The RNA cap structure is a fundamental feature of most known eukaryotic mRNAs and some viral RNAs, It is important for the stability, transport and translation of mRNAs. It is co-transcriptionally synthesized via the action of 3 consecutive enzymatic reactions: (1) A RNA triphosphatase which cleaves off the 5' terminal phosphate of nascent RNAs; (2) A RNA guanylyltransferase which transfers a GMP moiety onto the acceptor RNA; (3) A RNA (guanine-N7) methyltransferase which methylates the cap guanine at the N7 position. Through the end of the 1990's until now, the crystal structures of several capping enzymes have been solved. However, these structures, although very insightful in themselves, failed to provide any instructive information on several key issues regarding enzyme-substrate interactions. For instance, one of the first breakthrough crystallographic studies in RNA capping chemistry led to the elucidation of the yeast RNA triphosphatase structure (the Cet1 protein). However, in the crystal structure, the Cet1 protein was bound to a sulphate molecule, which was hypothesised to be mimicking the product of the RNA triphosphatase reaction- a phosphate molecule.The inability to capture the RNA triphosphatase in complex with its ligands is probably on account of the inherent thermodynamic instability of this protein when bound to RNA or a nucleotide. A structural definition of the active site of the yeast RNA triphosphatase in complex with an appropriate substrate is still lacking. In addition, the elucidation of the structure of the RNA guanylyltransferase of the Paramecium bursaria chlorella virus -1 (PBCV-1) in several different conformations has been a landmark study which greatly contributed towards the understanding of the catalytic pathway of this model enzyme. On the other hand, despite the presence of the natural substrate-GTP, within the active site of the enzyme, the rationale behind the GTP specificity of RNA guanylyltransferase remains poorly understood. Moreover, a molecular mechanism for the RNA guanylyltransferase reaction is still missing. Finally, the importance of the RNA cap for the process of eukaryotic translation is undisputable. However, the relationship between the RNA cap and translation has been mostly studied indirectly through proteins which bind to the cap structure. Most studies pertaining directly to the impact of the binding of the RNA cap structure have been restricted to investigating the inhibitory potential of various cap analogues on the translation process. Studies on the effects of modified RNA caps at the 5' ends of RNAs have only started in the last few years, and more importantly, the necessity of the N7-methyl group on RNA cap analogues had not been addressed. This thesis therefore aims to provide a structural insight into the structural dynamics of enzyme-ligand(s) interactions of the model S. cerevisiae's RNA triphosphatase and the PBCV-1 RNA guanylyltransferase. In addition, we show that purine analogues can be a useful tool for the study of several cellular processes, such as RNA translation. In the process we have uncovered a novel class of RNA capping enzyme in the flavivirus genus of the Flaviviridae family of RNA viruses, thus providing a more succinct insight into the flaviviral replication complex.

La déstabilisation des structures G-quadruplex au niveau des acides nucléiques a des répercussions physiologiques importantes. L’accentuation des connaissances concernant les processus cellulaires associés au métabolisme des structures des G4 est primordiale. Une panoplie d’hélicases à G4 est impliquée dans le métabolisme des structures G4, notamment l’hélicase humaine DHX36. Il a été déterminé au préalable par certains groupes de recherche que l’hélicase DHX36 se lie à son substrat l’ARN G4 et utilise des nucléosides triphosphates afin de catalyser le dépliement de la structure G-quadruplex. Toutefois, l’interaction avec l’ARN G4 a été sommairement caractérisée et la spécificité nucléotidique n’a toujours pas été évaluée. Ainsi, nous avons décidé d’approfondir les connaissances du mécanisme de dépliement de la structure du G4 d’ARN par l’hélicase DHX36. Notamment, en évaluant la thermodynamique de l’interaction entre l’hélicase et l’ARN G4 afin de révéler particulièrement l’efficacité de liaison mais également en évaluant la spécificité nucléotidique de l’hélicase DHX36 afin d’effectuer le dépliement de l’ARN G4. La combinaison des analogues de nucléotides et le modèle structural permettent de révéler les caractéristiques structurales et fonctionnelles de l’interaction entre l’hélicase humaine DHX36 et l’ATP. Nos analyses permettent de constater que l’enzyme DHX36 est en mesure d’utiliser autant l’ATP que GTP afin de dérouler les structures G4 d’ARN ayant, par contre, une spécificité accrue pour la molécule d’ATP.

