Οι πρωτεϊνικές αλληλεπιδράσεις (PPI) αναφέρονται στην σύνδεση δύο ή περισσοτέρων πρωτεϊνών ώστε να εκτελεστεί μια βιολογική λειτουργία. Την τελευταία δεκαετία, νέες τεχνολογίες υψηλής απόδοσης για τον εντοπισμό αυτών των αλληλεπιδράσεων έχουν παράγει μεγάλης κλίμακας σύνολα δεδομένων τόσο του ανθρώπου όσο και των περισσοτέρων ειδών. Με την αναπαράσταση αυτών των δεδομένων σε δίκτυα, με τους κόμβους να αναπαριστούν τις πρωτεΐνες και τις ακμές τις αλληλεπιδράσεις, μπορούν να εξαχθούν χρήσιμες πληροφορίες σχετικά με τον προσδιορισμό της λειτουργίας των πρωτεϊνών/πρόβλεψη ή σχετικά με το πώς να σχεδιαστούν κατάλληλα φάρμακα που προσδιορίζουν τα νέα γονίδια-στόχους για τον καρκίνο ή τους μηχανισμούς που ελέγχουν (ή ρυθμίζουν) τις βιολογικές αλληλεπιδράσεις που είναι υπεύθυνες για την καλή ή την κακή λειτουργία ενός κυττάρου. Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής, κληθήκαμε να κάνουμε λειτουργική πρόβλεψη των πρωτεϊνών στο δίκτυο πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων του ανθρώπου εφαρμόζοντας μια μέθοδο δυναμικής επικάλυψης η οποία βασίζεται στον έλεγχο του πώς οι ταλαντωτές οργανώνονται σε ένα «αρθρωτό»(modular) δίκτυο σχηματίζοντας διεπαφές συγχρονισμού και κοινότητες επικάλυψης. Μελετήσαμε το δίκτυο πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων του ανθρώπου και τις κλάσεις λειτουργιών θεωρώντας ένα σύνολο ταλαντωτών φάσης (phase oscillators) με μία τοπολογία συνδέσεων που ορίζεται από το δίκτυο πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων του ανθρώπου. Συγκεκριμένα, αρχίσαμε με μία απλή ομαδοποίηση για κάθε πρωτεΐνη και έπειτα χρησιμοποιήσαμε την μέθοδο δυναμικής επικάλυψης για τον προσδιορισμό των λειτουργιών των πρωτεϊνών του PPI δικτύου. Στην συνέχεια, εντοπίσαμε εκείνες τις πρωτεΐνες οι οποίες δεν είχαν ομαδοποιηθεί σωστά καθώς και τις πρωτεϊνες που ήταν πιθανόν να «συμμετείχαν» σε περισσότερες από μία λειτουργικές κλάσεις (πολυλειτουργικές πρωτεΐνες). Με κατάλληλο έλεγχο των αλληλεπιδράσεων μεσαίας κλίμακας του δικτύου των δυναμικών συστημάτων που δημιουργήθηκε παρήχθησαν χρήσιμες πληροφορίες για τις μικρής και μεγάλης κλίμακας διαδικασίες μέσω των οποίων οι βιολογικές διεργασίες οργανώνονται σε ένα κύτταρο γεγονός που αποκαλύπτει ότι η μέθοδος είναι ικανή όχι μόνο να εντοπίσει τις μη σωστά ομαδοποιημένες πρωτεΐνες αλλά και να αποκαλύψει αυτές που έχουν διπλή λειτουργικότητα (2 λειτουργίες). / Protein-protein interactions (PPI) refer to the binding of two or more proteins to perform a biological function. In the last decade, novel high-throughput technologies for detecting those interactions have produced large-scale data sets across human and most model species. By embedding these data in networks, with nodes representing proteins and edges the detected PPIs, useful information can be extracted regarding protein functional annotation/prediction or on how to design proper drugs, identifying new targets on cancer, or mechanisms to control (or regulate) the biological interactions responsible for the functioning,or malfunctioning, of a cell. Under the framework of my master thesis, I had to apply a method of dynamical overlap based on the inspection of how oscillators organize in a modular network by forming synchronization interfaces and overlapping communities to the human PPI network. I studied the human protein interaction network (PIN) and its functional modules by considering an ensemble of phase oscillators with a topology of connections defined by the human PIN. In particular, I started with a single classification for each protein and I used the dynamical overlap method for identifying/predicting of the proteins function(s) in the PPI network. Then, I identified all those proteins that were misclassified and those proteins that were likely to be involved in more than one of the functional categories in our data(multifunctional proteins). A proper inspection on the meso-scale interactions of the generated network of dynamical systems provided useful information on the micro- and macro- scale processes through which biological processes are organized in a cell, that is, the method is not only able to identify the misclassified proteins but also to unveil those proteins that have double functionality.

