die stärksten agonistischen Genaktivierungen für das 1,2,4-Tris(4-hydroxyphenyl)-5-methyl-1H-imidazol (119), das 5-Ethyl-1,2,4-tris(4-hydroxyphenyl)-1H-imidazol (123) und das 1,2,4-Tris(4-hydroxyphenyl)-5-phenyl-1H-imidazol (127) nachgewiesen. Die Stärke der Aktivierung nahm vom Phenyl- über den Methyl- zum Ethylsubstituenten in der Position C(5) zu. Es zeigte sich, dass die in den Arylen an C(2) und C(4) ortho-halogenierten Derivate eine deutlich geringere Genaktivierung auslösten. Die Einführung einer para-ständigen Hydroxylgruppe am C(5)-Phenyl der Verbindung 127 hatte den Verlust der agonistischen Wirkung zur Folge. Für die am stärksten wirksame Verbindung 123 konnte gezeigt werden, dass sich die genaktivierende Wirkung mit dem Verlust einer der drei Hydroxylgruppen erniedrigt. Dabei wurde der stärkste Wirkungsverlust bei einer Dehydroxylierung am C(4)-Aryl, der schwächste am C(2)-Aryl beobachtet. Für das 1,2-Bis(4-hydroxyphenyl)-4H-indeno[2,3-d]imidazol (144) konnte eine antagonistische Wirkung nachgewiesen werden. Die Genaktivierung bei einer 17 -beta-Estradiol-Konzentration von 10-9 M wurde durch Substanzkonzentrationen von 10-7 \- 10-5 M um rund 50% reduziert. Für alle untersuchten 1H-Imidazole wurde eine minimale Bindungsaffinität zum Estrogenrezeptor beim Test mit Kalbsuterus-Cytosol als Estrogenrezeptorquelle gemessen. Alle 1H-Imidazole wurden einem Cytotoxizitätstest an MCF-7 Zellen unterworfen. Dabei zeigten 4-(2-Chlor-4-hydroxyphenyl)-1,2-bis(4-hydroxyphenyl)-1H-imidazol (117) und 2,4-Bis(2-chlor-4-hydroxyphenyl)-1-(4-hydroxyphenyl)-1H-imidazol (118) in Konzentrationen von 5 &microM; und 10 &microM; ab einer Inkubationszeit von drei Tagen einen antiproliferativen Effekt. Beide Verbindungen hemmten das Wachstum der hormonunabhängigen Mammakarzinomzelllinie MDA-MB 231 und der Leukämiezelllinien LAMA84 und SUP-B15. In den Kulturen von MDA-MB 231, LAMA84 und SUP-B15 Zellen, die mit diesen Verbindungen behandelt worden waren, wurde nach 5-tägiger Inkubation ssDNA nachgewiesen. Ein Apoptose-Test mit Annexin/Propidiumiodid im FACS nach 3-stündiger Inkubation verlief negativ. Für beide Verbindungen wurde die inhibitorische Wirkung an der Cyclooxygenase-1 und -2 bestimmt. In Konzentrationen von 1 &microM;, 10 &microM; und 200 &microM; wurde eine Hemmung der Aktivität der Cyclooxygenase-1 von 0%, 76% bzw. 99% festgestellt. An der Cyclooxygenase-2 wurde eine Hemmung der Enzymaktivität von 6%, 51% und 96% für die Verbindung 118 und von 8%, 31% und 84% für die Verbindung 117 in den gleichen Konzentrationen bestimmt. Das unchlorierte Derivat 115 zeigte dagegen in 10 &microM; nur eine Hemmung von 19% an der Cyclooxygenase-1 und von 17% an der Cyclooxygenase-2.

