Five pyrimidine C-nucleosides were prepared via Heck-type coupling reactions. These derivatives are designed to mimic dC and dU (or T). The minor groove O2 carbonyl in each derivative is replaced by a hydrogen, a fluorine, or a methyl group. The hydrogen-substituted dC analogue was converted into a 2’,3’-dideoxynucleoside, which was converted into a 5’-triphosphate derivative. The other two dC analogues were transformed into 5’-triphosphate derivatives immediately after Heck coupling reactions. These analogues will allow an examination of the nature and role of minor groove interactions between incoming triphosphates and various polymerases. / Thesis (MS) — Boston College, 2008. / Submitted to: Boston College. Graduate School of Arts and Sciences. / Discipline: Chemistry.

<p>Ostvarene su vi&scaron;efazne stereospecifične sinteze tiazolnih C-nukleozida, novih analoga, odnosno mimetika tiazofurina polazeći iz D-glukoze i D-ksiloze. Ispitana je <em>in vitro </em>citotoksična aktivnost sintetizovanih C-nukleozida prema odabranim humanim tumorskim ćelijskim linijama (K562, HL 60, Jurkat, Raji, PC 3, HT-29, MCF-7, MDA-MB-231, HeLa i Hs 294T) kao i prema ćelijama normalnih fetalnih fibroblasta pluća (MRC-5).</p> / <p>Multiphase stereospecific synthesis of thiazole C-nucleosides, new analogues and mimics of tiazofurin,&nbsp;has been achives starting from D-glucose and D-xylose.&nbsp;<br />We examined the in vitrocytotoxic activity of&nbsp;synthesized C-nucleosides by selected human tumor cell&nbsp;lines (K562, HL 60, Jurkat, Raji, PC 3, HT-29, MCF-7,&nbsp;<br />MDA-MB-231, HeLa and Hs 294T) and the cells of&nbsp;normal fetal lung fibroblasts (MRC-5).</p>

Le virus de l’hépatite C (VHC) est, encore aujourd’hui, un problème de santé mondiale majeur entraînant dans certains cas des cirrhoses et des hépatocarcinomes. De nombreux efforts ont été fournis depuis les années 80 afin de développer un traitement efficace et sûr de cette infection touchant les hépatocytes. Le traitement interféron/ribavirine, utilisé dans les années 2000, a aujourd’hui été remplacé par des thérapies utilisant des agents antiviraux directs, beaucoup plus efficaces. Ces traitements restent cependant perfectibles notamment du fait de certains effets secondaires, de leur coût élevé et de potentielles interactions médicamenteuses avec d’autres composés thérapeutiques. L’équipe de glycochimie du Laboratoire de Chimie Biologique s’est intéressée à la synthèse de C-nucléosides analogues de la ribavirine. Parmi-eux, un composé, le SRO91, s’est révélé efficace contre des réplicons du VHC et présente une faible toxicité. Dans le but d’améliorer l’activité anti-VHC du SRO91, deux axes ont été développés dans ce projet : l’adressage vers les cellules du foie, et l’amélioration de la pénétration cellulaire. Un premier conjugué entre un galactoside et SRO91 a ainsi été synthétisé, afin de profiter de la forte interaction du galactose avec les récepteurs aux asialoglycoprotéines, principalement exprimés à la surface des hépatocytes. Afin d’améliorer sa pénétration cellulaire, le nucléoside a également été conjugué à des peptides de fusion du VHC. Ces séquences peptidiques très hydrophobes sont capables de s’insérer dans la membrane cellulaire et de permettre la fusion. Trois peptides ont été sélectionnés en se basant sur la littérature : HCV3 (VFLVG), HCV6 (YVGDLSGSVFL) et HCV7 (SWHINRTALNSNDS), synthétisés par SPPS puis conjugués au nucléoside ou à un fluorophore. L’activité membranotropique des peptides sur des liposomes a alors été étudiée par calorimétrie (DSC et ITC), spectrofluorescence et microscopie à épifluorescence. Ces études ont ainsi permis de montrer que, parmi les séquences sélectionnées, HCV7 semble montrer la meilleure activité en pénétration membranaire alors que HCV6 s’est révélé être la séquence la plus fusogénique. / Hepatitis C virus (HCV) is a global healthcare issue responsible for cirrhosis and hepatocarcinoma. Strong efforts have been made since the 80’s to develop efficient and safe treatments for this liver infection. Hence, the treatment based on interferon/ribavirin, developed in 2002, has been replaced by much more efficient therapies involving direct-acting antivirals. However, the different side-effects, high cost and possible drug-drug interactions make room for improvements to this treatment. In the Laboratoire de Chimie Biologique, several C-nucleosides, analogs of ribavirin have been developed. Among them, one compound, named SRO91, seems effective against HCV replicons with low toxicity. This thesis work focused on improving SRO91 anti-HCV activity by implementing a targeting strategy and enhancing cell-penetration. We built our targeting strategy on the strong interaction between galactose and asialoglycoprotein receptors. Thus, a SRO91-galactose conjugate was synthesized, in order to address the antiviral to hepatocytes. To enhance cell-penetration we conjugated our nucleoside to HCV fusion peptides, since these highly hydrophobic sequences are able to anchor in cell membranes, leading to fusion. Three peptides were selected based on the literature: HCV3 (VFLVG), HCV6 (YVGDLSGSVFL) and HCV7 (SWHINRTALNSNDS), synthesized by SPPS and conjugated to SRO91 or a fluorescent tag. Several techniques were used to study the membranotropic activity of theses sequences on liposomes as membrane models, including calorimetry (DSC and ITC), spectrofluorescence and epifluorescence microscopy. Thus, among the selected peptides, HCV7 seems to be the more potent as a membrane-penetrating agent but HCV6 shows the best fusogenic activity.

