Τα φυσικά προϊόντα αποτελούν σημαντική πηγή βιοδραστικών ενώσεων με ποικίλο φαρμακολογικό ενδιαφέρον. Παρά την τεράστια πρόοδο που έχει συντελεστεί στη χημική σύνθεση φαρμάκων, ακόμα και σήμερα το ¼ των φαρμάκων που διατίθεται στην αγορά προέρχεται από φυσικές πηγές. Η σύγχρονη ανακάλυψη φαρμάκων βασίζεται πλέον στην εστιασμένη δράση ενώσεων έναντι συγκεκριμένων μοριακών στόχων που εμπλέκονται στην εμφάνιση και εξέλιξη της κάθε νόσου. Μοριακοί στόχοι με ιδιαίτερο ενδιαφέρον είναι και οι κυκλινο-εξαρτώμενες κινάσες (CDKs). Οι CDKs είναι μια κατηγορία πρωτεϊνικών κινασών οι οποίες μεταξύ άλλων διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο στη ρύθμιση και ομαλή εξέλιξη του κυτταρικού κύκλου, διασφαλίζοντας τον φυσιολογικό πολλαπλασιασμό των κυττάρων. Η απορρύθμιση της λειτουργίας τους έχει ως επακόλουθο την εμφάνιση διαφόρων παθολογικών καταστάσεων μεταξύ των οποίων και διαφόρων καρκινικών όγκων. Μέχρι σήμερα πληθώρα φυσικών και συνθετικών ενώσεων έχουν εμφανίσει ανασταλτική δράση έναντι των CDKs και αρκετές από αυτές βρίσκονται σε προχωρημένα στάδια κλινικών δοκιμών. Πρόσφατα πειραματικά δεδομένα έδειξαν ότι η CDK1, ελλείψει των υπολοίπων CDKs της μεσόφασης (2, 4, 6), επαρκεί για την ομαλή ολοκλήρωση του κυτταρικού κύκλου. Τα αποτελέσματα αυτά έγιναν αφορμή ώστε πολλές ερευνητικές προσπάθειες να στραφούν και προς την ανάπτυξη ενώσεων με εκλεκτική δράση έναντι της CDK1. Σκοπός της παρούσας μελέτης είναι ο σχεδιασμός και η σύνθεση νέων μικρών ετεροκυκλικών μορίων με πιθανή ανασταλτική δράση έναντι του ενζύμου CDK1. Συγκεκριμένα, σχεδιάσθηκαν νέα παράγωγα που θα έφεραν δύο νέους ισομερείς τετρακυκλικούς ινδολοαζεπινικούς σκελετούς. Ο σχεδιασμός των ενώσεων αυτών βασίστηκε σε δομικά χαρακτηριστικά φυσικών ή συνθετικών ενώσεων που έχουν μελετηθεί και έχουν εμφανίσει ανασταλτική δράση έναντι τόσο της CDK1 όσο και άλλων CDKs. Βασικό δομικό χαρακτηριστικό των τελικών μορίων, που έχει αποδειχθεί κρίσιμο για την εκδήλωση CDK ανασταλτικής δράσης σε συγγενείς ενώσεις, είναι ένας επταμελής λακταμικός δακτύλιος ο οποίος συμπυκνώνεται σε κατάλληλες θέσεις με έναν ινδολικό και έναν πυρρολικό δακτύλιο. Η υποκατάσταση του πυρρολικού δακτυλίου με μία καρβοξυαιθυλ-ομάδα στη θέση-2, σε συνδυασμό με την εισαγωγή κατάλληλων υποκαταστατών στον ινδολικό δακτύλιο, δύναται να οδηγήσει σε βιβλιοθήκες αναλόγων. Η προσέγγιση που ακολουθήθηκε για την σύνθεση των τελικών μορίων περιελάμβανε αμιδική σύζευξη κατάλληλων ινδολικών και πυρρολικών πρόδρομων ενώσεων και Pd-καταλυόμενη ενδομοριακή κυκλοποίηση (σύζευξη Heck) για τον σχηματισμό του βασικού τετρακυκλικού ινδολοαζεπινικού σκελετού. Στα πλαίσια της μελέτης, αρχικά μελετήθηκε η συνθετική πορεία παραλαβής αναλόγων ενός εκ των δύο αρχικά σχεδιασθέντων σκελετών. Η διερεύνηση και βελτιστοποίηση των ενδιάμεσων συνθετικών σταδίων οδήγησε στην σύνθεση 59 νέων ενδιάμεσων μορίων και 4 νέων τετρακυκλικών ινδολοαζεπινονικών τελικών προϊόντων. Τα τελικά προϊόντα έφεραν προστατευμένα τόσο το άζωτο του ινδολίου όσο και του πυρρολίου με την ίδια προστατευτική ομάδα, ενώ η προσπάθεια παραλαβής αναλόγων του μη προστατευμένου σκελετού δεν ήταν επιτυχής. Τέλος, η διερεύνηση της συνθετικής πορείας που θα απέδιδε ανάλογα του δεύτερου σκελετού δεν απέδωσε τα αναμενόμενα αποτελέσματα. / Natural products constitute an important source of bioactive compounds with a pharmacological interest. 