A doença de Alzheimer (DA) é uma doença neurodegenerativa que causa perda progressiva e irreversível das funções cerebrais, atualmente não tem cura e não existe um tratamento específico eficaz. Uma estratégia para o tratamento paliativo é restaurar o neurotransmissor acetilcolina utilizando fármacos inibidores das enzimas colinesterase (ChEI), nesse contexto a tacrina foi o primeiro fármaco aprovado para o tratamento da DA. Há mais de uma década os análogos dímeros da tacrina, conhecidos como bis-tacrina, mostraram maior eficiência na inibição da enzima acetilcolinesterase (AChE) comparativamente ao fármaco tacrina e seus análogos, devido à ação simultânea em dois sítios da enzima, catalítico e periférico. Desde então, vários compostos dímeros e híbridos contendo o núcleo tacrina tem sido sintetizados e testados como ChEI. Neste trabalho realizou-se a síntese de dímeros quirais do tipo bis-tacrina, onde dois núcleos da tacrina com substituintes quirais estão conectados por uma cadeia espaçadora de carbonos metilênicos. A reação de condensação de Friedlander foi a estratégia adotada para a obtenção do núcleo tacrina, onde uma ciclocetona quiral de origem terpênica foi condensada com um ácido o-aminobenzóico na presença de POCl3, formando os intermediários do tipo 9-cloroacridinas quirais. As ciclocetonas quirais foram sintetizadas a partir da reação de retro-aldol do monoterpeno natural pulegona, comercialmente disponível nas formas (R)-(+)- e (S)-(-). A preparação dos homodímeros envolveu a reação de substituição nucleofílica aromática (SNAr) entre as 9-cloroacridinas e a 1,7-heptanodiamina, que contém a cadeia alquílica espaçadora. A síntese dos heterodímeros necessitou a preparação dos precursores 9-(1,7-diaminoeptil)-1,2,3,4-tetraidroacridina, contendo o núcleo tacrina e o grupo amino separados pela cadeia espaçadora, para posterior reação de SNAr com as 9-cloroacridinas. Os produtos obtidos neste trabalho foram purificados por cromatografia em coluna e caracterizados por espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN) de 1H e 13C, no infravermelho (IV), atividade óptica e medidas de ponto de fusão. As análises de atividade óptica mostraram que a quiralidade foi mantida nos intermediários e nos produtos finais sintetizados. Foram realizados ensaios biológicos de inibição das enzimas AChE e BuChE com os compostos quirais disponíveis, e os dímeros da série (R) mostraram ser ativos como inibidores das enzimas. / Alzheimer’s disease (AD) is a progressive neurodegenerative disorder which causes progressive and irreversible loss of brain functions and currently has no cure and no effective specific treatment. A strategy for palliative treatment of AD is the restoration of neurotransmitter acetylcholine using drugs cholinesterase inhibitors (ChEI) and tacrine was the first drug approved for the treatment of AD. About fifteen years ago, bis(n)-tacrine analogues linked by an alkylene chain were prepared, and it was proved that these dimeric molecules of tacrine offered a much stronger potency and selectivity toward AChE. Bis(7)-tacrine simultaneously binds at both the CAS and the PAS sites and provides a higher selectivity towards AChE over BuChE.. Since then, several dimmers and hybrid compounds containing the nucleus tacrine, have been synthesized and tested as cholinesterase inhibitors. In this work were carried out the syntheses of chiral homodimers and heterodimers of bis-tacrine type, where two nucleus of tacrine with chiral substituents were connected by an alkyl chain as spacer. The Friedländer condensation reaction was performed to obtain the tacrine nucleus, the cycloketone from a chiral terpene source was condensed with an o-aminobenzoic acid in the presence of POCl3, forming 9-chloroacridine intermediates. The chiral cycloketone were obtained from natural monoterpene pulegone, commercially available in (R)-(+)- and (S)-(-) enantiomers. The preparation of homodimers involved the nucleophilic aromatic substitution (SNAr) reaction between 9-chloroacridines and 1,7-diaminoheptane, which contains the spacer alkyl chain. The synthesis of heterodimers required the preparation of precursor 9-(1,7-diaminoheptyl)-1,2,3,4-tetraydroacridine, containing tacrine nucleus and the amino group separated by spacer chain, for subsequent SNAr reaction with the 9-chloroacridines. The products obtained in this work were purified by column chromatography and characterized by nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy of 1H and 13C, infrared spectroscopy (IR), optical activity and melting point measurements. The analysis of optical activity showed that the chirality was maintained in the intermediate and final products synthesized. Biological assays of inhibition of AChE and BuChE enzymes were performed with chiral compounds. The dimers of (R)-series were active as cholinesterase inhibitors.

