Modulazione della struttura 2-idrossipirazolo[1,5-a]piridina dell'inibitore dell'enzima umano Diidroorotato Deidrogenasi (hDHODH) capace di indurre differenziazione mieloide.

Dihydroorotate dehydrogenases (DHODH) is a mitochondrial enzyme involved in the fourth step of the de novo pyrimidine biosynthesis, where catalyzes the transformation of dihydroorotate to orotate using flavin mononucleotide and ubiquinone as cofactors. Pyrimidines are essential in the biosynthesis of DNA and RNA and thus are crucial in cell proliferation and metabolism. Targeting human DHODH (hDHODH) has proved to be clinically useful in treating autoimmune diseases such as rheumatoid arthritis, psoriasis and multiple sclerosis.[1] At the end of 2016, Sykes et al [2] demonstrated a connection between hDHODH and acute myeloid leukaemia (AML), where hDHODH inhibitors were proven to enable myeloid differentiation in human AML models. In MEDSynth research group, new inhibitors of hDHODH were designed by the application of scaffold hopping replacement technique to the quinoline-carboxylate moiety of brequinar; substituted by different hydroxyazolated systems. Compound 1 was able to inhibit recombinant hDHODH enzyme with an IC50 of 1.2 nM, in the same range of brequinar. Its inhibitory effect was also evaluated on two AML cellular lines (U937 and THP-1) where 1 was found able to restore the myeloid differentiation at one digit inferior concentrations than those achieved in experiments with brequinar[3]. Moving forward, in order to obtain optimized analogues, in this work the ¿pyridine¿ portion of compound 1 is modulated in order to add an interaction with the small lipophilic pocket created by Val134 and Val143 at subsite 4 and to improve binding affinities. A docking study supported either the introduction of methyl substituent into 5 and 7 positions of pyridine as well as the hydrogenation of the pyridine ring, this latter for improve molecule's flexibility. The design, synthesis, SAR, biological assays and physicochemical characterization of the new hDHODH inhibitors are presented and fully discussed in this Master Thesis.

La diidroorotato deidrogenasi (DHODH) è un enzima mitocondriale coinvolto nel quarto step della sintesi de novo delle pirimidine, dove catalizza la trasformazione del diidroorotato a orotato, usando la flavina mononucleotide e l'ubiquinone come cofattori. Le pirimidine sono essenziali sia nella biosintesi del DNA e del RNA, che nella proliferazione e nel metabolismo delle cellule. La DHODH umana, come target, è clinicamente utile nel trattamento di malattie autoimmuni come l'artrite reumatoide, la psoriasi e la sclerosi multipla[1]. Nel 2016, Sykes et al [2] hanno dimostrato un collegamento tra la DHODH e la leucemia mieloide acuta (AML). Infatti inibitori della DHODH attivano la differenziazione mieloide in linee cellulari leucemiche dell'uomo. Nel gruppo di ricerca MEDSynth, attraverso la tecnica dello ¿scaffold hopping¿, sono stati progettati e sintetizzati nuovi inibitori della DHODH, in cui il sistema chinolina-carbossilato del brequinar è stato sostituito con sistemi idrossiazolici differenti. Il composto 1 inibiva l'enzima DHODH ricombinante con un IC50 di 1.2 nM, nello stesso range del brequinar. Lo stesso è risultato indurre differenziazione mieloide ad una concentrazione inferiore rispetto al brequinar, sottoposto agli stessi esperimenti, su due linee cellulari di leucemia mieloide acuta (U937 e THP1)[3]. Per ottimizzare il composto 1 e per aumentarne l'affinità di legame, in questo lavoro è stata modulata la porzione ¿piridinica¿ per ottenere ulteriori interazioni nella piccola tasca lipofila nel sottosito 4, creata da due residui amminoacidici Val134 e Val 143. Supportato da uno studio di docking, viene introdotto un sostituente metilico in posizione 5 e 7 dell'anello piridinico. Infine quest'ultimo viene idrogenato per aumentare la flessibilità della molecola. La progettazione, la sintesi, la SAR, i test biologici e le proprietà chimico-fisiche dei nuovi inibitori della DHODH sono presentati e pienamente discussi in questa Tesi di Laurea.