Synthese und pharmakologische Untersuchung neuer Triaryl-1H-pyrrole mit estrogenen, zytotoxischen und COX-inhibitorischen Eigenschaften

Abstract

Für eine Reihe triarylierter Fünfringsysteme wurden in der Vergangenheit hohe Bindungs-affinitäten mit zum Teil deutlicher Subtypselektivtät zu ERα nachgewiesen. Diese Eigenschaften variierten jedoch erheblich in Abhängigkeit von der Art des heterozykli-schen Ringsystems sowie der Stellung der Substituenten. Eine besonders deutliche Wirkminderung konnte beim Austausch eines Pyrazols gegen ein Imidazolringsystem beobachtet werden. Um die Abhängigkeit der estrogenen Eigenschaften sowohl von der Anzahl als auch von der Substitution der Heteroatome näher zu untersuchen, wurden deshalb ausgehend vom hochaffinen 4-Ethyl-1,3,5-tris(4-hydroxyphenyl)-1H-pyrazol verschieden substituierte 2,4,5-Triaryl-1H-pyrrole (Typ 1) sowie 1,3,5 -Triaryl-1H-pyrrole (Typ 2) entwickelt, die sich durch ein sehr interessantes Wirkspektrum auszeichnen. In Abhängigkeit von der Art und Stellung der Substituenten konnten estrogene, zytotoxische oder COX-inhibitorische Wirkungen beobachtet werden. Bei beiden Substitutionstypen wurde der Einfluss von Alkyl- und Arylsubstituenten in den Positionen C-2 bzw. C-3 sowie von para-Hydroxygruppen und ortho- bzw. para-Chlorsubstituenten an den Aromaten analysiert. Bei der Untersuchung der Estrogenität im Luciferaseassay an MCF-7 -2a-Zellen erwiesen sich die alkylierten 1,3,5-Triaryl-1H-pyrrole, die eine höhere Lipophilie aufweisen als ihre 2,4,5-triarylsubstituierten Analoga, als deutlich aktiver. Während die aktivsten Typ-2-Pyrrole 2-Ethyl-1,3,5-tris(4-hydroxyphenyl)-1H-pyrrol (152, 2.5 10-8 M) und 2-Isobutyl-1,3,5-tris(4-hydroxyphenyl)-1H-pyrrol (166, 1.7 10-8 M) zu einer 100%igen Genaktivierung führten, konnte bei Typ-1-Pyrrolen ein partiell agonistisches Wirkprofil beobachtet werden. Das Fehlen der para-Hydroxygruppe an Aromat C (Typ 1: C-2-Phenyl, Typ 2: C-5-Phenyl) bewirkte einen vollständigen Verlust der estrogenen Potenz, wobei der Verlust der para- Hydroxygruppe eines anderen Aromaten die estrogene Wirkung weniger verminderte. Bei Typ-1-Verbindungen war der genaktivierende Effekt von 2,5-Bis(4-hydroxyphenyl)-1H-pyrrolen geringer als von analogen 2,4-Bis(4-hydroxyphenyl)-derivaten. Dies kann auf einen ungünstigen Einfluss des unarylierten Stickstoffs in der Bindungsebene zurückge-führt werden. Deshalb kann vermutet werden, dass eine Lipophilieerhöhung am Hetero-zyklus mit einer stärkeren Estrogenität verbunden ist. Im kompetitiven Bindungsassay waren die Verbindungen kaum in der Lage, [3H]-E2 aus der Bindungstasche zu verdrän-gen. Die ermittelten sehr geringen Rezeptorbindungsaffinitäten korrelierten nicht mit den estrogenen Eigenschaften. Die Pyrrole zeigten eine E2-artige down-Regulierung des Estrogenrezeptors, die in engem Zusammenhang mit den estrogenen Eigenschaften der Verbindungen stand. Ähnlich wie bei E2 konnte dieser Effekt durch Zugabe des Protea-someninhibitors MG 132 gehemmt werden. Dabei könnten Verbindungen mit einem starken ER-down-regulatorischen Effekt bei vergleichsweise geringer estrogener Potenz für die Entwicklung neuer Antitumormittel für ER-positive Tumore interessant sein. Während die Einführung chlorsubstituierter Aromaten zur Verminderung oder zum Verlust der estrogenen Wirkung führte, besaßen chlorhaltige Verbindungen sowohl an