Η Ωκυτοκίνη (ΟΤ) είναι ένα κυκλικό εννιαπεπτίδιο του υποθαλάμου, η οποία απελευθερώνεται στη γενική κυκλοφορία από τον οπίσθιο λοβό της υπόφυσης. Οι κύριες φυσιολογικές δράσης της είναι η επαγωγή συσπάσεων του μυομητρίου και η έκθλιψη του γάλακτος. Εν τούτοις, η μεγάλη διασπορά των υποδοχέων της ΟΤ στον εγκέφαλο αποδίδουν στην ορμόνη το ρόλο του νευροδιαβιβαστή, ο οποίο ρυθμίζει τις αναπαραγωγικές και κοινωνικές συμπεριφορές. Ο ρόλος της ΟΤ στην πρόκληση του πρόωρου τοκετού οδήγησε την έρευνα για το σχεδιασμό και τη σύνθεση πεπτιδικών ανταγωνιστών της ορμόνης ως δραστικούς τοκολυτικούς παράγοντες. Πλήθος τέτοιων αναλόγων συντέθηκε και εξετάστηκε, αλλά μόλις για ένα, το Atosiban, και μόνο στην Ευρώπη, επετράπη η κυκλοφορία για την πρόληψη του πρόωρου τοκετού με την εμπορική ονομασία Tractocile™. Ο σχεδιασμός νέων αναλόγων της ΟΤ βασίζεται στα συμπεράσματα δομής-δραστικότητας. Η ανταγωνιστική δράση εξαρτάται από τη διαμόρφωση και την υδροφοβικότητα του αμινοξέος στη θέση 2. Επιπρόσθετα, η απαλοιφή της τελικής αμινομάδας προσδίδει στο πεπτίδιο παράταση της δράσης. Ιδιαίτερη σημασία στην εκλεκτική πρόσδεση της ΟΤ στον υποδοχέα της έχει η Ιle στη θέση 3, μιας και είναι το μόνο αμινοξύ στο οποίο διαφέρει στον εικοσαμελή δακτύλιο η ΟΤ από το συγγενές μόριο της, τη Βασοπρεσίνη (VP). Βασιζόμενοι στα ανωτέρω συμπεράσματα και για διερεύνηση του ρόλου της θέσης 3 της ορμόνης, συνθέσαμε δεκατέσσερα νέα ανάλογα της ΟΤ. Όλα τα ανάλογα περιέχουν β-μερκαπτοπροπιονικό οξύ (Mpa) στη θέση 1 και D-O-αιθυλ-τυροσίνη [D-Tyr(Et)] ή D-1-ναφθυλ-αλανίνη [D-Nal(1)] στη θέση 2. Η ισολευκίνη (Ile) στη θέση 3 έχει υποκατασταθεί με γ-αμινοϊσοβουτυρικό οξύ (Aib), L- ή D-α-τερτβουτυλ-γλυκίνη [L-/D-Gly(But)], L- ή D-3-πυριδυλ-αλανίνη [L-/D-Pal(3)] και L- ή D-β-(2-θεϊενυλ)-αλανίνη (L-/D-Thi). Τα φάσματα μάζας των αναλόγων συμφωνούν με τα αναμενόμενα αποτελέσματα. Τα δεκατέσσερα ανάλογα εξετάστηκαν ως προς την ωκυτόκιο δράση σε απομονωμένο ιστό μήτρας αρουραίου, ως προς τη δράση επί της πίεσης και ως προς τη συγγένεια με τον ανθρώπινο ωκυτόκιο υποδοχέα. Επιπλέον, τα ανάλογα [Mpa1, D-Tyr(Et)2, Thi3]OT, [Mpa1, D-Tyr(Et)2, D- Thi3]OT], [Mpa1, D-Nal(1)2, Thi3]OT και [Mpa1, D-Nal(1)2, D- Thi3]OT] εξετάστηκαν και ως προς τη δράση τους επί του πολλαπλασιασμού των καρκινικών κυτταρικών σειρών MDA-MB-468 και MCF-7. Όλα τα ανάλογα δρουν ως ανταγωνιστές της φυσικής ορμόνης. Συγκεκριμένα, τα ανάλογα [Mpa1, D-Nal(1)2, Gly(But)3]OT και [Mpa1, D-Nal(1)2, Thi3]OT έχουν ισχυρή αντι-ωκυτόκιο δράση (pA2=8.34±0.30 και 8.50±0.24, αντίστοιχα). Όσο αφορά τα αποτελέσματα των βιολογικών δοκιμών επί του πολλαπλασιασμού των καρκινικών κυττάρων,αυτά δεν οδηγούν σε ασφαλή συμπεράσματα για τη δράση των αναλόγων. / Oxytocin (OT) is a cyclic nonapeptide hormone of hypothalamus that is released into the general circulation from the posterior lobe of the pituitary gland. Its major physiological roles are: a) the ability to induce uterine constructions and b) milk injection. However, widespread distribution of OT receptors in the brain and specific behavioral effects of centrally applied OT, have firmly established a role of OT as a neurotransmitter modulating reproductive and social behaviors. The role of OT in preterm labor led to the search for and design of synthetic peptide antagonists as potential tocolytic agents. A number of those OT analogues synthesized and studied. However, only Atosiban was approved, in Europe only, under the trade name Tractocile™ for the treatment of preterm labor. The design of new OT analogues is based on consequences from structure-activity studies. Antagonistic activity depends on the configuration and the hydrophobicity of the amino acid in position 2. Additionally, the deficiency of the amino-group in position 1 leads to prolongation of the activity. Furthermore, Ile3 is important for the selective binding of OT to its receptor. Based on these findings and for the investigation of the role of position 3 on biological activities, we synthesized by the Fmoc/But solid phase methodology fourteen new analogues of OT. All the analogues contain β-mercaptopropionic acid (Mpa) position 1 and D-O-ethyl-tyrosine [D-Tyr(Et)] or D-1-naphthyl-alanine [D-Nal(1)] in position 2. Isoleucine (Ile) in position 3 has substituted by γ-aminoisobutyric acid (Aib), L- or D-α-tertbutyl-glycine [L-/D-Gly(But)], L- or D-3-pyridyl-alanine [L-/D-Pal(3)] and L- or D-β-(2-thienyl)-alanine (L-/D-Thi). Electro-spray MS was in agreement with the expected results. The analogues were tested for uterotonic activity in the rat uterus in vitro test, for pressor activity in the rat pressor assay and for the affinity to human OT receptor using [3H]OT. Also, the analogues [Mpa1, D-Tyr(Et)2, Thi3]OT, [Mpa1, D-Tyr(Et)2, D- Thi3]OT], [Mpa1, D-Nal(1)2, Thi3]OT and [Mpa1, D-Nal(1)2, D- Thi3]OT] were tested for the activity on the proliferation of MDA-MB-468 and MCF-7 cells. All the new analogues are antagonists of the hormone. In particular, the analogues [Mpa1, D-Nal(1)2, Gly(But)3]OT and [Mpa1, D-Nal(1)2, Thi3]OT have potent anti-uterotonic activity (pA2=8.34±0.30 and 8.50±0.24, respectively). As regards the tests of proliferation, we are unable to come to a sfe conclusion as far as the activity of the analogues is concerned.

Οι σύγχρονες στρατηγικές στην ανακάλυψη νέων βιοδραστικών ενώσεων στοχεύουν, κατά κύριο λόγο, σε καλά χαρακτηρισμένους μοριακούς στόχους με σκοπό την επαγωγή ή την αναστολή συγκεκριμένων βιολογικών δράσεων και τον περιορισμό ανεπιθύμητων παρενεργειών. Έναν ανάλογο μοριακό στόχο αποτελεί η διαλυτή γουανυλική κυκλάση (sGC), η οποία βρίσκεται στο επίκεντρο του ερευνητικού ενδιαφέροντος την τελευταία δεκαετία. Παρόλο που ανακαλύφθηκε περίπου πριν από τέσσερις δεκαετίες ως μέλος της οικογένειας των κυκλασών, η έρευνα που ακολούθησε την ανακάλυψή της δεν χαρακτηρίστηκε από την ίδια πρόοδο που χαρακτήρισε έναν άλλο εκπρόσωπο της ίδιας οικογένειας, την αδενυλική κυκλάση. Μερικοί από τους λόγους της περιορισμένης μελέτης της sGC συνοψίζονται στην χαμηλή ενδοκυτταρική της συγκέντρωση, που συνεπάγεται δυσκολίες στην απομόνωση, στον καθαρισμό και το χειρισμό της, και στην έλλειψη ενός αποτελεσματικού συστήματος έκφρασής της. Επιπρόσθετα, μόνο μετά την ανακάλυψη του μονοξειδίου του αζώτου (ΝΟ), την αναγνώρισή του ως σηματοδοτικό μόριο καθώς και την ταυτοποίησή του ως τον EDRF στα τέλη της δεκαετίας του ’80, πραγματοποιήθηκε ουσιαστική πρόοδος στον τομέα των βιολογικών δράσεων της sGC. Ο καθαρισμός του ετεροδιμερούς ενζύμου και η ανακάλυψη ενός μορίου αίμης ανά διμερές έθεσε τη βάση για την αποσαφήνιση του μηχανισμού ενεργοποίησης της sGC από το ΝΟ και την ακόλουθη κατάλυση της μετατροπής του GTP σε κυκλικό GMP, αν και ο ακριβής μηχανισμός παραμένει μέχρι σήμερα άγνωστος. Η ταυτοποίηση, επομένως, του σηματοδοτικού μονοπατιού NO/sGC/cGMP αποτέλεσε τη βάση για την ανακάλυψη ότι φάρμακα όπως τα οργανικά νιτρώδη, που χρησιμοποιούνται στη θεραπεία της στηθάγχης για περισσότερο από έναν αιώνα, δρουν στην ουσία ως δότες μονοξειδίου του αζώτου μέσω βιομετατροπής τους και ασκούν τη δράση τους μέσω ενεργοποίησης της sGC και παραγωγής, ακολούθως, του δεύτερου αγγελιοφόρου cGMP. Tα παραπάνω δεδομένα οδήγησαν στον προσδιορισμό του ΝΟ ως σημαντικού σηματοδοτικού μορίου στη φυσιολογία καταρχήν του καρδιαγγειακού συστήματος. Η πρόοδος που ακολούθησε τη μελέτη του sGC-cGMP μονοπατιού αποκάλυψε την ευρεία παρουσία του ενζύμου σχεδόν σε όλα τα κύτταρα των θηλαστικών και την εμπλοκή του σε ουσιαστικές φυσιολογικές λειτουργίες, όπως την καρδιακή ομοιόσταση, τη χάλαση αγγειακών και μη λείων μυικών ινών, την αναστολή της συσσώρευσης/συγκόλλησης αιμοπεταλίων, την περιφερειακή και κεντρική νευροδιαβίβαση, την ανοσολογική απόκριση, τη μεταγωγή του οπτικού ερεθίσματος, ενώ παρουσιάζει και ρυθμιστική δράση στο γαστρεντερικό και ουρογεννητικό σύστημα. Ταυτόχρονα, απορρύθμιση του σηματοδοτικού μονοπατιού έχει διαπιστωθεί να εμπλέκεται στην φυσιολογία και την εξέλιξη συγκεκριμένων παθολογικών καταστάσεων όπως αρτηριακή και πνευμονική υπέρταση, καρδιακή ανεπάρκεια, αρτηριοσκλήρυνση και θρόμβωση, διαβήτης, νεφρική ίνωση και