25% of the drugs that are nowadays available in the market come from natural sources, despite the great progress in the field of chemical composition. Drugs’ development is currently based upon the focused action of certain compounds towards a specific molecular target which is involved in the appearance and evolution of each disease. Some such molecular targets of particular interest are the Cyclin-dependent kinases (CDKs). CDKs are a subfamily of protein kinases that regulate a number of cellular processes, including the cell cycle, ensuring the normality of cell division. The deregulation of their function leads to several diseases, including human tumour. To this day a large number of natural and chemical compounds have been characterized as CDK inhibitors and some of them are already in the late phases of clinical trials. Recent genetic studies have indicated that CDK1 is sufficient to drive the cell cycle in absence of other CDKs (2, 4, 6). These results have led researchers to develop compounds with selective inhibitory activity against CDK1. The current research aims at the development of new compounds with possible inhibitory activity against CDK1. The scientific process was more specifically based on the design and synthesis of new small heterocyclic, tetracyclic indoloazepino compounds. The design of the above compounds was based on structural features that exist in other already known natural or chemical CDK inhibitors. The biological results of similar compounds have indicated that the seven-member lactamic ring of structure has an important role in the inhibitory CDK activity. The basic structural component of the designed compounds, proven to be crucial for the manifestation of the CDK inhibitory function, is a seven member lactamic ring among a pyrrole and indole nuclei. The substitution of the pyrrole with a 2-ethyl-carboxylic substitute along with the introduction of substitutes on specific positions of the indole nuclei are expected to lead to the development of library compounds. The selected procedure includes amide coupling between specific indole and pyrrole compounds and finally C-C intermolecular coupling with Heck reaction. The final aim is to form the basic tetracyclic indoloazepino structure. The current research was primarily directed to the synthesis of one of the two already designed structures. The intermediate reactions of the above structure’s synthetic process were examined and optimized, leading to the isolation of 60 intermediate compounds and 4 new tetracyclic indoloazepino derivatives. In the final derivatives, the pyrrole and indole nitrogen appeared to be protected under the same protective group while an effort to remove these protective groups, through certain reactions, was unsuccessful. Finally, a research into a synthetic process that would provide corresponding derivatives with the second main structure, did not yield the expected results.

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.

Πολλές παθήσεις του καρδιαγγειακού συστήματος σχετίζονται με την λειτουργία του ενζύμου της διαλυτής γουανυλικής κυκλάσης (soluble guanylate cyclase, sGC). Η sGC εμπλέκεται στο μονοπάτι ΝΟ-sGC-cGMP το οποίο ενεργοποιείται από το βιολογικά διαθέσιμο μονοξείδιο του αζώτου (nitric oxide, ΝΟ). Πολλές παθολογικές καταστάσεις αντιμετωπίστηκαν για πάνω από 140 χρόνια με τη χρήση φαρμάκων που παρέχουν NO (ΝΟ-φάρμακα), χωρίς ωστόσο να είναι γνωστός ο μηχανισμός δράσης τους. Αν και τα φάρμακα αυτά συνεισέφεραν στη βελτίωση των παθολογικών καταστάσεων, ωστόσο παρουσίαζαν σημαντικά μειονεκτήματα. Για την αντιμετώπιση αυτών, το ενδιαφέρον στράφηκε στον σχεδιασμό και την σύνθεση ενώσεων των οποίων η δράση θα ήταν ανεξάρτητη από το ΝΟ. Μεταξύ αυτών, τα παράγωγα BAY 58-2667 και η HMR 1766 αποδείχθηκαν ενεργοποιητές της sGC. Στα πλαίσια της παρούσας μελέτης, σχεδιάσθηκαν και συντέθηκαν έξι νέα βενζοφουρανικά ανάλογα του HMR-1766, σε μία προσπάθεια ανακάλυψης νέων ενώσεων, ενεργοποιητών της sGC με ενισχυμένη δραστικότητα και εκλεκτικότητα δράσης. Η προσέγγιση που ακολουθήθηκε για την σύνθεση των τελικών προϊόντων περιελάμβανε την ανοικοδόμηση του βενζοφουρανικού δακτυλίου από υποκατεστημένα παράγωγα σαλικυλικού οξέος και την μετέπειτα σύζευξη αυτού με κατάλληλους δομικούς λίθους για τον σχηματισμό μίας σουλφοναμιδικής και μίας