hormon- abhängigen MCF-7- als auch an hormonunabhängigen MDA-MB-231-Brustkrebszellen antiproliferative Effekte. Dabei übten die chlorierten 1,3,5-Triarylverbindungen einen deutlich geringeren Hemmeffekt aus als die untersuchten 2,4,5-triarylierten Derivate, deren Wirkung meist nach 50 h eintrat. Es zeigte sich, dass para-Chlorsubstituenten das Zellwachstum stärker hemmten als ortho-chlorierte Derivate. Ein kombiniertes zytotoxisches und estrogenes Wirkprofil wurde für 3-(2-Chlor-4-hydroxyphenyl)-2-isobutyl-1,5-bis(4-hydroxyphenyl)-1H-pyrrol (170) sowie 2-(4-Chlor-2-hydroxyphenyl)-4,5-bis(4-hydroxyphenyl)-3-propyl-1H- pyrrol (97) gezeigt, welche Leitverbindungen für die Entwick-lung bifunktioneller Wirkstoffe darstellen könnten. Verbindung 97 übte einen starken Hemmeffekt sowohl auf MCF-7- (IC50: 8.1 µM) als auch an MDA- MB-231-Zellen (IC50: 6.5 µM) aus, erreichte sein Wirkmaximum jedoch erst nach 117 h (MDA-MB-231-Zellen) bzw. 165 h (MCF-7-Zellen). Ausgeprägte zytotoxische Eigenschaften wurden auch bei 2,3,4,5-tetraarylierten Pyrrolen beobachtet, die keine Chlorsubstituenten enthielten. Methoxylierte, chlorsubstituierte Derivate erwiesen sich als potente Inhibitoren der Cyclooxygenase-1 und -2. Im thrombozytenbasierten Ganzzellassay hemmte die potenteste Verbindung 2,5-Bis(2-chlor-4-methoxyphenyl)-3-(4-methoxphenyl)-1H-pyrrol (58) die COX-1 mit einem IC50-Wert von 20 nM, der vergleichbar mit dem Hemmeffekt bekannter NSAIDs wie z. B. Indometacin (IC50: 30 nM) war. Bei alkylhomologen 1,3,5-Triarylderivaten konnte eine deutliche Wirkabnahme mit zunehmender Kettenlänge beobachtet werden. Auch die analogen Hydroxyderivate führten zu einer COX-Hemmung, jedoch waren sie deutlich schwächer wirksam.

In recent years, a variety of alkylated triarylated five-membered compounds were established as synthetical estrogens with high binding affinities primarily to ERα. However, these properties were dependent on the heterocyclic core and its substitution pattern. As alkylated pyrazoles showed to be very affine to ERα, the imidazoles reduced the binding affinity. The aim of this thesis was to investigate the influence of different number and position of the nitrogen of the core ring on the estrogenic properties. Based on highly affinic 4-ethyl-1,3,5-tris(4-hydroxyphenyl)-1H-pyrazole, two types of triarylated pyrrols - 2,4,5-triaryl-1H-pyrroles (type 1) and 1,3,5-triaryl-1H- pyrroles (type 2) - were synthesized, which are characterized by an interesting pharmacological profile. Dependent on their substitution pattern, the pyrroles showed to have estrogenic, cytotoxic or COX-inhibitory properties. To investigate the influence of alkyl chains on estrogenicity we synthesized pyrroles of both types with alkyl or phenyl groups in C-3 and C-2 respectively. Furthermore, we analyzed the effects of para-hydroxylation and ortho- and para-chlorination. Remarkably, the more lipophilic alkylated 1,3,5 -triaryl-1H-pyrroles showed higher activity in the luciferase transactivation assay, using MCF-7 2a cells, than their 2,4,5-triarylated analogs. As the most potent type-2 compounds 2-ethyl-1,3,5-tris(4-hydroxyphenyl)-1H-pyrrole (152, 2.5 10-8 M) and 2-isobutyl-1,3,5-tris(4-hydroxypheny)-1H-pyrrole (166, 1.7 10-8 M) led to 100% gene activation (full agonism), the type-1 pyrroles acted as partial agonists activating the transcription less than 100%. The