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.

Η αποσαφήνιση της σχέσης του γονοτύπου με το φαινότυπο ενός οργανισμού είναι μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις των επιστημών ζωής σήμερα. Για την επίτευξη του στόχου αυτού, η κατανόηση της δομής και της ρύθμισης του δικτύου πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων (ΔΠΑ) είναι ένα από τα καθοριστικά στάδια αυτής της συσχέτισης. Πρώτο βήμα προς την κατεύθυνση αυτή αποτελεί η λεπτομερής και ακριβής ανακατασκευή του ΔΠΑ. Πειραματικά αποτελέσματα που υποστηρίζουν πρωτεϊνικές αλληλεπιδράσεις δημοσιεύονται στη βιβλιογραφία, από όπου η γνώση αυτή εξορύσσεται είτε μέσω άμεσης καταγραφής από ερευνητές είτε μέσω υπολογιστικών αλγορίθμων ανάλυσης κειμένου, και αποθηκεύεται σε πρωτογενείς βάσεις δεδομένων πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων (ΒΔΠΑ). Για το ΔΠΑ στον άνθρωπο, υπάρχουν αρκετές ΒΔΠΑ, οι οποίες λόγω διαφορετικών στόχων, τρόπων εξόρυξης γνώσης από τη βιβλιογραφία και διαφορετικής διαχείρισης της βάσης, παρουσιάζουν μικρή επικάλυψη, περιγράφουν τα δεδομένα τους με ασύμβατο μεταξύ τους τρόπο και ορολογία, και ορίζουν τις πρωτεϊνικές αλληλεπιδράσεις μέσω διαφορετικών επιπέδων αναφοράς της γονιδιακής πληροφορίας. Για την ενοποίηση δεδομένων πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων από διάφορες πρωτογενείς βάσεις έχουν αναπτυχθεί μετα-βάσεις, οι οποίες προσπαθούν να ξεπεράσουν τα προβλήματα που προκύπτουν από την ετερογένεια των ΒΔΠΑ. Και στην περίπτωση των μεταβάσεων, όμως, ανακύπτουν προβλήματα, που αφορούν: α) στο ότι το δίκτυο ορίζεται με βάση τις πρωτεϊνικές αλληλεπιδράσεις και όχι τις πρωτεΐνες-κόμβους του ΔΠΑ, β) στον πλεονασμό κωδικών ταυτοποίησης των πρωτεϊνών στα διάφορα επίπεδα αναφοράς της γονιδιακής πληροφορίας, γ) στην ετερογένεια του τρόπου κανονικοποίησης των κωδικών ταυτοποίησης πρωτεϊνών, δ) στην υστέρηση της ανανέωσής τους σε σχέση με τις πρωτογενείς βάσεις και ε) στην επιλογή των δεδομένων που καταγράφονται από τις ΒΔΠΑ. Ο σκοπός αυτής της εργασίας είναι ο σχεδιασμός και η ανάπτυξη μιας μετα-βάσης δεδομένων για το δίκτυο πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων στον άνθρωπο, PICKLE, που να προσφέρει επαρκείς λύσεις στα προβλήματα αυτά. Η μεγάλη διαφορά σε σχέση με τις υπάρχουσες μετα-βάσεις είναι ο ορισμός του ΔΠΑ με βάση το αξιολογημένο πλήρες ανθρώπινο πρωτεϊνωμα (Reviewed complete Human Proteome), όπως αυτό ορίζεται από τη βάση δεδομένων γνώσης πρωτεϊνικής πληροφορίας UniProt ΚΒ. Για τις πρωτεΐνες αυτές αναζητήθηκε η σχετική πληροφορία αλληλεπιδράσεων στις πέντε κύριες δημόσιες βάσεις πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων στον άνθρωπο, DIP, HPRD, IntAct, MINT και BioGRID. Τα προβλήματα του πλεονασμού και της κανονικοποίησης λύθηκαν μέσω της ανάπτυξης μίας κατάλληλης γονιδιακής οντολογίας, η οποία μας επέτρεψε να συνδέσουμε το πλήρες ανθρώπινο πρωτεϊνωμα με τα υπόλοιπα επίπεδα αναφοράς της γενετικής πληροφορίας, δρώντας παράλληλα ως ένας ευέλικτος και ακριβής μηχανισμός κανονικοποίησης. Για τη γρήγορη ανανέωση των δεδομένων της μετα-βάσης, αναπτύχθηκε μια αυτοματοποιημένη διαδικασία σύνδεσης και ενημέρωσής της από τις PPIDBs. Η πρώτη έκδοση της PICKLE κατέγραψε 83720 αλληλεπιδράσεις για 12418 UNIPROT IDs από το σύνολο