Synthese, pharmakologische Testung und Stabilitätsuntersuchungen substituierter Triarylpyrrole mit estrogenen und cytotoxischen Eigenschaften

Abstract

Es konnten bereits für einige arylierte Heteroaromaten estrogene Eigenschaften nachgewiesen werden. Teilweise bestand auch starke Estrogenrezeptor α (ERα)-Subtypselektivität. Bestimmte Pyrazole zeigten eine hohe Rezeptorbindungsaffinität (RBA) und eine große Wirkpotenz. Im Gegensatz dazu nahm die RBA drastisch ab, wenn der Pyrazol- durch einen Imidazolheterocyclus ausgetauscht wurde. Durch Synthese und Testung von Pyrrolen sollten die Gründe für diesen Unterschied beleuchtet werden. In der vorliegenden Arbeit wurden 1-Alkyl-2,3,5-Triarylpyrrole (Typ A) und 3-Alkyl-1,2,4- triarylpyrrole (Typ B) synthetisiert. Die Synthese der Typ A-Pyrrole erfolgte aus den entsprechenden substituierten 1,4-Diketonen und einem primären Amin in einer Paal-Knorr- Pyrrolsynthese, während die Darstellung der analogen Typ B-Pyrrole aus den jeweiligen substituierten 1,3-Diketonen und 2-Amino-Diethylmalonsäureester mit einer Fischer-Fink-Pyrrolsynthese stattfand. Durch Variation des Substitutionsmusters konnten jeweils estrogene und cytotoxische Effekte der Verbindungen beobachtet werden. Die Verbindungen wurden an MCF-7/2a-Zellen auf Estrogenität getestet. Eine Testung auf zellwachstumshemmende Eigenschaften fand an MCF-7- und MDA-MB-231-Zellen statt. Nichtalkylierte Triarylpyrrole wirken nicht estrogen. Bei Alkylsubstitution ist die Reihenfolge der estrogenen Potenz Met< Et=Prop>i-Bu>i-Pent. Das potenteste Triarylpyrrol in Bezug auf estrogene Eigenschaften ist 51 (Typ A, Propylrest, zwei Fluor in ortho-Position der Aromaten) mit einer halbmaximalen Wirkkonzentration (EC50) von 30 nmol/L. Generell sind Typ A-Pyrrole potenter als Typ B-Pyrrole. Allerdings erreichen erstere nicht die volle intrinsische Aktivität (IA), während dies bei Typ B-Pyrrolen der Fall ist. Durch Substitution mit Fluor in ortho-Position der Aromaten kann die IA von Typ A-Pyrrolen ebenfalls 100 % erreichen. Eine Substitution mit Chlor ist nicht vorteilhaft: Wird ein Typ A-Pyrrol mit Chlor in dem Aromaten substituiert, welcher vermutlich den A-Ring des Estradiol (E2) imitiert, wird die estrogene Wirkung völlig aufgehoben. Mit einer halbmaximalen Hemmkonzentration des Zellwachstums (IC50) von 3,9 μmol/L an MCF-7- Zellen handelt es sich bei 33 (Typ A, Propylrest, zwei Fluor in ortho-Position der Aromaten, Methoxygruppen in para-Position der Aromaten) um das cytotoxischste Triarylpyrrol. Die Cytotoxizität korreliert nicht mit der Lipophilie (laut HPLC) der Verbindungen. Durch Fluorierung oder Chlorierung der Aromaten kann die Cytotoxizität erhöht werden. Den gleichen Effekt hat eine weitere Alkylierung der Alkyl-Triarylpyrrole. Eine Kombination von Estrogenität und Cytotoxizität wurde bei 51 erreicht (IC50: 8,0 μmol/L; EC50: 30 nmol/L). Diese war erwünscht, um durch eine Art drug targeting zu erreichen, dass sich ER positive Krebszellen bevorzugt mit den Verbindungen anreichern. Letztere könnten dann hauptsächlich dort cytotoxisch wirken. Im Gegensatz zu sehr ähnlichen Strukturen, bei denen sich lediglich der Stickstoff an einer anderen Position im Pyrrolring befand, wiesen die Verbindungen keine Hemmung der Cyclooxygenase auf. In Stabilitätstests mittels HPLC konnte herausgefunden werden, dass einige Triarylpyrrole instabil gegenüber Luftsauerstoff sind. Es handelt sich hierbei zum einen um Typ B-Pyrrole mit einem und zwei Alkylresten, zum anderen um die Typ A-Pyrrole mit zwei Alkylresten. Daher wurden nur Typ A-Pyrrole mit einem Alkylrest weiterentwickelt. Die in der vorliegenden Arbeit vorgestellten Triarylpyrrole könnten Leitstrukturen für ERα-selektive, cytotoxische Verbindungen sein. Sie könnten in der Behandlung von hormonabhängigen Mammacarcinomen Anwendung finden.