Development of enzymatic labelling methods has been driven by the importance of studying molecular structures and interactions to comprehend cellular processes. Methyltransferases (MTases), which regulate genetic expression by transferring a methyl group from the cofactor S-adenosyl-L-methionine (SAM) to DNA, histones and various proteins, have been shown to accept SAM analogues with an alternative alkyl group on the sulfonium centre. These alkyl groups can be transferred to the substrate, and with a further reaction can be selectively functionalized. Thus, MTases together with SAM analogues have emerged as novel labelling tools. The project aims to use MTases to obtain an orthogonal system that can selectively use a SAM cofactor analogue to transfer functional chains to proteins with a specific motif. To achieve selectivity of the system, the SAM analogue cofactor was modified on the ribose ring; to obtain a new transferase activity of the system, the transferable methyl on the sulfonium centre was changed to a different substituent. SAM analogues were produced enzymatically with hMAT2A by using 3'-deoxy-ATP and methionine or ethionine. Mutants of SET8 and novel substrates were designed to have modifications at residues in the active site, within the vicinity of the ribose ring of SAM, and were assessed for selective activity with the new analogue cofactor. The results showed that the new cofactor 3'-deoxy-S-adenosyl-L-methionine (3'dSAM) was efficient in the mono-methylation of the substrate peptide RFRKVL, and that the mutant SET8 C270V exhibited over 13 fold MTase activity in presence of 3'dSAM and the RFRKVL substrate, in comparison with the activity with the WT sequence RHRKVL and the SAM cofactor. In addition, glutathione S-transferase (GST) was used as a model protein to express the motif RFRKVL, to transform it into a potential substrate for SET8. Assessment of the MTase activity of SET8, 3'dSAM and the novel GST substrate indicated mono-methylation of the substrate. Moreover, the motif showed no interference with GST native activity. Based on the observations, a new enzymatic system shows higher selectivity with a new analogue cofactor over SAM to effectively methylate proteins expressing the consensus RFRKVL. Work on substrates, enzymes and cofactors should continue to obtain a functional-chain transferase activity of the enzymatic system.

La compréhension de la corrosion du fer à très long terme intéresse aussi bien le domaine de la conservation/restauration, que celui du génie civil. Un des aspects du premier de ces domaines, est toute l'attention portée par les spécialistes à la détermination de l'ancienne surface d'un objet corrodé, appelée aussi surface d'origine ou surface archéologique. En effet, celle-ci est une source importante d'informations sur la forme originelle de l'objet, sa fonction et son utilisation avant abandon, autant de données indispensables pour, notamment, orienter les choix de restauration. Sa localisation au sein d'un agencement souvent complexe de produits de corrosion, constitue une opération délicate qui doit s'appuyer sur un examen précis, mais aussi sur une bonne connaissance du processus d'altération. Quant au second domaine, c'est dans le cadre de la prévision que la compréhension de la corrosion à très long terme revêt toute son importance, avec en particulier les problèmes liés au vieillissement des structures métalliques enterrées, telles que les canalisations. Plus spécifiquement, la problématique liée au stockage des déchets nucléaires porte sur la détérioration des matériaux métalliques à l'horizon de plusieurs milliers d'années. En effet, un des éléments de la multi-barrière envisagée pour séparer les déchets de la biosphère pourra être réalisé en alliage métallique ferreux. Si l'on sait prédire la corrosion sur quelques décennies, l'extrapolation à des durées considérablement plus longues ne peut que s'appuyer sur des modèles mathématiques, que l'on cherche en partie à valider grâce à des essais de simulation.