αμιδικής πλευρικής αλυσίδας. Στα πλαίσια της μελέτης, διερευνήθηκαν και βελτιστοποιήθηκαν όλα τα συνθετικά στάδια για την παραλαβή των ενδιάμεσων και των τελικών προϊόντων. Η μελλοντική αποτίμηση της βιολογικής δράσης των νέων ενώσεων αναμένεται να διευκρινίσει αν οι ενώσεις αυτές είναι ικανές να δράσουν ως ενεργοποιητές της sGC, αλλά και αν μπορούν να αποτελέσουν χρήσιμα χημικά εργαλεία για την διευκρίνιση δομικών πληροφοριών του ενζύμου. Το δεύτερο τμήμα της παρούσας εργασίας, αφορά στον σχεδιασμό και την σύνθεση νέων αναλόγων του φυσικού προιόντος Hymenialdesine (HMD). Η HMD είναι ένα φυσικό προϊόν το οποίο έχει αποδειχθεί αναστολέας πολλών πρωτεϊνικών κινασών, όπως των κυκλινο-εξαρτώμενων κινασών (CDKs), η υπερλειτουργία των CDKs ενέχεται στην εμφάνιση παθολογικών καταστάσεων (καρκίνος, νευροεκφυλιστικές παθήσεις, διαβήτης). Στόχος της μελέτης ήταν ο σχεδιασμός και η διερεύνηση της σύνθεσης νέων σπειρανικών ινδολοαζεπινικών αναλόγων της HMD, με ενισχυμένη ανασταλτική και εκλεκτική δράση έναντι των CDKs. Για το σκοπό αυτό, μελετήθηκε η μετατροπή της 5-κετονομάδας της αζεπινο[3,4-b]ινδολο-1,5-διόνης σε ένα αμινο-υποκατεστημένο στερεογονικό κέντρο μέσω νουκλεόφιλης προσβολής της πρόδρομης χειρόμορφης t-βουτυλοσουλφινυλ-ιμίνης. Διερευνήθηκαν ποικίλες πειραματικές συνθήκες για τη βελτιστοποίηση σχηματισμού τόσο της ενδιάμεσης σουλφινυλ-ιμίνης, όσο και της υποκατάστασης αυτής. Τα συνθετικά αυτά στάδια θεωρούνται κρίσιμα και η βελτιστοποίηση τους απαραίτητη για την ομαλή εξέλιξη του συνθετικού σχήματος. Τα αποτελέσματα που καταγράφηκαν στα πλαίσια της μελέτης αναμένεται να συμβάλλουν ουσιαστικά στην επιτυχή ολοκλήρωση της σύνθεσης των νέων σπειρανικών αναλόγων της HMD. / Many cardiovascular diseases are connected with the activity of soluble guanylate cyclase (sGC). sGC is part of the NO-sGC-cGMP pathway, which is activated by the biologically available nitric oxide (NO). Many drugs that release NO (NO-drugs) have been used for more than 140 years. Although these drugs have contributed to the treatment of these diseases, they have presented some disadvantages. Thus, new compounds have been discovered whose activity is independent of NO. Compounds BAY 58-2667 and HMR-1766 belong to this new class of compounds and are characterized as sGC activators. In the first part of this study, six new benzofuran derivatives of HMR-1766 were designed and synthesized, aiming at the discovery of new compounds, activators of sGC with enhanced activity and selectivity against sGC. The synthetic approach involves the initial formation of benzofuran ring from substituted derivatives of salicylic acid and its coupling with selected building blocks. The optimazation of all synthetic steps for the synthesis of the intermediate and final products was also part of this study. The biological evaluation of the new compounds is expected to reveal their biological activity as sGC activators and/or their role as chemical tools for the structural elucidation of the enzyme. The second part of this study, concerns the design and synthesis of new derivatives of Hymenialdesine (HMD). HMD is a natural product with inhibitory activity against many protein kinases, such as cyclin-dependent kinases (CDKs). Hypeactivation of CDKs is implicated in pathological disorders such as cancer, neurodegenerative diseases and diabetes. The aim of the study was the synthesis of new spiro-indolazepino derivatives of HMD with potential enhanced inhibitory activity and selectivity against CDKs. The transformation of the 5-ketogroup of the azepino[3,4-b]indol-1,5-dione to a new amino-substituted stereogenic center by nucleophilic attack of the intermediate chiral tert-sulfinylimine was the key-step of the synthetic approach. The results of this study are expected to contribute substantially to the synthesis of new spiro HMD derivatives.