ανεπάρκεια, φλεγμονώδεις και νευροεκφυλιστικές παθήσεις, γαστρεντερικές διαταραχές, σήψη και καρκίνος, όπου εντοπίζεται είτε να υπερλειτουργεί είτε να υπολειτουργεί. Εξαιτίας της σπουδαιότητας και της σοβαρότητας των καρδιαγγειακών παθήσεων, όπου το σηματοδοτικό μονοπάτι υπολειτουργεί, το μεγαλύτερο κομμάτι της έρευνας που ακολούθησε σχετικά με την ανακάλυψη νέων βιοδραστικών ενώσεων εστίασε κυρίως στην ανάπτυξη αγωνιστών της sGC, παρέχοντας όχι μόνο ΝΟ-δότες με βελτιωμένες ιδιότητες αλλά, επιπρόσθετα, δύο νέες κατηγορίες ΝΟ-ανεξάρτητων ενεργοποιητών που περιλαμβάνουν διακριτές δομικά ενώσεις. Η πρόοδος, ωστόσο, στην αναστολή του ενζύμου κρίνεται εμφανώς υποδεέστερη, παρόλη την προφανή σπουδαιότητα ανάλογων ενώσεων στη διερεύνηση των cGMP-εξαρτώμενων βιολογικών δράσεων. Μεταξύ διάφορων ενώσεων, όπως οργανικών φωσφορικών ενώσεων, νουκλεοτιδικών αναλόγων, πορφυρινικών παραγώγων και άλλων, ο περισσότερο ισχυρός και εκλεκτικός αναστολέας που έχει αναφερθεί μέχρι σήμερα είναι το ODQ, το οποίο θεωρείται ότι δρα μέσω οξείδωσης του σιδήρου της αίμης με αποτέλεσμα την απώλεια της ικανότητας ενεργοποίησης του ενζύμου από το ΝΟ. Το μειονέκτημα του ODQ, ωστόσο, να δρα in vivo και σε άλλες αιμοπρωτεΐνες περιορίζει την εφαρμογή του και καθιστά επιτακτική την ανάγκη ανακάλυψης νέων εκλεκτικών αναστολέων. Σε αυτά τα πλαίσια, στόχο της παρούσας μελέτης αποτελεί ο σχεδιασμός, η σύνθεση και η βιολογική αποτίμηση νέων πιθανών αναστολέων της sGC. Με βάση τη χημική δομή του ODQ, ως την ένωση-οδηγό, σχεδιάστηκαν νέα τρικυκλικά ανάλογα του βασικού σκελετού του ινδολίου και του διϋδροϊνδολίου. Η επιλογή του ινδολικού δακτυλίου έναντι του κινοξαλινικού σκελετού του ODQ πραγματοποιήθηκε με στόχο να διερευνηθεί κατά πόσο ο νέος σκελετός θα έχει επίδραση στη διατήρηση ή/και την ενίσχυση της ανασταλτικής δράσης έναντι της sGC. Επιπρόσθετα, η επιλογή του διϋδροϊνδολικού σκελετού αποσκοπούσε στη διερεύνηση της επίδρασης που μπορεί να έχουν μη επίπεδες ενώσεις έναντι του επίπεδου ODQ. Ταυτόχρονα, σχεδιάστηκε μία σειρά ετεροκυκλικών δακτυλίων προσδεδεμένων στους βασικούς σκελετούς, διαφορετικών από το δακτύλιο οξαδιαζολόνης του ODQ, ώστε να εξετασθούν πιθανές διαφορές της τελικής δράσης σε συνάρτηση με δομικές διαφορές των τρίτων δακτυλίων. Ακολούθως, πραγματοποιήθηκε διερεύνηση της συνθετικής μεθοδολογίας για την παραλαβή τόσο των τελικών προϊόντων όσο και σημαντικών ενδιάμεσων ενώσεων ως συνθετικών ενδιαμέσων για τη μελλοντική σύνθεση τροποποιημένων παραγώγων. Η σύνθεση των τελικών διϋδροϊνδολικών αναλόγων πραγματοποιήθηκε με κυκλοποίηση μέσω επίδρασης υδροξυλαμίνης ή διάφορων υδραζινών σε α-υδροξυμεθυλεν-κετο- ενδιάμεσα παράγωγα, τα οποία παραλήφθηκαν από τα αντίστοιχα 4-κετο-τετραϋδροϊνδολικά παράγωγα με την επίδραση μυρμηκικού αιθυλεστέρα. Τα αντίστοιχα ινδολικά τρικυκλικά προϊόντα συντέθηκαν από τα διϋδροϊνδολικά υπό συνθήκες αφυδρογόνωσης με επίδραση DDQ. Εξαιτίας των πειραματικών συνθηκών που εφαρμόζονται για την παραλαβή των συνθετικών ενδιαμέσων, κρίθηκε απαραίτητη για την εξέλιξη του συνθετικού σχήματος η προστασία, προηγουμένως, του πυρρολικού αζώτου με την κατάλληλη ομάδα. Με στόχο τη διερεύνηση της επίδρασης που μπορεί να έχει στην τελική βιολογική δράση η παρουσία ελεύθερου –ΝΗ στον πυρρολικό δακτύλιο, κρίθηκε σκόπιμη η αποπροστασία των τελικών προϊόντων. Παρόλο που εξετάσθηκε ποικιλία προστατευτικών ομάδων και συνθηκών αποπροστασίας, τα διϋδροϊνδολικά τρικυκλικά προϊόντα αποδείχτηκαν ασταθή. Κατέστη εφικτό να απομακρυνθεί μόνο μία προστατευτική ομάδα, η SEM ομάδα, και μόνο από τα πλήρως αρωματοποιημένα ινδολικά προϊόντα, τα οποία απδείχτηκαν σταθερότερα. Σύμφωνα με την παραπάνω μεθοδολογία συντέθηκαν 24 τελικά προϊόντα, από τα οποία 14 είναι διϋδροϊνδολικά παράγωγα και 10 ινδολικά, ενώ από τα τελευταία τα τρία φέρουν ελεύθερο πυρρολικό –ΝΗ. Εκτός από τα τελικά προϊόντα κατέστη εφικτό να συντεθούν και σημαντικά συνθετικά ενδιάμεσα. Τα α-μεθοξυ και α-αιθοξυκαρβονυλο- 4- ή 7-οξοτετραϋδροϊνδολικά παράγωγα παραλήφθηκαν με εφαρμογή διαφορετικής πειραματικής μεθοδολογίας και συντέθηκαν, επιπρόσθετα, τα α-υδροξυμεθυλεν-4-οξο-τετραϋδροϊνδολικά παράγωγα. Τα προαναφερθέντα συνθετικά ενδιάμεσα δύνανται να οδηγήσουν σύμφωνα με διαφορετικά συνθετικά σχήματα σε νέα τρικυκλικά ανάλογα. Επιπλέον, διερευνήθηκαν οι πειραματικές συνθήκες κάθε σταδίου της μεθοδολογίας με σκοπό τη βελτιστοποίηση των τελικών αποδόσεων. Μερικά από τα τελικά τρικυκλικά ανάλογα, τα οποία δεν έφεραν υποκατάσταση στις θέσεις 2- και 3- του πυρρολικού δακτυλίου, προωθήθηκαν σε in vitro βιολογικές μελέτες. Εξετάστηκαν, καταρχήν, όσον αφορά την ικανότητά τους να αναστέλουν την επαγόμενη από νιτροπρωσσικό νάτριο δραστηριότητα της sGC σε δύο διαφορετικές συγκεντρώσεις, 1 μΜ και 100 μΜ. Όλες οι υπό μελέτη ενώσεις αποδείχτηκαν αναστολείς του ενζύμου και παρουσίασαν ισχυρότερη δράση, με μία εξαίρεση, στην υψηλότερη συγκέντρωση. Οι ενώσεις 74 και 81 αποδείχτηκαν οι ισχυρότεροι αναστολείς με δοσοεξαρτώμενη δράση. Η ένωση 81 εξετάστηκε στη συνέχεια όσον αφορά στην εκλεκτικότητά της για την sGC σε μία μελέτη που περιελάμβανε επαγόμενη από τον ANF παραγωγή cGMP. Από την τελευταία μελέτη αποδείχτηκε ότι η παραπάνω ένωση δεν αναστέλει τις pGCs, υποδεικνύοντας ότι πιθανότατα η νέα σειρά ενώσεων δεν επιδρά στα άλλα μέλη της οικογένειας των κυκλασών, τις pGCs και τις ACs, και παρέχοντας μια ένδειξη για πιθανό μηχανισμό δράσης παρόμοιο με αυτό του ODQ. Η τελευταία υπόθεση ενισχύεται και από το γεγονός ότι οι υπό μελέτη ενώσεις δεν μεταβάλλουν τη βασική δραστηριότητα της sGC. Τα αποτελέσματα των πρωταρχικών βιολογικών μελετών επαληθεύουν τον κύριο στόχο της παρούσας μελέτης που ήταν η σύνθεση νέων αναστολέων της sGC. Η επιλογή του ινδολικού δακτυλίου, ως τον βασικό σκελετό των νέων ενώσεων, επιβεβαιώνει την υπόθεση του αρχικού σχεδιασμού, παρέχοντας αναστολείς με νέα δομικά χαρακτηριστικά. Πρώιμες μελέτες δομής-δράσης επισημαίνουν τη βελτιωμένη δράση που παρουσιάζουν τα επίπεδα ινδολικά προϊόντα έναντι των μη επίπεδων διϋδροϊνδολικών, αν και δεν είναι ακόμη δυνατό να εξαχθούν ασφαλή συμπεράσματα σχετικά με την επίδραση της δομής του τρίτου ετεροκυκλικού δακτυλίου. Περαιτέρω βιολογική αποτίμηση των υπόλοιπων προϊόντων της μελέτης καθώς και σύνθεση νέων τροποποιημένων αναλόγων θα εξυπηρετήσει την εξαγωγή λεπτομερέστερων συμπερασμάτων από μελέτες χημικής δομής-βιολογικής δραστικότητας και, πιθανότατα, την ανακάλυψη νέας ένωσης-οδηγού στο πεδίο της αναστολής της sGC. Τα συμπεράσματα που προέκυψαν από την παρούσα μελέτη όσον αφορά στη χημική σύνθεση ενδιαμέσων και τελικών προϊόντων αλλά και στη βιολογική αποτίμηση επιλεγμένων τελικών ενώσεων μπορούν να αποδειχτούν χρήσιμο εργαλείο για το μελλοντικό σχεδιασμό, εφαρμογή και σύνθεση νέων ενώσεων με τα απαραίτητα χαρακτηριστικά για αποτελεσματική αναστολή της sGC. Ανάλογες ενώσεις είναι δυνατό να αποδειχτούν όχι μόνο χρήσιμα πειραματικά εργαλεία αλλά και βιοδραστικά μόρια με πιθανή κλινική εφαρμογή σε συγκεκριμένες παθολογικές καταστάσεις, όπου η sGC υπερλειτουργεί, όπως στη σήψη. / Modern strategies in the field of drug discovery and development of new therapeutic agents are aiming mostly at well-characterized molecular targets in order to stimulate or inhibit specific biological actions without undesirable side-effects. Soluble guanylate cyclase (sGC) is such a molecular target that has been, among others, intensively reviewed during the last decade. Although it has been discovered as a member of the cyclase family four decades ago, the research regarding the enzyme hasn’t followed the progress made with its sibling, the adenylate cyclase. Some of the reasons for this delayed progress are summarized in the difficulties concerning the isolation, purification and manipulation of the protein as a result of its low intracellular concentration and the lack of an efficient expression system. In addition, only after the discovery of nitric oxide (NO) as a signaling molecule and its recognition as the endothelium-derived relaxing factor (EDRF) at the late ’80s, was any significant progress made in the field of sGC biological activities. The purification of the heterodimeric