Derivati a struttura idrossitriazolica quali selettivi e potenti inibitori dell' isoforma 1C3 delle Aldo Cheto Reduttasi per la cura del cancro prostatico resistente alla castrazione (CRPC)

Prostate cancer (PC) represents the most widespread cancer in men in the western countries. It is generally treated with an androgen deprivation therapy (ADT), resulting at first in a short period of remission, yet followed by a relapse into a more aggressive prostate cancer, referred to as Castrate Resistant Prostate Cancer (CRPC). This form of the disease goes along with an increase of the male sexual hormones level, due to a greater androgen biosynthesis in the neoplastic tissue and to an abnormal activation of the androgen receptor (AR) signaling pathway, which is brought about by the amplification and the aberrant mutation of AR gene.1 Nowadays, several drugs are being used in pharmacological therapies, but all of them lead to drug resistance mechanisms, so it has become necessary to identify new targets. Among these, an interesting therapeutic goal has been set by the discovery of the enzyme Aldo-Keto Reductase 1C3 isoform (AKR1C3) or type 5 17β-hydroxysteroid dehydrogenase (17β-HSD5), which is a member of the aldo-keto reductase superfamily, comprising several human isoforms. In fact, AKR1C3 has proved to be overexpressed in CRPC and it manages to catalyze a weak androgen in a potent androgen conversion by a NADPH-dependent reduction.2 Consequently, AKR1C3 inhibition leads to a dramatic decrease in the synthesis of the main male hormones in CRPC disease cases. The nonsteroidal anti-inflammatory drugs indomethacin (IC50 = 0.90 μM) and flufenamic acid (IC50 = 0,44 μM) have recently been characterized as potent inhibitors of AKR1C3. Starting from these data, our research group has focus on them as leading scaffolds for molecular modulation. In order to improve potency and selectivity towards AKR1C3, yet avoiding COX-1 and COX-2 inhibition, the flufenamic acid has been modulated by replacing the key role benzoic acid moiety with a 5-hydroxy-1,2,3-triazole carbonyl core, through an innovative bioisosteric and scaffold hopping approach. My thesis focuses on two different research routes: 1) To increase the number of those benzyloxytriazole building blocks that are useful to obtain new potential bioisosteres able to explore more deeply the chemical space within their target interactions. 2) To design new AKR1C3 inhibitors based on a N-substituted hydroxytriazole core, also by combining in silico studies (FIGURE 1). Following this line of study, different modulated hydroxytriazole compounds have been synthesized during my work, starting from the set of N-substituted building blocks 5 to 8 shown in FIGURE 1 and evolving to compounds 1-3, belonging to AKR1C3 inhibitors section of my thesis. Finally, these last derivatives have been assayed in vitro, for their inhibiting activity on AKR1C3 affording to interesting results: both of them have demonstrated a preliminary IC50 value of 0.1-1.0 μM.

Il cancro prostatico (PC) rappresenta la forma neoplastica più diffusa tra gli uomini nel mondo occidentale. Viene trattato con una terapia di deprivazione androgenica, che in un primo momento porta ad un breve periodo di remissione, seguito dalla ricomparsa in una forma più aggressiva della malattia, definito come cancro prostatico resistente alla castrazione (CRPC).Questa evoluzione neoplastica va di pari passo con l'incremento dei livelli di ormoni sessuali maschili, dovuto ad un aumento della biosintesi degli androgeni nel tessuto tumorale e ad un'abnorme attivazione della cascata di segnali per il recettore androgenico (AR), causata dall'amplificazione e dall'aberrante espressione del gene che codifica per l' AR.1 Allo stato attuale, esistono parecchi farmaci usati nell'approccio farmacologico, ma tutti questi trattamenti portano a meccanismi di farmaco-resistenza, perciò risulta necessaria l'identificazione di nuovi target. Tra questi, la scoperta di un enzima, l'isoforma 1C3 delle Aldo-Cheto Reduttasi (AKR1C3) o 17β-idrossisteroide deidrogenasi di tipo 5 (17β-HSD5), appartenente alla superfamiglia delle aldo-keto reduttasi, la quale presenta numerose isoforme umane, si è rilevata essere un interessante obbiettivo terapeutico. Infatti, AKR1C3 risulta over-espressa nei casi di CRPC ed è in grado di catalizzare precursori androgenici in androgeni più potenti tramite una reazione di riduzione NADPH dipendente2. Di conseguenza, inibire AKR1C3 significa condurre ad una drammatica diminuzione della produzione di principali ormoni maschili nei casi di CRPC. I farmaci antiinfiammatori non steroidei indometacina (IC50=0.90 μM) e acido flufenamico (IC50=0.44 μM) sono stati recentemente identificati come potenti inibitori dell' AKR1C3. Partendo quindi da questi dati, questi due farmaci sono diventati strutture cardine su cui agire per la modulazione molecolare all'interno del nostro gruppo di ricerca. Per migliorare la potenza e la selettività nei confronti dell'AKR1C3 e per evitare l'inibizione delle cicloossigenasi-1 e delle cicloossigenasi-2 (COX-1 e 2), l'acido flufenamico è stato modulato tramite la sostituzione dell'acido benzoico, sottostruttura chiave per l'attività, con una 5-idrossi-1H-1,2,3-triazol-carbonilica, seguendo un approccio bioisosterico di scaffold hopping. La mia tesi concentra la sua attenzione su due diverse linee di ricerca: 1) incrementare il numero di sistemi idrossitriazolici utili come building block per la sintesi di nuovi potenziali bioisosteri, i quali consentiranno di esplorare più approfonditamente il ¿chemical space¿ del sito di interazione con il loro target. 2) progettare nuovi inibitori dell'AKR1C3 basati su un core benzilossitriazolico N-sostituito, anche grazie ad una combinazione di studi in silico (FIGURA 1). Sono stati quindi sintetizzati composti idrossitriazolici diversamente modulati, partendo dalla serie di building block corrispondenti ai composti dal 5 all' 8 in FIGURA 1, e giungendo ai composti dall'1 e 3 appartenenti alla sezione della mia tesi riguardante gli inibitori dell'enzima AKR1C3 . Questi secondi derivati sono infine stati saggiati in vitro per l'inibizione sull'AKR1C3 giungendo a risultati interessanti: entrambi hanno dimostrato avere un valore preliminare di IC50 compreso tra 0.1 e 1.0 μM.