των 20225 του πλήρους ανθρώπινου πρωτεϊνωματος, που υποστηρίζονται από 27.590 δημοσιεύσεις. Η PICKLE θα εμπλουτιστεί με ένα φιλικό προς το χρήστη γραφικό περιβάλλον και θα συνδεθεί με εργαλεία ανάλυσης δικτύων και ομικών δεδομένων, για να αποτελέσει πολύτιμο εργαλείο σε βιοϊατρικές μελέτες και εφαρμογές. / The elucidation of the underlying relationship between an organism’s genotype and its expressed phenotype is currently one the greatest challenges faced by life sciences and biology in general. In order to achieve that, the better understanding of the inner structure and regulation mechanisms of the protein-protein interaction (PPI) networks is of great importance. The first step towards that goal is the detailed and accurate reconstruction of the PPI network itself. The scientific literature is constantly being updated with new experimental results supporting PPI evidence, which in turn are fed into primary PPI databases (PPIDB) by the use of either curators or text mining algorithms. Currently there is a large number of PPIDB referring to the human PPIs. Since many of them have different goals, literature curation methods, and database administration strategies, it is not surprising that they also exhibit a limited PPI overlap and incompatible terminology for PPI intera\-ctors, i.e. use of arbitrary levels of genetic organization. A number of meta-databases have been developed in order to achieve integrated overviews of PPI networks while circumventing the problems inherent in the field of primary PPI databases. Unfortunately, meta-databases have a number of issues of their own, such as: a) top-down network definition based on protein interactions instead of interactors, b) protein identifier redundancy in all levels of reference, c) the use of {\it ad hoc} normalization methods, d) infrequent updating and d) insufficient information stored. The major goal of this thesis is the design and implementation of PICKLE (Protein Interaction Knowledge Base), a meta-database for the human PPI network created specifically to tackle the aforementioned problems. PICKLE’s novelty stems from its unique approach to PPI network definition, following a bottom-up reconstruction method based on UniProt’s reviewed complete human proteome (RCHP) definition. Five primary PPIDB (DIP, HPRD, IntAct, ΜΙΝΤ and BioGRID) were mined for interactions explicitly constrained by UniProt’s proteome definition. Furthermore, in order to tackle the issues of redundancy and inadequate normalization, a specific ontology was designed which allowed linking of the RCHP set with all the other levels of genetic organization while also serving as an agile yet accurate normaliza\-tion mechanism. In order to address the issue of updating, an autonomous means of data collection and integration was developed. PICKLE’s maiden release recorded 83720 direct PPIs involving 12418 UniProt IDs (out of 20225) supported by a total of 27590 publications. PICKLE, an evolving valuable bioinformatics for biomedical research and red biotechnology applications tool will soon be updated with a user-friendly interface and upgraded by linking it with network analysis software and various omics datasets.

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.