enzyme and the discovery of the presence of one molecule of heme per dimer shed light in the mechanism of activation of sGC by NO and the consequent catalysis of the conversion of GTP into cyclic GMP, although no exact mechanism has been proved until today. The identification of the NO/sGC/cGMP signaling pathway served the discovery that drugs such organic nitrates, which have been used for the treatment of angina pectoris for over a century, practically act as NO-donors through bioconversion and exert their actions through activation of sGC and generation of the second messenger cGMP. The above results led to the establishment of NO as a significant signaling molecule in the physiology of cardiovascular system. The following progress concerning the study of the sGC-cGMP signaling cascade revealed a broad presence in almost all the mammalian cells and an implication in many substantial physiological processes, such as cardiac homeostasis, vascular and non-vascular smooth muscle relaxation, inhibition of platelet accumulation and coagulation, peripheral and central neurotransmission, immune response, transduction of light signals and regulating function in the gastrointestinal and urogenital systems. Apart from the physiological function, the NO/sGC/cGMP pathway is implicated in the pathophysiology of certain conditions as well, such as arterial and pulmonary hypertension, heart failure, arteriosclerosis and thrombosis, diabetes, kidney fibrosis and failure, inflammatory and neurodegenerative diseases, gastrointestinal disorders, sepsis and cancer, where it could be down- or up-regulated. Due to the significance and the severity of cardiovascular disorders where the expression or the activity of the pathway substituents is downregulated, most of the following drug discovery research focused on developing new agents that activate sGC, affording not only improved NO-donors but, additionally, two new categories of NO-independent activators, involving structurally diverse compounds. Regarding the inhibition of the enzyme, progress could not be considered as high, in spite of the tremendous utility of inhibitors in elucidating the cGMP-dependent biological processes. Among other compounds such as methylene blue, LY83583, organic phosphates, nucleotide derivatives, porphyrin analogues, the most potent and selective sGC inhibitor is ODQ, which is suggested to act through oxidation of the heme iron and consequent abolishment of the enzyme NO-activation ability. ODQ’s selectivity disadvantage, though, to inhibit in vivo not only the soluble guanylate cyclase but other hemoproteins as well, results in an urgent need for new selective sGC-inhibitors. According to the above facts, the aim of the present study involves the design, synthesis and biological evaluation of new possible sGC-inhibitors. Using the chemical structure of ODQ as a lead-compound, new tricyclic analogues were designed, bearing the basic indole or dihydroindole skeleton. The choice of the indole ring against the quinoxaline framework of ODQ aimed at the evaluation of how the new heterocyclic skeleton could contribute in the maintenance or the enhancement of the biological activity of the lead-compound. Moreover, the impact of non-flat molecules against ODQ was intended to be examined by the use of dihydroindole ring. Additionally, a series of different heterocyclic rings, diverse from the oxadiazolone ring of ODQ, fused to the basic skeletons were designated in order to study any possible influence based on the structure in inhibitory activity. Consequently, the synthetic methodologies for the synthesis of the final products were investigated, as well as the preparation of key molecules which could be used in the future as synthetic intermediates for the synthesis of additional modified derivatives. The synthesis of final dihydroindole tricyclic analogues was accomplished under cyclization conditions reacting hydroxylamine or various hydrazines with the α-hydroxymethylen-keto-intermediates, which were prepared from 4-keto-tetrahydroindole derivatives and ethyl formate. The corresponding indole final products were prepared from the dihydroindole ones under dehydrogenation conditions using DDQ. Due to the synthetic conditions applied for the synthesis of the key intermediate compounds, the substitution of the pyrrole nitrogen atom with a proper protecting group was considered crucial for the progress of the synthetic plan. Aiming to study the impact of the unsubstituted indole ring on the biological activity, the cleavage of the protecting group from the final products was necessary. Although, a number of protecting groups and of cleavage conditions were examined, the dihydroindole tricyclic products proved unstable. We only attempted to cleave one protecting group, the SEM group, and only in fully aromatized products, which proved more stable. 24 final products were synthesized following the aforementioned procedures, fourteen dihydroindole derivatives, ten indole derivatives among of which three bear unsubstituted pyrrole nitrogen atom. Apart from the final products, some significant synthetic intermediates were managed to be prepared. The α-methoxy- or α-ethyoxycarbonyl- 4- or 7-oxo-tetrahydroindole derivatives were synthesized according to different experimental procedures, as well as the a-hydroxymethylen-4-oxo-tetrahydroindole derivatives. The above synthetic intermediates may lead following different synthetic pathways to new tricyclic indole final compounds. In addition, the experimental conditions in each single step of the synthetic plan were investigated and determined on the purpose of improved yields. Some of the final tricyclic analogues, bearing no substituent at positions 2- and 3- of the pyrrole ring, were initially tested in in vitro biological assays. Firstly, they were tested concerning their inhibitory ability against SNP-induced sGC-activity using two different concentrations (1 μΜ and 100 μΜ). All the tested compounds proved to be sGC-inhibitors, being more potent at the higher concentration, except of one compound. Derivatives 74 and 81 were the most potent inhibitors and their inhibitory activity was dose-responded. Product 81 was then examined regarding its selectivity towards sGC by an in vitro assay involving ANF-induced cGMP production. The last assay proved that the above compound does not inhibit pGCs, suggesting that possibly the new series of compounds does not have any impact on either pGC or AC, determining a possible ODQ mechanism of action. Another conclusion from the biological assays that reinforces the last hypothesis is that the new compounds do not inhibit the basal sGC activity. The preliminary results of the biological evaluation confirm the main purpose of the present study which is the synthesis of new sGC-inhibitors. The choice of the indole ring as the basic skeleton of the new compounds verifies the initial design suggesting inhibitors with new structural characteristics. Preliminary SAR studies highlight the improved potency of flat fully aromatized indole derivatives in comparison with the non-flat dihydroindole ones, while there could not yet be safe conclusions derived regarding the structure of the third heterocyclic ring. Further biological evaluation of the rest of the products as well as the synthesis of new additional modified compounds will serve more detailed structure-activity relationship studies and possibly the development of a new lead-compound in the field of sGC-inhibition. Conclusions related with the chemical synthesis of the intermediate and final products, as well as conclusions regarding the biological evaluation of selected tricyclic derivatives might be proved useful for the future design, application and synthesis of new molecules with all the appropriate structural characteristics for effective sGC-inhibition. Such compounds not only could be proved useful experimental tools but possible pharmacological modulators as well in certain conditions, like sepsis, where sGC is overexpressed.