Several substituted heteroaromatic compounds display estrogenic properties and some of them with estrogen receptor α (ERα) subtype selectivity. Especially, substituted pyrazoles show a high relative binding affinity (RBA) and a strong potency. Both decrease dramatically if the pyrazole core is replaced by an imidazole. In order to study the influence of the nitrogen psotion and the number of heteroatoms, two series of substituted triarylpyrroles, which of course only bear one nitrogen, were synthesized and tested for estrogenic activity. The synthesis of 1-alkyl-2,3,5-triarylpyrroles (type A) was carried out using the corresponding substituted 1,4-diketones and a primary amine in a Paal-Knorr pyrrole synthesis, whereas the analogue 3-alkyl-1,2,4-triarylpyrroles (type B) were obtained by reacting the respective substituted 1,3-diketones with 2-amino diethyl malonic acid ester in a Fischer-Fink pyrrole synthesis. The testing of estrogenic activity was performed using MCF-7/2a cells, whereas cell growth inhibiting properties were determined in MCF-7 and MDA-MB-231 cells. Depending on the substitution pattern, the compounds showed estrogenic and cytotoxic effects. Triarylpyrroles without alkyl substituent did not display any estrogenic properties. If the pyrrole ring is substituted with an alkyl residue, the order of estrogenic potency was R = Met < Et = Prop > i-Bu > i-Pent. The most potent triarylpyrrole was compound 51 (type A, propyl residue, fluorine in orthoposition of two aryl residues), exhibiting a half maximal effective concentration (EC50) of 30 nmol/L. In general, type A-pyrroles were more potent than type B-pyrroles. However, type A-pyrroles did not reach full intrinsic activity (IA). By substituting the aryl residues with fluorine in the ortho positions, the IA of type A-pyrroles reached 100%. By contrast, if a type A-pyrrole is substituted with chlorine in the ortho position of the aryl residue which presumably mimics the A-ring of estradiol (E2), the estrogenic effect is completely abolished. The most cytotoxic triarylpyrrole, compound 33 (type A, propyl residue, fluorine in ortho position of two aryl residues, methoxy groups in para position of the aryl residues), showed a half maximal inhibitory concentration of cell growth (IC50) of 3.9 μmol/L determined in the MCF-7 cell line. By fluorination or chlorination of the aryl residues, the cytotoxicity was increased. The same effect was achieved by further alkylation of the monoalkyl triarylpyrroles. Not all of those substances exhibited higher cytotoxicity, so this rise could not be entirely explained by an increase in lipophilicity (according to HPLC studies). In this work, it was desired to obtain compounds that accumulate mainly in ER positive breast cancer cells and exert their cytotoxic effects mainly there (drug targeting). This combination of cytotoxicity and estrogenic activity was observed with compound 51 (IC50: 8.0 μmol/L, EC50: 30 nmol/L). In contrast to very similar structures, which only bear the nitrogen in a different position of the pyrrole ring, the compounds showed no inhibition of cyclooxygenase. In stability tests using HPLC the type B-pyrroles with one and two alkyl residues, and type A pyrroles with two alkyl residues were found to be unstable towards oxygen. Therefore, only type A pyrroles with one alkyl residue were developed further. The compounds presented in this work could be lead structures for ERα-selective, cytotoxic compounds useful in the treatment of hormone dependent breast cancer.