loss of the para-hydroxyl group at the phenyl ring on C-3 and C-2 respectively always led to a loss of estrogenic charac-ter, while the absence of an other para-hydroxyl group resulted in a marginal decrease of the estrogenic effect. Only the 2,5-bis(4-hydroxyphenyl)-1H-pyrroles activated the gene transcription markedly less than corresponding 2,4-bis(4-hydroxyphenyl)-1H-pyrroles. A possible explanation for the lower activity might be the negative role of the unarylated nitrogen with hydrogen donor properties in the ligand binding site of ER. Hence, we suggest that an increase of lipophilicity of the core ring leads to higher estrogenicity. To investigate the cause of the estrogenicity, the receptor binding affinity (RBA) was analyzed by displacement of 17ß [3H]estradiol. Independently of the substitution pattern, all compounds showed minimal binding affinity to ER and no correlation between RBA and luciferase data was found. Otherwise the pyrroles lowered the ERα level as strongly as 17ß-estradiol in western blot assay. A close positive relation between the estrogenic- and ER-down-regulatory properties was observed. Further detailed western blot assay, using proteasomal inhibitor MG 132, showed that the ER down-regulatory effect was based on interference of the compounds in the proteasoma pathway. In this context, the establishment of compounds with strong ER down-regulatory properties and marginal estrogenic potency might be interesting lead compounds for the development of new anticancer therapeutics for the treatment of hormone sensitive tumors. As chlorine substitution in ortho- or para-position of phenyl rings at C-5 and C-2 (type 1) and C-3 (type 2) led to decrease or loss of estrogenic character, the cytotoxic properties increased. To investigate the correlation between cytotoxicity and estrogenicity, the cytotoxic activities of the pyrroles were evaluated using ER positive MCF-7- and ER-negative MDA-MB 231 cells respectively. The chlorinated alkylated 1,3,5-triaryl-1H-pyrroles showed a lower growth inhibition than unalkylated 2,4,5-triaryl-1H-pyrroles bearing chlorines. This was mostly observed after 50 h. Para-chlorinated compounds showed to be more active than their ortho-chlorinated analogs. The most potent com-pounds 3-(2-chloro-2-hydroxyphenyl)-2-isobutyl-1,5-bis(4-hydroxyphenyl-1H-pyrrole (168) and 2-(4-chloro-2-hydroxyphenyl)-4,5-bis(4-hydroxyphenyl-3-propyl-1H- pyrrole (97) showed combination of cytotoxic and estrogenic properties and might act as lead compounds of bifunctional drugs. In a concentration of 10 µM 97 showed its maximal growth inhibition after 117 h (MDA-MB 231 cells) and 165 h (MCF-7 cells) respectively. Furthermore, 2,3,4,5-tetra arylated pyrrols showed to be potent growth inhibitors in both cell lines, although the lack of chlorines. In addition, methoxylated chlorinated derivatives turned out to be potent inhibitors of cyclooxygenase-1 and 2. In the thrombocyte-based COX-1 assay the most active compound 2,5-bis(2-chloro-4-methoxyphenyl)-3-(4-methoxyphenyl)-1H-pyrrole (58) led to an IC50 value of 20 nM COX-1 as strong as well known NSAIDs like indomethacine (IC50: 30 nM). The increase of the alkyl chain length of 1,3,5-triarylated pyrroles led to a decrease of COX-inhibitory activity. Also the analogous hydroxylated compounds inhibited the COX-1 and COX-2, but they were less potent.