Η Εκλυτική ορμόνη της Ωχρινοτρόπου Ορμόνης των θηλαστικών (GnRH-I ή GnRH) είναι ένα δεκαπεπτίδιο το οποίο εκκρίνεται από τον υποθάλαμο κατά ώσεις. Η GnRH είναι δυνατό να δρα σαν ρυθμιστής διαφόρων συστημάτων τα οποία, για τη λειτουργία τους, απαιτούν την έκκριση της LH και της FSH. Πράγματι, η GnRH και τα ανάλογα της χρησιμοποιούνται εκτεταμένα για τη θεραπεία ενός μεγάλου αριθμού ασθενειών οι οποίες σχετίζονται με τις φυλετικές ορμόνες. Η χρόνια χορήγηση αναλόγων της GnRH προκαλεί απευαισθητοποίηση των υποδοχέων το οποίο οδηγεί στην παύση της έκκρισης γοναδοτροπινών και κατά συνέπεια στην καταστολή της λειτουργίας των ωοθηκών και των όρχεων (chemical castration). Εκτός από την υπόφυση οι υποδοχείς της GnRH εκφράζονται σε αρκετούς φυσιολογικούς και διάφορους καρκινικούς ιστούς, συμπεριλαμβανομένων του μαστού, του ωοθηκών, του ενδομητρίου και του προστάτη. Ο ρόλος της GnRH και των υποδοχέων της σε αυτούς τους εξωϋποθαλαμικούς ιστούς δεν έχει ξεκάθαρος. Ωστόσο, έχει δειχθεί ότι σε διάφορα είδη καρκινικών κυττάρων συμπεριλαμβανομένων και των PC3 και LNCaP τα ανάλογα της GnRH αναστέλλουν τον πολλαπλασιασμό ή οδηγούν σε προγραμματισμένο κυτταρικό θάνατο (απόπτωση). Η lamprey Εκλυτική Ορμόνη της Ωχρινοτρόπου Ορμόνης (lGnRH-III) είναι η τρίτη μορφή της GnRH η οποία έχει απομονωθεί από τα ψάρια του είδους lamprey (το γένος Petromyzon marinus). Αυτό το δεκαπεπτίδιο το οποίο διαφέρει από τη GnRH των ανθρώπων (GnRH-I) στα αμινοξέα των θέσεων 5-8, διεγείρει την απελευθέρωση οιστραδιόλης και της προγεστερόνης στα ενήλικα θηλυκά lamprey αλλά έχει αμελητέα ενδοκρινή δράση στα συστήματα των θηλαστικών. Την τελευταία δεκαετία έχουν δημοσιευτεί στοιχεία τα οποία υποστηρίζουν την απευθείας αντικαρκινική δράση της lGnRH-III. Τα παραπάνω οδηγούν στο χαρακτηρισμό της lGnRH-III ως ένα εξαιρετικό μόριο-οδηγό για την ανάπτυξη αναλόγων της GnRH με αυξημένη και πιθανώς εκλεκτική αντικαρκινική δράση. Οι πιο πρόσφατες αναφορές για απευθείας δράση των αναλόγων της GnRH στην αναστολή του πολλαπλασιασμού καρκινικών κυττάρων τα οποία παράγουν τη φυσική ορμόνη και εκφράζουν τους υποδοχείς της εγκαινιάζουν ένα νέο πεδίο έρευνας και προσφέρουν νέα ώθηση στο σχεδιασμό και τη σύνθεση νέων αναλόγων της GnRH. Μελέτες οι οποίες διερευνούν τη σχέση δομής-δραστικότητας της GnRH-Ι και ιδιαιτέρως της lGnRH-III και των αναλόγων τους στο εξωϋποθαλαμικό σύστημα είναι περιορισμένες. Η ανάγκη διερεύνησης του πεδίου αυτού θεωρείται μείζονος σημασίας καθώς ο πληθυσμός των καρκινοπαθών αυξάνει συνεχώς και η πάθηση κατατάσσεται μεταξύ των σημαντικότερων πεδίων ερευνητικής μελέτης. Ανάλογα της GnRH χορηγούνται σε ασθενείς με ορμονοεξαρτώμενους όγκους με στόχο την αναστολή των γοναδοτροπινών και την παύση της έκκρισης των φυλετικών ορμονών. Η προσέγγιση του πεδίου με χρήση αναλόγων της GnRH με ενδεχόμενη κυτταροστατική δράση αποτελεί μια σύγχρονη και πολλά υποσχόμενη προοπτική. Από τη άλλη μεριά, ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα το οποίο εμφανίζεται στα φάρμακα πεπτιδικής φύσης είναι η γρήγορη και εκτεταμένη αποικοδόμηση τους από διάφορα ένζυμα. Προκειμένου να βελτιωθεί η βιοδιαθεσιμότητα των αναλόγων της GnRH έχουν χρησιμοποιηθεί διάφορες προσεγγίσεις. Η εισαγωγή N-μεθυλιωμένων-αμινοξέων περιορίζει διαμορφωτικά τον πεπτιδικό σκελετό και χρησιμοποιείται συχνά για την αύξηση της πρωτεολυτικής σταθερότητας των φαρμάκων πεπτιδικής φύσης. Μια πιο ολοκληρωμένη προσέγγιση είναι αυτή η οποία συνδυάζει την σταθερότητα έναντι της ενζυμικής αποικοδόμησης με τη διατήρηση της βιολογικής δράσης. Στόχος της ∆ιατριβής είναι η συμβολή στο πεδίο των σχέσεων δομής-δραστικότητας της GnRH μέσω του ορθολογικού σχεδιασμού, της ανάπτυξης και του ελέγχου νέων συνθετικών αναλόγων της. Συγκεκριμένα, συνθέσαμε δώδεκα νέα ανάλογα τα οποία περιλαμβάνουν διαμορφωτικά περιορισμένα αμινοξέα στις θέσεις 4 και 6 και μελετήσαμε τις δομικές αλλαγές οι οποίες προκύπτουν από τις αλλαγές αυτές με φασματοσκοπία NMR, τη σταθερότητα έναντι της ενζυμικής αποικοδόμησης από την α-χυμοθρυψίνη και τη σουμπτιλισίνη και την δράση τους επί του πολλαπλασιασμού των καρκινικών κυττάρων PC3 και LNCaP. Η NMeSer εισήχθη στη θέση 4 του μορίου αντικαθιστώντας τη Ser και η Gly6 αντικαταστάθηκε από διάφορα D- αμινοξέα (DLys, Nε- τροποποιημένη DLys, Glu, DGlu). Το Ν-τελικό γλυκιναμίδιο έχει επαλειφθεί και στη θέση του έχει γίνει εισαγωγή της αιθυλ-ομάδας (Fujino modification), όπως στο μόριο του Λεουπρολιδίου. Συνθέσαμε επίσης είκοσι δύο νέα ανάλογα της lGnRH-III με τροποποιήσεις σε διάφορες θέσεις του μορίου και μελετήσαμε τη δράση τους επί του πολλαπλασιασμού των PC3 και LNCaP κυττάρων. Η Asp6 της lGnRH-III αντικαταστάθηκε από Asn, Asn(OMe), Glu ή Gln, η Trp3,7 από DTrp ή L/D-Tic, το pGlu1 αντικαταστάθηκε από Glu ή Ac-Glu και η His5 με την Lys8 άλλαξαν μεταξύ τους θέσεις. Επιπλέον, συνθέσαμε και τέσσερα κυκλικά ανάλογα της lGnRH-III καθώς τα κυκλικά πεπτίδια συχνά χαρακτηρίζονται από μεγαλύτερη μεταβολική σταθερότητα και δραστικότητα σε σχέση με τα ευθύγραμμα. Τέλος, μελετήσαμε τη δομή της lGnRH-III με τη χρήση ΝΜR φασματοσκοπίας και τα χαρακτηριστικά της παρουσιάζονται σε σύγκριση με αυτά της GnRH-I. Για τη σύνθεση των αναλόγων της GnRH-I σαν στερεό υπόστρωμα χρησιμοποιήθηκε η [3-(αιθυλ-Ν-Fmoc-αμινομέθυλ)ινδολ-1- υλ] ακετυλ ΑΜ ρητίνη για την παραλαβή αμιδίων ενώ, για τη σύνθεση της GnRH-I, της lGnRH-III και των αναλόγων της lGnRH-III χρησιμοποιήθηκε η ρητίνη του Sieber χρησιμοποιώντας την Fmoc/tBu μεθοδολογία. Η ενζυμική σταθερότητα των αναλόγων της GnRH-I προσδιορίστηκε έπειτα από επώαση των πεπτιδίων με την α-Chymotrypsin και τη Subtilisin ενώ, η δράση έναντι του κυτταρικού πολλαπλασιασμού της GnRH-I, της lGnRH-III και των αναλόγων τους μελετήθηκε με ανθρώπινα καρκινικά κύτταρα προστάτη (PC3 και LNCaP). Το πρωτόκολλο σύνθεσης το οποίο ακολουθήθηκε οδήγησε στην παραλαβή πεπτιδίων σε μεγάλες αποδόσεις και υψηλή καθαρότητα. Η μελέτη της επίδρασης των νέων αναλόγων της GnRH στην αναστολή του πολλαπλασιασμού των καρκινικών κυττάρων του προστάτη εγκαινιάζει το πεδίο σε επίπεδο σχέσεων δομής-δραστικότητας και συνεισφέρει στην αδιάκοπη έρευνα των δομικών απαιτήσεων των αναλόγων της GnRH προσφέροντας νέες προοπτικές στον σχεδιασμό δραστικών αναλόγων της GnRH. Tέλος, προέκυψαν πεπτιδικά ανάλογα της ορμόνης τα οποία σε σχέση με το Λεουπρολίδιο, το οποίο αποτελεί δραστικό συστατικό φαρμάκων για την αντιμετώπιση των ανωτέρω ασθενειών και με τη lGnRH-III, εμφανίζονται στις βιολογικές δοκιμές στις οποίες εξετάστηκαν δραστικότερα και με αυξημένη πρωτεολυτική σταθερότητα και συνεπώς αποτελούν καλές, υποψήφιες για περαιτέρω βιολογική/κλινική μελέτη, ενώσεις. Σε επίπεδο σχέσεων δομής-δραστικότητας οι τελευταίες είναι δυνατόν να αποτελέσουν τη βάση για τον μελλοντικό σχεδιασμό νέων αναλόγων της GnRH με υψηλή δραστικότητα και ενδεχόμενη φαρμακευτική εφαρμογή. / Mammalian Gonadotropin-releasing hormone (GnRH-I or GnRH) is a neuroendocrine decapeptide secreted from the hypothalamus in a pulsatile manner. Due to its hypophysiotropic actions, GnRH may act as a modulator of the activity of diverse systems that require LH and FSH secretion for their function. Indeed, GnRH and its analogs are used extensively for the treatment of a wide range of hormone-dependent diseases, including steroid-dependent tumors. Chronic administration of GnRH analogs desensitizes GnRH pituitary receptors, results in arrest of gonadotropin secretion, and thereby suppresses ovarian and testicular function (chemical castration). In addition to its pituitary expression, the GnRHR is expressed in several normal tissues and in a number of malignant tumors, including cancers of the breast, ovary, endometrium and prostate. The specific function of GnRH and its receptor in these extrapituitary sites is not entirely clear. However, it was demonstrated that in many cancer cells including PC3 and LNCaP GnRH analogs inhibit cell proliferation or lead to a programmed cell death (apoptosis). Lamprey gonadotropin-releasing hormone III (lGnRH-III) is the third isoform of GnRH isolated from the sea lamprey (Petromyzon marinus). This decapeptide that differs in residues 5–8 from human GnRH (GnRH-I), stimulates the release of estradiol and progesterone in the adult female sea lamprey but has negligible endocrine activity in mammalian systems. In the last decade data concerning the superior direct antitumor activity of sea lamprey lGnRH-III have been published. These observations make lGnRH-III an excellent starting compound for the development for the development of constrained peptide analogs with increased and potentially selective anticancer activity. The direct antiproliferative effect of the GnRH analogs in many malignant tissues inaugurates the field and leads to the design of effective GnRH analogs with new perspectives. Information concerning the impact of systematic single amino acid modifications of GnRH-I and especially of lGnRH-III on malignant cells is still lacking. The structural investigation of this field seems to be a very important issue. On the other hand, one of the main problems of peptide drugs is their fast and extensive degradation by several peptidases. In order to improve the availability of GnRH analogs, various approaches have been adopted. Incorporation of N-methylated amino acids in peptides results in conformational constrained peptide backbones and is commonly used for increasing proteolytic stability of peptide drugs. In the latter approach, stability against proteolysis should be achieved along with preservation or enhancement of biological activity. The aim of this study was the contribution in the field of the structure-activity relationships based in the rational design, development (modern synthesis) and biological characterization of the new analogs of GnRH. Particularly, we synthesized twelve new GnRH-I analogs containing conformationally restricted amino acids in positions 4 and 6, and studied the structural changes imposed by these modifications through NMR spectroscopy, the stability against enzymatic degradation by α-chymotrypsin and subtilisin and their direct antiproliferative effect on prostate cancer cells PC3 and LNCaP. NMeSer was inserted in position 4 of the peptide sequence, replacing Ser4 and Gly6 was substituted by several D- amino acids (DLys, Nε- modified DLys, Glu, DGlu). The synthesized GnRH-I analogs lack the carboxy-terminal Gly10-amide of GnRH-I and an ethylamide residue has been added to Pro9 (Fujino modification), as in Leuprolide structure. We also synthesized twenty two lGnRH-III analogs with modifications in several positions of lGnRH-III and studied their effect on PC3 and LNCaP prostate cancer cell proliferation. Asp6 of lGnRH-III was substituted by Asn, Asn(OMe), Glu or Gln, Trp3,7 by DTrp or L/D-Tic, pGlu1 was replaced by Glu or Ac-Glu and His5 and Lys8 switched places. Cyclopeptides are of great importance both in pharmaceutical and chemical respect. These molecules often exhibit increased biological activity and selectivity. Furthermore, they are more stable in metabolism than the parent linear molecules. Taking into consideration of these potentials we synthesized four cyclic analogs of lGnRH-III as well. The new analogs of GnRH-I were assembled on a [3-((Ethyl-Fmoc-amino)- methyl)-1-indol-1-yl]-acetyl AM resin to provide the peptide amide while, GnRH-I, lGnRH-III and lGnRH-III analogs were assembled on a Sieber Amide resin using Fmoc/tBu methodology. The enzymatic stability of GnRH-I analogs were determined after incubation with α-Chymotrypsin and Subtilisin while the antiproliferative activity of GnRH-I, lGnRH-III and their analogs was performed with human prostate cancer cell lines (PC3 and LNCaP). Modern peptide synthesis afforded us peptides in high yields which could be easily purified. This study provides information which can be used in the design of new GnRH analogs with improved enzymatic stability and high antiproliferative activity on PC3 and LNCaP prostate cancer cell proliferation. This structure-activity relationship study of GnRH analogs contributes to the on-going research for more potent GnRH analogs with prolonged and selective activity.

