Synthesis and Biological Investigation of Organometallic 3,4-Diarylalkenyne and 1,1,2-Triarylalkene Derivatives as Poten-tial New Leads in Tumor Therapy

Abstract

In this work synthesis, structural characterization and biological evaluation of the activity of organometallic compounds were conducted. Starting from the idea to tether a metal cluster to estrogen receptor ligands, thereby achieving a targeting of the ER and combining estrogenic/antiestrogenic and cytotoxic properties. Furthermore, the choice of the metal enables us to expand their applications on other biological targets. Two series of compounds, analogues of diethylstilbestrol (3,4-diarylalkenyne) and analogues of tamoxifen (1,1,2-triarylethylene) were investi-gated (Fig.1). Their scaffolds were obtained in three main steps, followed by addition of an appropriate metal cluster. Since the compounds can adopt a (Z-) or (E-) con-figuration, they were characterized by 1H-NMR spectroscopy, especially with 1H-NMR NOE experiments. The presence of the metal was detected by EI or ESI mass spectroscopy experiments. The cytotoxicity was investigated on hormone- dependent MCF-7 cells and hormone-independent MDA-MB-231 cells. The co-balt complexes of the 3,4-diarylalkenyne series showed strong antiproliferative properties (IC50 values less than 5 µM) on both cell lines and were tested in a time- and concentration-dependent cytotoxicity assay. However, these com- pounds did not show any estrogenic potency on ERα and ERβ in an established luciferase assay, and no structure-activity relationship has been found. The 1,1,2-triarylalkene compounds described in the second series are analogues of tamoxifen, in which the key amino side-chain has been replaced by a lipophilic and stable organometallic entity. On the one hand, the introduction of a cobalt cluster to the structure via triple bond led to molecules which display estrogenic properties, but also a loss of antiproliferative activity. On the other hand, the compounds were successfully labeled by a double bond exchange with Zeise’s salt, which has been identified as a COX enzymes inhibitor in this group. The Zeise’s complexes present high inhibition activity. The high COX inhibition and the lack of ability to antagonize the effects of estradiol (E2) made an antiestrogenic mode of action unlikely. Investigations to gain insight into the enzyme inhibitory properties as well as an enlarged structure activity relationship should be conducted in the future and will give us the opportunity to explain the mode of action more precisely.

In der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene Organometallverbindungen synthetisiert, chemisch charakterisiert und auf ihre pharmakologischen Eigenschaften untersucht. Ausgehend von der Idee, durch die Verbindung einer metallorganischen Gruppe mit einen Estrogenrezeptorliganden ein sogenanntes drug targeting zu erreichen, sollten Verbindungen mit sowohl cytotoxischen als auch estrogenen oder antiestrogenen Eigenschaften erhalten werden. Zusätzlich sollte durch die Verwendung unterschiedlicher Metalle untersucht werden, ob auch eine Aktivität an anderen biologischen Zielstrukturen erreicht werden kann. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei verschiedene Verbindungsklassen untersucht, zum einen Analoga von Diethylstilbestrol (3,4-Diarylalkenyne) und zum anderen Analoga von Tamoxifen (1,1,2-Triarylethylene) (Abb. 1). In drei Syntheseschritten wurde jeweils zunächst die Grundstruktur erhal-ten und im darauffolgenden vierten Schritt die metallorganische Gruppe einge-führt. Die auf diesem Weg synthetisierten Verbindungen in (Z)- oder (E)-Konfiguration wurden durch 1H-NMR NOE Untersuchungen charakterisiert. Das erfolgreiche Einführen der Metallgruppe wurde durch EI oder ESI Massenspektrometrie bestätigt. Die Cytotoxizität der synthetisierten Verbindungen wurde sowohl an hor-monabhängigen MCF-7 als auch an hormonunabhängigen MDA-MB-231 Zellen untersucht. Die Cobaltkomplexe der 3,4-Diarylalkenyne zeigten dabei in beiden verwendeten Zell-Linien starke antiproliferative Effekte (IC50 Werte unterhalb von 5 µM) und wurden daher zusätzlich in einem zeit- und konzentrationsabhängigen Cytotoxizitätstest untersucht. Die Verbindungen zeigten jedoch weder an ERα noch an ERβ estrogene Effekte. Für diese Verbindungen konnten keine Struktur-Wirkungsbeziehungen abgeleitet werden. Bei der zweiten untersuchten Strukturklasse, den 1,1,2-Triarylalkenen, wurde die basische Seitenkette durch eine lipophile stabile organometallische Gruppe substituiert. Diese Funktionalisierung führte zu Verbindungen mit estrogenen Eigenschaften, allerdings unter Verlust der antiproliferativen Aktivität. Desweiteren wurden die Verbindungen erfolgreich mit dem Zeisesalz substituiert, welches in dieser Arbeitsgruppe bereits als COX-Inhibitor identifiziert werden konnte. Die Zeisesalz-Komplexe der im Rahmen dieser Arbeit synthetisierten Verbindungen zeigten ausgezeichnete COX-Inhibierung, welche in Verbindung mit der fehlenden antiestrogenen Wirkung einen cytotoxischen Effekt über das Estrogenrezeptorsystem als sehr unwahrscheinlich erscheinen lassen. Die Frage, ob die Verbindungen über die COX-Hemmung cytotoxisch wir-ken, sollte Gegenstand einer größeren Struktur-Wirkungsstudie sein. Durch diese Untersuchungen kann auch eine eventuelle Tumorselektivität näher erforscht werden.