Sintesi totale della Rapamicina

Rapamycin, also known as Sirolimus or Rapamune, is a macrocyclic lipophilic lactone with molecular formula C51H79NO13 which was isolated for the first time in 1975 by a strain of Streptomyces hygroscopicus. The first activity observed was an antifugal activity, but some different experiments have also shown a tumor activity related to this drug. Later its lymphopenic properties have shown its role as the most important immunosuppressant. In its mechanism of action, the key of the process is the bond between the molecule of Rapamycin and the binding protein FKBP12. The complex FKBP12-Rapa can bond another protein known as « targets of Rapamycin » (TOR), through its demain FRB. This event consequentely inhibits DNA and proteins synthesis resulting in the arrest of cell cycle in G1 phase, before phase S could start, in various cell types. In 2009, a study shown that Rapamycin actually partially inhibits the complex mTOR1. In vitro and in vivo, Rapamycin and another immunosoppressant, Cyclosporine (CsA) act synergistically in the inhibition of T and B-cell proliferation, while with the immunosuppressant Tacrolimus (TAC), in vitro, in 50 to 1000 molar excess are reciprocal antagonists. Instead, in vivo, the combination of both drugs was reported to be synergistic. It is possible to confer a Rapamycin resistance through mutations in FKBP12 that prevent the formation of FKBP12-Rapamycin complex, or mutations in the FRB domain of mTOR that block the binding of the activated complex. In literature different total synthesis were published for Rapamycin and among the most important ones we mention: the first total synthesis which was published by Nicolaou's group (1993) in which the key of the process is the Stille-coupling reaction between a functionalised acylic precursor and a enedistannane, following by the total synthesis of Schreiber (1993) and the total synthesis of Danishefsky (1993). In the synthesis proposed by Schreiber, Rapamycin is obtained with the Mukaiyama's macrocyclisation of an amino acid precursor while in the synthesis proposed by Danishefsky Rapamycin is synthesized through an aldolic intramolecular reaction of an acylic keto aldehyde. In 1995, Smith's group of research proposed a new method of synthesis characterized by a intermolecular acylation between a vinyl iodide and a carbossilic acid following by a intramolecular Stille coupling. In 2007 Maddess' group pubblished a new method of total synthesis in which they proposed to obtain Rapamycin using a typical Stille reaction between a vynil stannane and a lactone following by a transannular catechol-templated Dieckmann-like reaction. Finally in 2009 Ley's group proposed a new synthetic approach in which the molecule of Rapamycin is synthesized by Dieckmann-like reaction using functionalized macrocycle and also in this cause exploiting the basic structure of cathecol.

La Rapamicina, nota anche come Sirolimus o Rapamune, è un lattone macrociclico lipofilo, con formula minima C51H79NO13 isolata per la prima volta nel 1975 dalla coltura di un ceppo di Streptomyces hygroscopicus. La prima attività osservata è stata quella antimicotica, ma diversi esperimenti hanno dimostrato anche un'azione antitumorale correlata a tale farmaco. Successivamente le sue proprietà linfopeniche hanno portato alla luce il suo ruolo come uno dei più importanti immunosoppressori. Nel suo meccanismo di azione il punto chiave del processo risulta essere il legame della molecola Rapamicina con la proteina di legame FKBP12. Il complesso FKBP12-Rapa è in grado di legare un'altra proteina nota come “target della Rapamicina” (TOR), attraverso il suo dominio FRB, con conseguente inibizione della sintesi del DNA e delle proteine portando all'arresto del ciclo cellulare durante la fase tardiva G1, prima che possa avere inizio la fase S in diversi tipi di cellule. Uno studio del 2009, ha rivelato che la Rapamicina in realtà inibisce solo parzialmente il complesso mTOR1. In vitro e in vivo la Rapamicina e un altro immunosoppressore, la Ciclosporina (CsA) agiscono sinergicamente nell'inibizione della proliferazione delle cellule B e T, mentre con l'immunosoppressore tacrolimus (TAC), in vitro, risulta essere un antagonista reciproco se si lavora in un eccesso molare da 50 a 1000, mentre in vivo la combinazione dei due farmaci è sinergica. È possibile sviluppare una resistenza alla Rapamicina attraverso delle mutazioni della proteina FKBP12 in modo tale da prevenire la formazione del complesso FKBP12-Rapa, oppure attraverso delle mutazioni nel dominio FRB di mTOR bloccando così il legame con il complesso attivo. In letteratura numerose sono state le sintesi totali pubblicate per la Rapamicina e tra le più importanti ricordiamo: la prima sintesi totale pubblicata dal gruppo di Nicolaou (1993) in cui passaggio chiave è l'accoppiamento di Stille tra un precursore acilico funzionalizzato e un enedistannano, seguita dalla sintesi totale di Schreiber (1993) e di Danishefsky (1993). Nella sintesi proposta da Schreiber la Rapamicina si ottiene tramite una macrociclizzazione di Mukaiyama di un precursore amminoacidico, mentre in quella di Danishefsky si sintetizza attraverso una reazione aldolica intramolecolare di un substrato acilico cheto aldeidico. Nel 1995 il gruppo di ricerca di Smith propose una nuova metodologia sintetica caratterizzata da un'acilazione intermolecolare tra uno ioduro vinilico e un acido carbossilico seguita da una reazione di Stille intramolecolare. Nel 2007 il gruppo di Maddess pubblicò un nuovo metodo di sintesi totale in cui proposero di ottenere la Rapamicina attraverso un accoppiamento di Stille tra un vinilstannano e un lattone seguito da una reazione transanullare simile alla reazione di Dieckmann utilizzando come struttura base il catecolo. Nel 2009 il gruppo di Ley infine propose un nuovo approccio sintetico che permetteva di ottenere la molecola attraverso una reazione simile alla condensazione di Dieckmann utilizzando un macrociclo funzionalizzato e sfruttando, anche in questo caso, la struttura base del catecolo.