Στην παρούσα εργασία συνθέσαμε ένα άμινο-άκυλο- και ένα πεπτίδυλο- ανάλογο της χλωραμφαινικόλης. Τα ανάλογα αυτά ήταν η β-αλανίνη-χλωραμφαινικόλη (β-alaCAM) και η φαινυλαλανίνη-φαινυλαλανίνη-χλωραμφαινικόλη (PhePheCAM). Στην συνέχεια μελετήσαμε την βιολογική συμπεριφορά των αναλόγων αυτών μέσα από την μελέτη της κινητικής της αναστολής του σχηματισμού πεπτιδικού δεσμού που επιφέρουν τα εν λόγω ανάλογα. Σε πρωτεϊνοσυνθετικό σύστημα ριβοσωμάτων εκπορευόμενων από Escherichia coli η σύνθεση ακέτυλο-φαινυλαλάνυλο-πουρομυκίνης πραγματοποιείται μέσω μιας αντίδρασης ψευδοπρώτης τάξεως μεταξύ συμπλέγματος C, δηλαδή ακέτυλο-φαινυλαλάνυλο-poly(U)-ριβοσωμάτων, και περίσσειας πουρομυκίνης. Τόσο η β-alaCAM, όσο και η PhePheCAM μελετήθηκαν ως αναστολείς της αντίδρασης σύνθεσης ακέτυλο-φαινυλαλάνυλο-πουρομυκίνης και τα αποτελέσματα της κινητικής της αναστολής που επέφεραν συγκρίθηκαν με γνωστά από την βιβλιογραφία αντίστοιχα αποτελέσματα που αφορούν τόσο την μητρική ένωση, όσο και άλλα άμινο-άκυλο- και πεπτιδικά ανάλογα αυτής. Αρχικά παρατηρήσαμε ότι, απουσία αναστολέα, η αντίδραση ακολουθεί κινητική πρώτης τάξεως καθόλη την χρονική διάρκεια της χημικής αντίδρασης. Ωστόσο, στη συνέχεια παρατηρήσαμε ότι η παρουσία τόσο της β-alaCAM, όσο και της PhePheCAM είχε σαν αποτέλεσμα διφασικές λογαριθμικές συναρτήσεις συγκέντρωσης – χρόνου, όπου υφίστατο μία αρχική ή πρώτη χρονική φάση και μία τελική ή δεύτερη χρονική φάση της χημικής αντίδρασης πουρομυκίνης. Ακολούθησε λεπτομερής κινητική ανάλυση, αρχικά μέσω διαγραμμάτων διπλού αντιστρόφου για τις αρχικές και τις τελικές κλίσεις των λογαριθμικών χρονοκαμπυλών, καθώς και στη συνέχεια μέσω επαναδιαγραμμάτων αρχικών και τελικών κλίσεων έναντι της συγκέντρωσης του αναστολέα. Με τον τρόπο αυτό υπολογίστηκαν οι κινητικές σταθερές αναστολής Κi οι οποίες και συγκρίθηκαν με την κινητική σταθερά αναστολής της μητρικής ένωσης. Τέλος, μέσω υπολογιστικού προγράμματος προσομοίωσης, σχεδιάστηκαν οι συναρτήσεις της φαινομενικής σταθεράς εξισορρόπησης keq έναντι της συγκέντρωσης του αναστολέα και υπολογίστηκαν οι σταθερές k6 και k7. Tόσο η β-alaCAM όσο και η PhePheCAM εμφάνισαν συμπεριφορά βραδέως προσδενομένου συναγωνιστικού αναστολέα ανεξάρτητα από την συγκέντρωσή τους, σε αντίθεση με την μητρική ένωση η οποία εμφανίζει συμπεριφορά συναγωνιστικού αναστολέα σε μικρές συγκεντρώσεις αυτής και συμπεριφορά μικτού μη-συναγωνιστικού αναστολέα σε μεγαλύτερες συγκεντρώσεις αυτής. H β-alaCAM ευρέθηκε 4,6 φορές περισσότερο βιολογικά δραστική από την PhePheCAM και 14,3 βιολογικά ασθενέστερη από την μητρική ένωση. Σε αντίθεση με τη μητρική ένωση, η οποία δεν υφίσταται ισομερισμό, τόσο η β-alaCAM όσο και η PhePheCAM δίνουν, στην τελική ή δεύτερη χρονική φάση της αντίδρασης πουρομυκίνης, γένεση στο ισομερισμένο σύμπλοκο C*I. Αξιοσημείωτη είναι η παρατήρηση ότι ο σχηματισμός του ισομερισμένου συμπλόκου C*I λαμβάνει χώρα μέσω δύο κινητικών βημάτων στην περίπτωση της β-alaCAM, αλλά μέσω ενός μόνο κινητικού βήματος στην περίπτωση της PhePheCAM. Προτείνουμε, ως μοντέλο επεξηγηματικό του μηχανισμού βιολογικής δράσης και χημικής κινητικής των μελετηθέντων συνθετικών αναλόγων, ότι τόσο η β-alaCAM όσο και η PhePheCAM παρουσιάζουν αυξημένη στερεοχημική ομοιότητα με το 3΄-άκρο του άμινο-άκυλο-tRNA ή με το 3΄-άκρο του πεπτίδυλο-tRNA συγκριτικά με τη μητρική ένωση. Η αυξημένη αυτή στερεοχημική ομοιότητα πιθανότατα εξηγεί τον εκσεσημασμένο συναγωνιστικό χαρακτήρα της αναστολής που εμφανίζουν τα μελετηθέντα ανάλογα συγκριτικά με τη μητρική ένωση, ασχέτως του γεγονότος ότι η συνολική αναστολή που επιφέρουν δεν αποδεικνύεται σε καμία περίπτωση ισχυρότερη της αναστολής που επιφέρει η μητρική ένωση. Για τον λόγο αυτό τα εν λόγω συνθετικά ανάλογα της χλωραμφαινικόλης θα πρέπει να θεωρηθούν παλίνδρομα-ανάστροφα ανάλογα (retro-inverso analogs). / One aminoacyl and one peptidyl analog of chloramphenicol (Cl2CHCO-CAM) were prepared. These are L-β-alaCAM and L-PhePheCAM. The kinetics of inhibition of peptide bond formation by these analogs were examined in a cell-free system which had been used previously for the study of Cl2CHCO-CAM [Drainas et al, Eur. J. Biochem. 1987, 164, 53-58]. In a model cell-free system, derived from Escherichia coli, acetylphenylalanyl-puromycin is produced in a pseudo-first-order reaction between the preformed acetylphenylalanyl/tRNA/poly(U)/ribosome complex (complex C) and excess puromycin. Both L-β-alaCAM and L-PhePheCAM were tested as inhibitors in this reaction. In the absence of inhibitor, the reaction follows first-order kinetics for the entire course of the reaction. In the presence of the analog the reaction gives biphasic log-time plots. The kinetic informations pertaining to the initial and the terminal slopes of the plot are analyzed (initial-slope and terminal-slope analysis). Μοreover, through a computer simulation non-linear regression fitting program, the plots between the keq values and the concentration of the inhibitor [I] were constructed, and consequently the values of k6 and k7 were estimated. Detailed kinetic analysis suggests that both these analogs (I) behave as slow-binding inhibitors and react competitively with complex C to form the complex C*I which is inactive towards puromycin. In the presence of L-β-alaCAM, C*I is formed via a two-step mechanism in which C*I is the product of a slow conformational change of the initial encounter complex CI according to the equation C + I CI C*I. Our results, concerning the two-step mechanism of L-β-alaCAM are in agreement with the results of previous investigations evaluating the potency and kinetic mechanisms of other aminoacyl and peptidyl analogs of chloramphenicol [Michelinaki et al, Mol. Pharmacol. 1997, 51, 139-146]. However, in the presence of L-PhePheCAM, our results are unique because we found evidences that C*I is formed via a one-step mechanism as a product of a slow conformational change according to the equation C + I C*I. The parent compound gives complex inhibition kinetics; increasing the concentration of the parent compound changes the inhibition from competitive to mixed noncompetitive [Drainas et al, Eur. J. Biochem. 1987, 164, 53-58]. In contrast, the analogs give competitive kinetics even at high concentrations of the inhibitor. The following Ki and Ki* values have been determined: Ki = 45 μΜ for L-β-alaCAM, Ki* = 10 μΜ for L-β-alaCAM and Ki* = 46 μM for L-PhePheCAM. If we were to assume that both L-β-alaCAM and L-PhePheCAM behave as classical competitive inhibitors, we could say that L-β-alaCAM is 4.6 times more potent than L-PhePheCAM. On this assumption we could also compare chloramphenicol with L-β-alaCAM and see that L-β-alaCAM is 14.3 times weaker than chloramphenicol (Ki = 0.7 μΜ). It is suggested that as compared with chloramphenicol, both L-β-alaCAM and L-PhePheCAM have increased structural similarity to the 3΄-terminus of aminoacyl-tRNA or of peptidyl-tRNA and this similarity results in a more pronounced competitive inhibition. The results are compared with previous data and discussed on the basis of a possible retro-inverso relationship between chloramphenicol analogs and puromycin.