Ortho-halogenated derivatives (15b, 15c, 156, 157) of meso-4,5-bis(4-hydroxyphenyl)-2-imidazoline (15a) are well known ligands for the estrogen receptor. One intention of this thesis was to investigate the influence of C(2)-substituents on the ER-activation. Therefore the gene activation were determined on the mammary carcinoma MCF-7 2a cells of meso-2,4,5-triaryl-2-imidazolines 47a \- 47d. The 2-imidazolines 47a \- 47d showed neither estrogenic or anti-estrogenic nor cytotoxic activity against ER-positiv MCF-7 cells. An other aim of this thesis was the study of the influence of alkyl and aryl substituents in 1,2-bis(4-hydroxyphenyl)-1H- imidazole (155) at C(4) and C(5) on the gene activation, according to recent publications which described triaryl hetero-aromatics as potent ligands for the estrogen receptor with partly a high selectivity for one subtype. Effects of para-hydroxylation and ortho-halogenation in the aryls were identified. The strongest gene activation was observed for the 1,2,4-tris(4-hydroxyphenyl)-5 -methyl-1H-imidazole (119), the 5-ethyl-1,2,4-tris(4-hydroxyphenyl)-1H- imidazole (123) and the 1,2,4-tris(4-hydroxyphenyl)-5-phenyl-1H-imidazole (127). The estrogenic activity increased from the phenyl over the methyl up to the ethyl substituent at C(4). The activity at the estrogen receptor was decreased by compounds bearing chlorine substituents in the aromatic rings at C(2) and C(4). It could be demonstrated, that the C(5)-phenol derivative of imidazole 127 had no agonistic activity. Contrary to this observation the partial de-hydroxylation of 123 reduced the agonistic potency. The analogous imidazole with a phenyl ring at N(1) was less active then the compound with a phenyl substituent at C(2). No activity was achieved by de-hydroxylation at C(4)-aryl. In this SAR study 1,2-bis(4-hydroxyphenyl)-4H- indeno[2,3-d]imidazole (144) was identified as an anti-estrogenic imidazole derivative. It reduced the gene activation of 17-beta-estradiol in 10-9 M of about 50% in concentrations from 10-7 to 10-5 M. For all 1H-imidazoles a minimal receptor binding affinity was observed by using calf uterus-cytosol as estrogen receptor source. The cytotoxic activities of imidazoles were evaluated on ER-positiv MCF-7 cells. Only the treatment with the 4-(2-chloro-4-hydroxyphenyl)-1,2-bis(4-hydroxyphenyl)-1H-imidazole (117) or the 2,4-bis(2-chloro-4-hydroxyphenyl)-1-(4-hydroxyphenyl)-1H-imidazole (118) in concentrations of 5 &microM; and 10 &microM; resulted in growth inhibition after three days of application. Compounds 117 and 118 inhibited the growth of ER-negative MDA-MB 231 and leukemia LAMA84 und SUP-B15 cells as well. Increase of single-stranded DNA in the cells as an indicator of apoptosis was detected after an incubation time of 5 days. As expected no apoptotic cells were shown after three hours treatment in an assay with annexine/propidiumiodide. Both 117 and 118 shown inhibitory activity on cyclooxygenase-1 und -2 enzymes. In concentrations of 1 &microM;, 10 &microM; and 200 &microM; a Cox-1-inhibition of 0%, 76% and 99% was determined, respectively. Cyclooxygenase-2 was inhibited of about 6%, 51% and 96% by imidazole 118 and of 8%, 31% and 84% by 117 in the same concentrations. The non-chlorinated analog 115 mediated at 10 &microM; only a minimal inhibition of cyclooxygenase-1 (19%) and cyclooxygenase-2 (17%). A distinct structure-activity relationship was made evident by this experiments. This thesis describes facile and practical syntheses of a series of imidazoles. A number of targeted compounds shown estrogenic and anti-estrogenic activity. Chlorinated non-estrogenic imidazoles of this series were also potent growth inhibitors of various cancer cell lines. In addition these imidazoles inhibited both isoforms of cycloxygenase.