Untersuchungen zur Struktur-Wirkungs-Beziehung an G1, dem ersten selektiven GPR30 Agonisten

Abstract

Die Entdeckung des ersten selektiven GPR30 Agonisten G1 lieferte die Anregung für weitere Forschung auf dem Gebiet der Estrogene und ihrer Rezeptoren. Mit der Entwicklung neuer Verbindungen, die ebenfalls selektiv an den GPR30 binden, diesen aktivieren oder auch blockieren, wird die Grundlage geschaffen, die Rolle dieses Rezeptors in vivo besser zu verstehen, sowie seinen Einfluss auf das Tumorgeschehen weiter aufzuklären. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit ist es gelungen zahlreiche neue Verbindungen zu synthetisieren, die sich strukturell vom G1 ableiten. Dessen Grundgerüst, ein Tetrahydrocyclopentachinolin, lässt sich in einer Dreikomponenten-Diels-Alder Reaktion mit inversem Elektronenbedarf herstellen. Der G1 wird aus folgenden drei Molekülbausteinen synthetisiert: 6 Brompiperonal, 4 Aminoacetophenon und Cyclopentadien als Dienophil. Die durch Variation dieser drei Komponenten erhaltenen neuen Verbindungen wurden spektroskopisch und klassisch analytisch strukturell identifiziert. Anschließend erfolgte die Untersuchung ihres zytotoxischen Verhaltens im Vergleich zu G1. Getestet wurde an hormonabhängigen MCF-7- und hormonunabhängigen MDA-MB-231 Zellen, sowie an der Osteosarkomzelllinie U2OS. Es stellte sich heraus, dass der G1 an allen drei Zelllinien ausgeprägte zytotoxische Eigenschaften aufweist. Untersuchungen zur Struktur-Wirkungs-Beziehung auf zellulärer Ebene könnten daher Probleme bereiten. Aufgrund dessen wurde versucht, durch möglichst geringe Strukturveränderungen des Moleküls, die Zytotoxizität zu mindern. Gelungen ist dies u.a. durch Öffnung des Dioxolanringes, sowie durch Entfernung des Bromsubstituenten im G1, als auch durch Entfernung der Ethanongruppe, was zum ersten schon bekannten selektiven GPR30 Antagonisten G15 führt. In diesen Fällen ist die Zytotoxizität schon auf ein zehntel bis ein zwanzigstel verringert. Die Strukturähnlichkeit des G1 zu Estron führte zu der Überlegung Verbindungen sowohl in Anlehnung an Estron als auch an Estradiol zu synthetisieren. Die auf dieser Grundlage synthetisierten neuen Substanzen wurden anschließend auf ihre Zytotoxizität und zusätzlich auf ihre estrogene Potenz an ERα und ERβ untersucht. Hierfür wurde ein im Arbeitskreis um Prof. Gust bereits etablierter Transaktivierungsassay verwendet. Die Estrogenität wird hierbei in Form einer Luciferaseaktivierung bestimmt. Die estron- und estradiolähnlichen Verbindungen zeigten im Vergleich zu G1 sehr viel geringere zytotoxische Eigenschaften und zusätzlich eine Affinität zu den intrazellulären Rezeptoren ERα und ERβ mit intrisischen Aktivitäten zwischen 58 und 108 % verglichen mit Estradiol (IA = 100 %). In den meisten Fällen führte eine Halogensubstitution zu einer Abnahme der estrogenen Potenz. Da momentan noch kein GPR30 Testsystem zur Verfügung steht, konnten die neuen Verbindungen noch nicht auf ihre Affinität zum GPR30 untersucht werden. Dies bietet einen Ansatzpunkt für weiterführende Forschung auf diesem Gebiet.

The discovery of the first GPR30 agonist G1 motivates for further research on estrogens and their receptors. New compounds which selectively bind to GPR30 either as agonists or antagonists would help to characterize the in vivo function of this receptor and clarify his contribution on tumor formation and progression. Within this work several new compounds, structurally related to G1, were synthesized. Its scaffold, a cyclopentatetrahydrochinoline, is obtained in a three component Diels-Alder-reaction with inverse electron demand. To get G1, 6 bromopiperonal was reacted with 4 aminoacetophenon and cyclopentadien as dienophil. Variation of these components led to numerous new compounds which were spectroscopically characterized especially by NMR spectroscopy with its two-dimensional technics NOE and COSY. Their cytotoxic effects were investigated on hormone-dependent MCF-7 cells, hormone- independent MDA-MB-231 cells and the sarcoma cell line U2OS. Interestingly, G1 showed high growth inhibitory properties in all three cell lines, which we tried to reduce by structural modifications. Thus opening of the dioxolanring, removing of the bromine substituent or removing the ethanon group led to compounds with 10 to 20 fold less antiproliferative potency which allow the determination with GPR 30 in cellular systems. The structural relation of G1 to estron induced us to design compounds with similarity to steroidal estrogens. These novel compounds were tested for cytotoxic effects as well as estrogenic potency on ERα and ERβ in an established luciferase transactivation assay. All these compounds, structurally related to estron and estradiol, showed less cytotoxicity than G1 and affinity for the intracellular estrogen receptors ERα and ERβ. The intrinsic activities ranged between 58 and 108 % compared to estradiol. In most cases a halogen substitution led to a decreased estrogenicity. To complete this structure activity study it is necessary to study the interaction of G1 analogues to GPR 30. These investigations are in progress and will give more insight into the mode of action.