Στην παρούσα διατριβή παρουσιάζεται η σύνθεση εικοσιεπτά νέων αναλόγων της ωκυτοκίνης (ΟΤ), τα οποία περιέχουν πέραν της Gly(But)8 ή/και Gly(But)9 και Gly(But)3 ή/και Gly(But)7, D-Cys6;ή Pen6, το μη φυσικό αμινοξύ α-αμινοϊσοβουτυρικό οξύ (Aib), το ιμινοξύ 1,2,3,4- τετραϋδροκινολινο-3-καρβοξυλικό οξύ (Tic) στη D- μορφή του στις θέσεις 7 ή/και 9 και τέλος τα παράγωγα D-Tyr(Et) και D-Nal(1) στη θέση 2. H σύνθεση των νέων αναλόγων έγινε σύμφωνα με την Fmoc/But μεθοδολογία σύνθεσης επί στερεάς φάσεως σε στερεό υπόστρωμα Rink Bernatowitz 2-χλωροτριτυλο-ρητίνη.Τα πεπτίδια δοκιμάστηκαν όσον αφορά στην ωκυτόκειο δράση in vitro, σε απομονωμένο ιστό μήτρας επίμυος ενώ η δοκιμή επί της πιέσεως πραγματοποιήθηκε σε επίμυες οι οποίοι είχαν επεξεργαστεί με φαινοξυβενζαμίνη. Τα νέα ανάλογα δοκιμάστηκαν και όσον αφορά στη συγγένεια τους με τον ανθρώπινο ωκυτόκειο υποδοχέα, η δοκιμή πραγματοποιήθηκε σε ανθρώπινα εμβρυϊκά νεφρικά κύτταρα (HEK) τα οποία υπερεκφράζουν τον υποδοχέα. Επιπρόσθετα, κάποια από τα ανάλογα αυτά δοκιμάστηκαν όσον αφορά στην επίδρασή τους στον πολλαπλασιασμό των καρκινικών κυττάρων του μαστού (MCF-7). Από τα προκαταρκτικά βιολογικά αποτελέσματα φαίνεται ότι τα συντεθέντα ανάλογα παρουσιάζουν στο σύνολό τους ανταγωνιστικές ιδιότητες, 10 εκ των οποίων παρουσίασαν ιδιαίτερα ισχυρή ανταγωνιστική δράση και εκλεκτικότητα εφ’ όσον στη δοκιμή επί της πιέσεως δεν εμφάνισαν δράση. Τα 10 αυτά ανάλογα εμφανίζουν ανταγωνιστική ισχυρότερη από αυτήν του Atosiban (pA2=8,29±0,05) και είναι εκλεκτικά. Επιπλέον, τρία από τα νέα ανάλογα (MOPACIN I,II και III) βρίσκονται σε διαδικασία κατοχύρωσης. Όσον αφορά την συγγένεια με τον ανθρώπινο υποδοχέα υπήρξε μια διαφοροποίηση μεταξύ των αποτελεσμάτων από τη βιολογική δράση και την συγγένεια με τον υποδοχέα, αφού ανάλογα με ισχυρή ανταγωνιστική δράση (π.χ. ανάλογο 23 με τιμή pA2 =8,31 και συγγένεια με τον υποδοχέα περισσότερο από 100 φορές χαμηλότερη σε σύγκριση με αυτή της φυσικής ορμόνης) εμφάνισαν χαμηλή συγγένεια με τον υποδοχέα. Η διαφοροποίση αυτή ίσως οφείλεται στις διαφορές μεταξύ των ειδών. Επιπρόσθετα, κάποια από τα ανάλογα αυτά δοκιμάστηκαν όσον αφορά στην επίδρασή τους στον πολλαπλασιασμό των καρκινικών κυττάρων του μαστού (MCF-7). Τα αποτελέσματα αυτών αποτελούν ένδειξη της βιολογικής δράσης των συνθετικών πεπτιδίων. Όμως χρειάζεται περισσό-τερη διερεύνηση ο ρόλος τους για την εξαγωγή ασφαλών συμπερασμάτων.Εν κατακλείδι, τα συμπεράσματα στα οποία καταλήγουμε, όσον αφορά στην παρούσα διατριβή προσφέρουν νέα δεδομένα όσον αφορά στη σύνθεση και τον σχεδιασμό νέων αναλόγων της ωκυτοκίνης τα οποία πιθανότατα θα αποτελέσουν και καλούς ανταγωνιστές με ενδεχόμενη θερα-πευτική/φαρμακευτική εφαρμογή. Επιπλέον, το εύρημα ότι η ωκυτοκίνη καθώς και τα ανάλογα αυτής μπορεί να εμπλέκονται στον πολλαπλασιασμό των νεοπλασματικών κυττάρων μπορεί να βρει εφαρμογή στην ραδιοαπεικόνιση διαφόρων νεοπλασμάτων, καθώς και στη θεραπεία αυτών. Επίσης ανάλογα της ωκυτοκίνης τα οποία παρουσιάζουν υψηλή συγγένεια με τον υποδοχέα μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως ραδιοϊχνηθέτες ή ως χημειοθεραπευτικοί φορείς. / In the present study we present the synthesis and pharmacological investigation of twenty seven newly synthesized oxytocin analogues. Basic modification at positions 7, 8 and 9 (in-troduction of α,α-dialkyl amino acid, α-aminoisobutyric acid [Aib] or the unnatural imino acid D-1,2,3,4-tetrahydroisoquinoline-3-carboxylic acid [D-Tic] or tert-butyl-glycine [(But)Gly]) was combined with D-Cys6/Pen6, D-Tyr(Et)2, and D-Nal(1)2, Mpa1/Pen1 modifications and their various combinations.The new analogues were synthesized by Fmoc solid phase methodology utilizing a 2-chlorotrityl chloride resin as solid support bearing a Rink-Bernatowitz linker to provide the peptidic amide. The analogues were tested for their potency in two pharmacological tests, i.e. uterotonic in vitro test in the absence of magnesium ions on an isolated strip of rat uterus and in the pressοr test on phenoxybenzamine treated male rats. Parallel determination of binding affinity of the analogues to cloned human oxytocin recep-tors on HEK cell membranes using tritiated oxytocin from NEN Life Science, Boston, MA, USA was performed.We obtained a satisfactory number of quite potent and selective (as it concerns the binding with the vasopresor receptor V1a) oxytocin antagonists. Ten of these analogues showed higher antagonistic affinity than Atosiban (pA2=8.29) and they were completely inactive as far as it concerns the rat pressor test. Three of them (MOPACIN I, II and III) are under patent procedure. On the other hand, as it concerns the binding affinity and the biological evaluation, we observed a paradox phenomenon. Despite the high antagonistic potencies the affinity to the receptor was lower than oxytocin. This may be attributed to the species difference. Furthermore, some of the analogues were tested as far as it concerns their ability to in-crease or decrease the growth of MCF-7 breast cancer cells. The results indicate the ability of some analogues to decrease the growth of the MCF-7 breast cancer cells, but these re-sults need further investigation due to extract safe conclusions.Finally, the results from the presence study may aid in the design of novel and selective antagonists of oxytocin with pharmacological/pharmaceutical use. Furthermore, the evi-dence that some analogues have the ability to decrease the growth of MCF-7 cells, may find future applications in the radioimaging of different neoplasms, as wel as in their therapy, using oxytocin analogues that conserve high oxytocin receptor affinity as either radiotracers or chemiotherapeutic vectors.

Οι κυκλινοεξαρτώμενες κινάσες (Cdks) είναι μια κατηγορία των πρωτεϊνικών κινασών, οι οποίες ενεργοποιούνται μέσω σύνδεσης με την κατάλληλη κυκλίνη και εμπλέκονται στη ρύθμιση του κυτταρικού κύκλου. Η ενεργοποίηση συγκεκριμένων συμπλόκων Cdks-κυκλινών επιτρέπει την ομαλή μετάβαση από την μία στην επόμενη φάση του κύκλου. Ωστόσο, η υπερλειτουργία των Cdks οδηγεί σε ανεξέλεγκτο κυτταρικό πολλαπλασιασμό, με αποτέλεσμα την εμφάνιση διαφόρων ασθενειών, όπως είναι ο καρκίνος, η νόσος του Alzheimer και ο διαβήτης. Λόγω αυτού, οι Cdks αποτελούν υποψήφιους μοριακούς στόχους για την θεραπευτική αντιμετώπιση αυτών των ασθενειών. Πολλά μικρά χημικά μόρια έχουν αποδειχθεί αναστολείς των CDKs. Κάποιοι από αυτούς έχουν προχωρήσει σε κλινικές δοκιμές φάσης Ι και ΙΙ, ωστόσο κανένας δεν έχει λάβει έγκριση για κυκλοφορία. Πρόσφατα, ο Cdk αναστολέας Dinaciclib εισήλθε σε κλινικές δοκιμές φάσης ΙΙΙ. Τα θαλάσσια σφουγγάρια αποτελούν πλούσια πηγή φυσικών προϊόντων με ανασταλτική δράση έναντι πλήθους κινασών. Η Hymenialdisine (HMD) είναι ένα φυσικό προϊόν, το οποίο έχει απομονωθεί από διάφορα είδη θαλάσσιων σφουγγαριών και εμφανίζει ανασταλτική δράση έναντι πολλών πρωτεϊνικών κινασών, μεταξύ των οποίων και οι CDKs. Στα πλαίσια της παρούσας μελέτης σχεδιάσθηκαν και συντέθηκαν νέα σπειρανικά ανάλογα της HMD με σκοπό να εμφανίσουν ισχυρότερη και εκλεκτικότερη ανασταλτική δράση από αυτήν έναντι πρωτεϊνικών κινασών. Οι νέες ενώσεις φέρουν δομικά χαρακτηριστικά της HMD, όπως έναν πυρρολο[2,3-c]αζεπινονικό δακτύλιο που έχει αποδειχθεί κρίσιμος για την ανάπτυξη δεσμών υδρογόνου με τη θέση πρόσδεσης του ATP. Ωστόσο, ο γλυκοκυαμιδινικός δακτύλιος της HMD έχει αντικατασταθεί στα νέα ανάλογα από έναν εξαμελή λακταμικό σπειρανικό δακτύλιο. Η συνθετική προσέγγιση που ακολουθήθηκε για την σύνθεση των νέων ενώσεων περιελάμβανε αρχικά την ανοικοδόμηση του πυρρολο[2,3-c]αζεπινο-4,8-διονικού δακτυλίου και στην συνέχεια την μετατροπή της 4-κετο-ομάδας αυτού σε ένα αμινο-υποκατεστημένο στερεογονικό κέντρο. Για τον σκοπό αυτό, χρησιμοποιήθηκε μια κλασσική μεθοδολογία, η οποία περιελάμβανε συμπύκνωση του παραπάνω δακτυλίου με χειρόμορφα t-βουτυλοσουλφινυλαμίδια και νουκλεόφιλη προσβολή των ενδιάμεσων σουλφινυλιμινών που προέκυψαν με οργανομεταλλικά αντιδραστήρια Grignard. Η συνθετική προσέγγιση που ακολουθήθηκε επέτρεψε την σύνθεση εναντιομερών σπειρανικών αναλόγων της HMD. Η αποτίμηση της βιολογικής δράσης των νέων ενώσεων αναμένεται σύντομα. / Cyclin-dependent kinases (Cdks) are protein kinases and their enzymatic activity requires the binding of a regulatory cyclin subunit. Cdks are implicated in the regulation of the cell cycle. The activation of different Cdks-cyclin complexes drives the transition of cell through the distinct phases of the cell cycle. However, overactivation of Cdks results in uncontrolled cell proliferation and hence, in many diseases such as cancer, Alzheimer’s disease and diabetes. Cdks represent candidate molecular targets for the treatment of these diseases. Many small molecules have been proved potent Cdks inhibitors. Many of them, are in phase I or II of clinical trials. Recently, Dinaciclib became the first Cdk inhibitor which entered in phase III of clinical trials. The sea sponges are a rich source of natural products which present inhibitory activities against protein kinases. Hymenialdisine (HMD) is a natural product, which has been isolated from many sea sponges and inhibits many kinases, such as Cdks. In this research work, new spiro analogues of HMD were designed and synthesized, aimining at the discovery of new compounds with enhanced inhibitory activity and selectivity against to protein kinases. These new compounds bear structural characteristics of HMD, like a pyrrolo[2,3-c]azepinone ring, which is crucial for the binding of HMD to the ATP-binding site of the enzyme. The glycocyamidine ring of the HMD has been replaced by a six-membered lactam spiro-ring. The synthetis of new compounds involves the formation of the pyrrolo[2,3-c]azepino-4,8-dione and subsequently the introduction of a new amino-substituted stereogenic center. Key-step to this approach is the substitution of the intermediate chiral t-butanesulfinylimines by organometallic reagents. The synthetic approach provides access to different stereoisomers. The biological evaluation of the new compound is in progress.