Tuberculosis (TB) is the disease arising from infection by Mycobacterial tuberculosis and kills millions of people every year. Difficulties in the treatment of TB and the emergence of multiple-drug resistant and extreme-drug resistant M. tuberculosis strains have increased interest in finding new antimycobacterial agents. The cell wall of mycobacteria is essential for the survival of these bacteria and enzymes involved in its assembly are key targets for anti-mycobacterial chemotherapy. One of the largest components of the cell wall is the arabinogalactan, which is composed of arabinofuranose (Araf) and galactofuranose (Galf) residues. These monosaccharides are incorporated into the polysaccharide by arabinosyltransferases and galactosyltransferases that employ decaprenolphophoarabinose (DPA) and uridine diphospho-galactofuranose (UDP-Galf) as the donor substrate, respectively. The synthesis of analogues of DPA and UDP-Galf as potential inhibitors of mycobacterial glycosyltransferases is presented in the thesis. Carbohydrate mimics of Araf and Galf that have a bicyclo[3.1.0]hexane at the core were prepared. Key steps involved the formation of bicyclo[3.1.0]hexane system via an intramolecular displacement reaction followed by a separation by converting a mixture of enantiomers into diastereomers. The absolute configuration of these species was confirmed by X-ray analysis of a crystalline derivative of the Araf analogue. The bicyclo[3.1.0]hexane based mimics were then alkylated with various aldehydes through reductive amination to form the DPA and UDP-Galf analogues. The synthesis of the sulfonium ion analogs of Galf was also carried out. The precursor of these compounds, a cyclic sulfide, was synthesized in nine steps from D-arabinitol. The key step is a conversion of an olefin into hydroxymethyl group thus establishing a stereogenic centre that is essential in forming a molecule that is a mimic of the galactofuranose ring. This sulfide was then coupled with alkyl halides to form sulfonium ion compounds in good yields. All of the DPA and UDP-Galf analogues were tested for their ability to inhibit GlfT2, a key galactofuranosyltransferase involved in the synthesis of the galactan portion of the mycobacterial arabinogalactan. Most of the compounds showed weak inhibition of the enzyme; however, a few were moderately active and are the mode of inhibition of these analogues is currently being studied.

No description available.

No description available.

La poly(A) polymérase (PAP) est une enzyme essentielle pour le métabolisme de la cellule qui catalyse l'ajout d'une longue séquence de polyadénosines à l'extrémité 3' des ARNm. Cet ajout, effectué par un large complexe multi-protéique de clivage et de polyadénylation est nécessaire pour la stabilité, le transport et la traduction des ARNm. L'ATP est la molécule qui sert de source d'énergie à la PAP et représente aussi son unique substrat pour la réaction de polyadénylation. La PAP est une enzyme hautement conservée de la levure à l'humain et est même encodée dans le génome de certains virus. En effet, elle est aussi retrouvée chez les eucaryotes inférieurs, comme les levures, et même certains virus à ADN encodent une enzyme jouant le même rôle. Le champignon Candida albicans , source d'infections sévères surtout chez les patients immunodéprimés, encode sa propre PAP. L'étude de cet organisme tantôt levure unicellulaire, tantôt champignon mycellaire demeure essentielle en raison de la perte d'efficacité des antibiotiques actuellement disponibles découlant de l'émergence de souches multi-résistantes. La PAP représente une nouvelle cible thérapeutique fort intéressante due à son implication directe dans les étapes de maturation des ARNm, processus essentiel à tout organisme eucaryote. L'étude présentée dans ce mémoire se concentre sur l'étude du site actif de la PAP de C. albicans , plus précisément au niveau des interactions moléculaires associées à la sélection du substrat par l'enzyme. Le but final est de déterminer les groupements fonctionnels favorisant la reconnaissance de l'ATP au niveau du substrat nucléotidique, mais aussi de déterminer les acides aminés de la protéine qui sont potentiellement impliqués dans cette sélection moléculaire. Pour ce faire, une gamme d'analogues de nucléotides, principalement de purines, a été testée pour évaluer la capacité de ceux-ci à compétitionner avec le substrat pour le site actif de l'enzyme. Du côté de la protéine, plusieurs mutants ponctuels ont été produits afin d'évaluer la discrimination de ces mutants envers les différents nucléotides et/ou analogues de nucléotides. La sélection des acides aminés mutés s'est basée sur le modèle bioinformatique de la PAP de C. albicans généré à partir de la radiocristallographie de la PAP d'un autre organisme eucaryote effectué en présence d'ATP et d'ARN, Saccharomyces cerevisiae . Les résultats ont en effet démontré que la présence d'un groupement donneur de pont hydrogène en position 6 d'une purine permet sa liaison au site actif de l'enzyme et son transfert subséquent sur le brin d'ARN. En effet, ceci explique en grande partie la discrimination entre l'ATP et le GTP par la protéine. Aussi, l'apport de certains acides aminés tels Asn-222, Met-306 et Cys-307 dans ce mécanisme de distinction des nucléotides a été démontré. De manière insoupçonnée, certains analogues se sont avérés de bons substrats pour la PAP malgré leur modification chimique, donnant lieu à une queue poly(A) modifiée chimiquement. L'impact de cette modification sur la stabilité et l'efficacité de traduction d'ARNm portant divers types de modification sur la queue poly(A) a donc été évalué en cellules. Il s'avère que la stabilité semble négativement affectée de manière générale alors que l'efficacité de traduction s'est vu être dépendante du type de modification chimique.

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.