Ιστορικά, τα ευρήματα των C.B. Huggins (Huggins and Hodges, 1941; Huggins, 1963) και A.V. Schally (Schally et al., 1984) αποτέλεσαν την απαρχή μιας ερευνητικής πορείας με αφετηρία το πεδίο της νευροενδοκρινολογίας και προορισμό εκείνα της γυναικολογίας και της ογκολογίας. Η γνώση αναφορικά με τη φυσιολογία της ενδογενούς ορμόνης (LHRH) και το ρόλο της στην παθοβιοχημεία των ασθενειών (ενδοκρινικών διαταραχών και ορμονο – εξαρτώμενων καρκίνων) και υπό το πρίσμα της πρωτεύουσας ή υποστηρικτικής θεραπευτικής προσέγγισης, κατέστησε τον ιατρικό ευνουχισμό μέσω της δράσης στον υποδοχέα της LHRH – Ι στρατηγική επιλογής για την καταπολέμηση των ενδοκρινικών διαταραχών και των ορμονο – εξαρτώμενων καρκίνων (καρκίνος του μαστού, καρκίνος των ωοθηκών, καρκίνος του ενδομητρίου, καρκίνος του προστάτη). Μια πληθώρα αναλόγων της LHRH έδωσε και δίνει το παρόν σε προκλινικό και κλινικό επίπεδο, με τη συστηματική έρευνα, σύνθεση και ανάπτυξη να αποδίδουν μόρια – αγωνιστές ή – ανταγωνιστές του υποδοχέα της LHRH – Ι, πεπτιδικής (γραμμική ή κυκλική δομή, stapled peptides) ή μη φύσης ως μοναδιαίες οντότητες ή σε σύζευξη με ένα ευρύ φάσμα κυτταροτοξικών μορίων (Αnderes et al., 2003; Keramida et al., 2006; Persson et al., 2009; Kritzer, 2010; Mezo and Manea, 2010). Η παρούσα διδακτορική διατριβή αποσκοπεί στην in vitro και in vivo αξιολόγηση και φαρμακοκινητική μελέτη καινοτόμων αναλόγων της LHRH – κυκλικής και γραμμικής δομής – στη βάση του ορθολογικού μοριακού σχεδιασμού και αποσκοπώντας σε εναλλακτικές προσεγγίσεις για την καταπολέμηση του καρκίνου του προστάτη (και έτερων ενδοκρινικών διαταραχών), συγκριτικά με το leuprolide (εμπορικά διαθέσιμος αγωνιστής του υποδοχέα της LHRH – Ι). Η παρούσα διδακτορική διατριβή θέτει ως υπόθεση εργασίας πως καινοτόμα ανάλογα της LHRH των ήδη υπάρχοντων στην κλινική με βελτιωμένο φαρμακοκινητικό προφίλ δύναται να αποτελέσουν τη βάση βέλτιστων εναλλακτικών θεραπευτικών προσεγγίσεων με ενισχυμένη αποτελεσματικότητα και μειωμένη τοξικότητα, δρώντας in situ ή/ και προσφέροντας νέες δυνατότητες χορήγησης, εστιάζοντας στην οδό ή/ και τη μείωση της συχνότητας αυτής. Η εν λόγω ερευνητική προσέγγιση εστιάζει στον καρκίνο του προστάτη, μια νόσο που χρήζει εναλλακτικής θεραπευτικής στρατηγικής, δεδομένης της χαμηλής αποτελεσματικότητας αυτής (η νόσος προοδευτικά γίνεται ανεξάρτητη των ορμονών και συνεπώς, μεταστατική), αλλά και της χαμηλής ποιότητας ζωής των ασθενών στη βάση του «συμβιβασμού» με τις οδούς χορήγησης που εφαρμόζονται σήμερα στην κλινική (depot formulations). Επιπρόσθετα και κατά την εκπόνηση της εν λόγω ερευνητικής προσέγγισης αναπτύχθηκαν, επικυρώθηκαν και βελτιστοποιήθηκαν καινοτόμες μεθοδολογίες υγρής χρωματογραφίας – φασματομετρίας μάζας (LC – MS/ MS) σε βιολογικά υγρά – ηπατικά μικροσώματα (μύα, επίμυα, ανθρώπου), νεφρικές μεμβράνες μύα, πλάσμα και όρχεις μύα – και έτερα υποστρώματα (κυτταρικά εκχυλίσματα, υδάτινο περιβάλλον ιχθύων Danio rerio), οι οποίες, εν συνεχεία, συζεύχθηκαν με in vitro ή/ και in vivo βιοδοκιμασίες. Τα πειραματικά ευρήματα συγκρίθηκαν με εκείνα των εμπορικά διαθέσιμων αναλόγων της LHRH, με αγωνιστική (leuprolide) ή ανταγωνιστική δράση (antide, cetrorelix). Πιο αναλυτικά και λαμβάνοντας υπόψην το «νοσηρό» φαρμακοκινητικό προφίλ των αναλόγων της LHRH που χρησιμοποιούνται σήμερα στην κλινική, διερευνήθηκε η in vitro (ηπατικά μικροσώματα μύα, επίμυα και ανθρώπου – νεφρικές μεμβράνες μύα) και in vivo (πλάσμα μύα) πεπτιδική σταθερότητα των υπό μελέτη αναλόγων, συγκριτικά με την LHRH και εμπορικά διαθέσιμα ανάλογα αυτής (antide, leuprolide). Τα ευρήματα επέτρεψαν την αξιολόγηση και ταξινόμηση των αναλόγων του ενδιαφέροντος βάσει πεπτιδικής σταθερότητας (δοκιμασία σάρωσης). Ταυτόχρονα, προσδιορίστηκε το μεταβολικό τους προφίλ, αποκαλύπτοντας τους ευάλωτους πεπτιδικούς δεσμούς, καθώς και τις εμπλεκόμενες ενδοπεπτιδάσες (NEP – EC 3.4.24.11, ACE – EC 3.4.15.1). Τα ευρήματα επιβεβαιώθηκαν περαιτέρω με τη χρήση ειδικών ενζυμικών αναστολέων (ενδεικτικά: DL – Thiorphan). Ο νεφρός βρέθηκε να είναι το πρωτεύον μεταβολικό όργανο. Η ανίχνευση και η ημι – ποσοτικοποίηση των μεταβολικών προϊόντων οδήγησε στον προσδιορισμό σχέσεων δομής – δραστικότητας, αποτελώντας τη βάση του ορθολογικού σχεδιασμού καινοτόμων μορίων. Οι απορρέουσες σχέσεις δομής –δραστικότητας υποστηρίζουν πως (i) η μεθυλίωση της υδροξυλομάδας της Tyr5, (ii) η αντικατάσταση της Pro9 από Aze και (iii) η κυκλοποίηση ενισχύουν την πεπτιδική σταθερότητα των αναλόγων του ενδιαφέροντος. Στα πλαίσια μελετών φαρμακοδυναμικής, αναπτύχθηκε καινοτόμος μεθοδολογία LC – MS/ MS για τον ταυτόχρονο ποσοτικό προσδιορισμό της τεστοστερόνης και των υπό μελέτη αναλόγων σε πλάσμα (0, 05 – 100 ng/mL) και όρχεις μύα (2, 0 – 2000 ng/g). Η τεστοστερόνη θεσπίστηκε βιοδείκτης αποτελεσματικότητας (efficacy) και τοξικότητας (toxicity) στη βάση του καίριου ρόλου που διαδραματίζει το εν λόγω στεροειδές στη φυσιολογία του άξονα υποθάλαμος – υπόφυση – γονάδες και την παθοβιοχημεία των ενδοκρινικών διαταραχών και του ορμονο – εξαρτώμενου καρκίνου του προστάτη. Η φαρμακολογική απόκριση (απελευθέρωση τεστοστερόνης) βρέθηκε πως είναι ειδική και λαμβάνει χώρα μέσω του υποδοχέα της LHRH – Ι. Πιο σημαντικά, επετεύχθη ιατρικός ευνουχισμός, βάσει ιστοπαθολογικών ευρημάτων και προσδιορισμού της τεστοστερόνης (πλάσμα και όρχεις μύα), κατόπιν επαναλαμβανόμενης ενδοπεριτοναϊκής χορήγησης του επιλεγμένου καινοτόμου γραμμικού αναλόγου της LHRH, linearGnRH1. Το ίδιο ανάλογο βρέθηκε να έχει κυτταροστατική δράση σε πειράματα κυτταρικού πολλαπλασιασμού (κύτταρα LNCaP και PC3). Παράλληλα και υπό το πρίσμα του ρόλου της LHRH στην παθοβιοχημεία έτερων ορμονο – εξαρτώμενων καρκίνων (καρκίνος του μαστού, καρκίνος των ωοθηκών, καρκίνος του ενδομητρίου), αναπτύχθηκε, επικυρώθηκε και βελτιστοποιήθηκε καινοτόμος μεθοδολογία LC – MS/ MS για τον ποσοτικό προσδιορισμό της 17β – οιστραδιόλης σε βιολογικά υγρά. Τέλος, αναπτύχθηκε καινοτόμος μεθοδολογία LC – MS/MS για τον ποσοτικό προσδιορισμό πεπτιδίων του ενδιαφέροντος στο υδάτινο περιβάλλον των ιχθύων του είδους Danio rerio. Το καινοτόμο γραμμικό ανάλογο της LHRH, linearGnRH1, δεδομένου του φαρμακοκινητικού/ φαρμακοδυναμικού του προφίλ, δρα υποστηρικτικά ως προς την υπόθεση της παρούσας διδακτορικής διατριβής, σύμφωνα με την οποία καινοτόμα ανάλογα των ήδη υπάρχοντων στην κλινική με βελτιωμένο φαρμακοκινητικό προφίλ δύναται να αποτελέσουν τη βάση βέλτιστων εναλλακτικών θεραπευτικών προσεγγίσεων με ενισχυμένη αποτελεσματικότητα και μειωμένη τοξικότητα, δρώντας in situ ή/ και προσφέροντας νέες δυνατότητες χορήγησης, εστιάζοντας στην οδό ή/ και τη μείωση της συχνότητας αυτής. Το linearGnRH1 δύναται να αποτελέσει τη βάση για τον ορθολογικό σχεδιασμό μορίων (stapled peptides, μιμητές), αποσκοπώντας σε εναλλακτικές θεραπευτικές στρατηγικές για την καταπολέμηση του ορμονο – εξαρτώμενου καρκίνου ή/ και των ενδοκρινικών διαταραχών. Πέραν του linearGnRH1, ας σημειωθεί πως κατά την εκπόνηση της παρούσας διδακτορικής διατριβής συγκεκριμένα καινοτόμα κυκλικά ανάλογα της LHRH (cyclicGnRH1, cyclicGnRH2, cyclicGnRHDL1, cyclicGnRHDL2) εμφάνισαν ένα διακριτό φαρμακοκινητικό προφίλ. Το φαρμακοδυναμικό προφίλ των εν λόγω κυκλικών πεπτιδίων απαιτείται να διερευνηθεί περαιτέρω με την εφαρμογή των καινοτόμων μεθοδολογιών LC – MS/MS που αναπτύχθηκαν, επικυρώθηκαν και βελτιστοποιήθηκαν κατά την εκπόνηση της παρούσας διδακτορικής διατριβής. Συνολικά, η καινοτομία της εν λόγω ερευνητικής προσέγγισης έγκειται (i) στην ανάπτυξη, επικύρωση και βελτιστοποίηση ενός πλήθους μεθοδολογιών LC – MS/MS σε σύζευξη με in vitro και in vivo βιοδοκιμασίες, οι οποίες και αποτελούν ένα διακριτό αναλυτικό εργαλείο και (ii) στο προκλινικό φαρμακολογικό μοντέλο που αναπτύχθηκε με την επιλογή του μύα ως ζωικό πρότυπο. Κοινή συνισταμένη, η εν τω βάθει αξιολόγηση της φαρμακοκινητικής/ φαρμακοδυναμικής των πεπτιδίων του ενδιαφέροντος με το ερευνητικό βλέμμα στα πεπτιδικά φάρμακα.. stapled peptides.. μιμητές.. / The highly influential findings of C. B. Huggins (Huggins, 1963) and A. V. Schally (Schally et al., 1984) brought a new era in the research fields of neuroendocrinology, gynecology and oncology. The knowledge acquired regarding the physiology of LHRH and its role in the pathobiochemistry of the disease resulted in the consideration of medical castration via the LHRH receptor as a well established strategy for the treatment of endocrine disorders (e.g. precocious puberty) and hormone – dependent cancers (breast cancer, endometrial cancer, prostate cancer). Numerous LHRH analogues have been synthesized and evaluated both in the clinic and preclinical level. Overall, systematic work has resulted in the synthesis of LHRH receptor agonists and antagonists, either peptides (linear, cyclic, stapled peptides) or small organic molecules as entities or combined with various cytotoxic molecules (Αnderes et al., 2003; Keramida et al., 2006; Persson et al., 2009; Kritzer, 2010; Mezo and Manea, 2010). Although extensive research has been carried out in the field of hormonal therapy, poor pharmacokinetic properties still characterize LHRH peptide analogues. Poor stability of LHRH analogues compromises efficacy, while the need for their subcutaneous administration (depot formulations) aggravates the quality of life for cancer patients. Nowadays, LHRH analogues in the clinic most likely achieve the desired pharmacologic effects by action primarily on the pituitary and to a much lesser extent by direct antiproliferative effects on tumor cells. Herein, we hypothesize that stable analogues of such super – agonists would be advantageous, either by allowing a reduction in dosing frequency or by allowing the use of analogues that act directly on the tumor, with possible additive effects and subsequent enhancements in efficacy. In this context, the pharmacokinetic/ pharmacodynamic profiles of novel LHRH analogues were determined both in vitro and in vivo. Similarly, commercially available LHRH analogues (leuprolide, antide, cetrorelix) served as positive controls. Novel LC – MS/MS based approaches (LC – MS/ MS methodologies coupled to in vitro and in vivo bioassays) were developed, validated and optimized for the evaluation of the peptide analogues in question (linear or cyclic) in various biological fluids and matrices; (i) mouse, rat and human liver microsomes, (ii) mouse kidney membrane preparations, (iii) mouse plasma and tissue (testis), (iv) egg – water (Danio rerio embryos environment). Furthermore, a novel LC – MS/MS based approach was developed, validated and optimized for the simultaneous quantification of testosterone and peptides in question, upon the intraperitoneal administration of peptide analogues in mice. Testosterone served as an efficacy and toxicity biomarker. Peptide metabolism was thoroughly studied by an LC – MS/MS based approach coupled to an in vitro bioassay (mouse kidney membrane preparations), allowing (i) structural elucidation and semi – quantitation of metabolites (and peptides) as a function of time, (ii) determination of the susceptible to proteolysis peptide – bonds, (iii) structure – activity relationships (SARs) and (iv) peptide ranking (screening assay). Taking into account the role of LHRH in gynecology and hormone – dependent cancers of breast, endometrium and ovary, an LC – MS/MS based approach was developed for the quantification of 17β – oestradiol (efficacy and toxicity biomarker) in mouse plasma upon the intraperitoneal administration of peptide analogues in mice. A novel LC – MS/MS based approach was also developed for the quantification of peptides of interest in the aquatic environment of Danio rerio. Employing the aforementioned analytical tools, peptide stability against proteolysis was evaluated both in vitro (mouse kidney membrane preparations) and in vivo (mouse plasma). LHRH and commercially available analogues served as positive controls. The SARs derived suggested that enhanced stability was achieved by (i) methylation on the hydroxyl group of Tyr5, (ii) replacement of Pro9 by Aze and (iii) cyclisation. Hence, new promising chemical entities could be synthesized and developed on the basis of rational drug design. Metabolic profiles were also determined revealing the susceptible to proteolysis peptide bonds. Susceptible peptide bonds and endopeptidases involved were further confirmed in the presence of specific endopeptidase inhibitors. A facile preclinical mouse model was developed in the context of our objectives. Intraperitoneal administration was selected, since (i) it is a mix – mode type of administration with elements of rapid absorption and (ii) oral administration was not practical due to the low bioavailability of the peptides that were tested. The LC – MS/MS based quantification of the selected bioactive peptides and their corresponding metabolites as well as the selective monitoring of biomarkers (e.g. testosterone) in response to drug dose, in plasma and testes, combined with the appropriate preclinical mouse model, represents a distinctive approach. The mouse model described in this paper is particularly valuable, since (i) the human LHRH receptor is homologous to the mouse receptor (Millar, 2004), (ii) information on in vitro and in vivo stability can be obtained with a relatively small amount of peptide (1 – 2 mg), (iii) information on the LHRH receptor agonism (receptor specific in vivo modulation) can be obtained by using testosterone as a marker, (iv) it allows the determination of the dosing regimen required for efficacy based on action on the pituitary, (v) it can become the basis of follow up experiments on genetically modified mouse animal models or other tumour xenografted mouse models (Sharpless and Depinho, 2006; Morgan et al., 2008). The robust sensitive methodology that was developed for the quantification of testosterone in mouse plasma (0.05 – 100 ng/mL) or determination of testosterone in testes (2 – 2000 ng/g) provides an excellent handle on compound efficacy assessment. Testosterone as an efficacy and toxicity biomarker was found to be specific upon peptide binding to the LHRH receptor. Medical castration was achieved upon the repeated dosing of a selected novel linear analogue (linearGnRH1). Measurements in plasma were further supported by statistical significant testosterone values in testis and histopathological findings (atrophy). Moreover the testis weights of the treated animals were significantly lower in comparison to the control group (atrophy induced by dosing), thus making the differences in testosterone testis concentration between control and peptide treated animals even more pronounced. Although the binding affinity of linearGnRH1 on the LHRH receptor was not as high as the binding affinity of leuprolide (~ 15 nM versus <1 nM), the in vivo efficacy between the two analogues was similar (at the tested dose), suggesting that the enhanced stability or bioavailability of linearGnRH1, compensates for binding affinity differences. LinearGnRH1 was also found to be anti – proliferative upon dosing in LNCaP cells (as potent as the superagonist leuprolide). It is possible that linearGnRH1 can play a significant role for the treatment of hormone – dependent cancers, by acting not only at the pituitary level (thus, suppressing the pituitary – testicular axis), but also by exerting an antitumor activity directly on cancer cells, as has been previously shown for other LHRH agonists (Maudsley et al., 2004; Marelli et al., 2006). Except for linearGnRH1, selected cyclic analogues (cyclicGnRH1, cyclicGnRH2, cyclicGnRHDL1, cyclicGnRHDL2) exhibited a distinct pharmacokinetic profile. Their pharmacodynamic profiles should be evaluated further employing the novel LC – MS/MS based approaches developed and validated in this study. Overall, the novelty of the approach described herein consists of (i) the LC – MS/MS methodologies coupled with in vitro and in vivo bioassays developed, validated and employed that provide a distinct analytical tool and (ii) the facile preclinical pharmacological mouse model developed and employed. The approach aims to the pharmacokinetic/pharmacodynamic evaluation of the peptides of interest towards a new generation of peptide drugs.. stapled peptides.. mimetics. Considering the pharmacokinetic/ pharmacodynamic profiles of linearGnRH1, findings on this novel analogue satisfy our hypothesis according to which stable analogues of the LHRH super – agonists used in the clinic would be advantageous, either by allowing a reduction in dosing frequency or by allowing the use of analogues that act directly on the tumor, with possible additive effects and subsequent enhancements in efficacy. LinearGnRH1 can serve as the platform for the rational drug design of new chemical entities (stapled peptides, mimetics) for the treatment of hormone – dependent cancers and/ or endocrine disorders.