<p>U ovom radu prikazana je sinteza 11 tiazolnih izostera goniofufurona (1-11),<br />4 konformaciono kruta analoga goniofufurona (12-15) i jednog butadiolnog<br />derivata&nbsp; tiazofurina&nbsp; (16).&nbsp; Takođe,&nbsp; izvr&scaron;eno&nbsp; je&nbsp; ispitivanje&nbsp; i&nbsp; poređenje<br />biolo&scaron;kih&nbsp; aktivnosti&nbsp; sintetisanih&nbsp; analoga&nbsp; sa&nbsp; sa&nbsp; aktivno&scaron;ću&nbsp; i&nbsp; selektivno&scaron;ću<br />kako GF i TF tako i doksorubicina, jedinjenja &scaron;irokog spektra dejstva (DOX).<br />Hiralni&nbsp; prekursor&nbsp; novosintetisanih&nbsp; jedinjenja&nbsp; 1-15&nbsp; bila&nbsp; je&nbsp; D-glukoza,&nbsp; a<br />jedinjenja 16 D-arabinoza.</p> / <p>A multistep synthesis of 11 novel thiazole isosteres of goniofufurone (1-11), 4 novel conformationally constrained isosteres of goniofufurone (12-15), as well as&nbsp; one&nbsp; butanediole&nbsp; derivative&nbsp; of&nbsp; tiazofurin&nbsp; (16)&nbsp; has&nbsp; been&nbsp; achieved.&nbsp; In&nbsp; vitro cytotoxicity of newly synthetized derivatives has been evaluated and compared with the cytotoxicities of goniofufurone, tiazofurin and doxorubicin.</p>

Die hydrolysestabile C-C-Bindung von Nukleosiden, deren Nukleobase über ein aromatisches oder methylen-verbrücktes Kohlenstoffatom an Ribose oder 2-Desoxyribose gebunden ist, ermöglicht die Synthese von neuartigen Strukturen und Eigenschaften, die bei N-Nukleosiden nicht stabil oder nicht gegeben wären. In dieser Arbeit wurde die die Cuprat-vermittelte Glycosylierung und die Friedel-Crafts-Alkylierung als Methoden zur Darstellung von Desoxyribose-basierenden C-Nukleosiden weiterentwickelt. Die Cuprat-vermittelte Glycosilierung ermöglichte die Synthese von C-Nukleosiden in bis zu 93% Ausbeute, wenn Grignard-basierende Normant-Cuprate verwendet wurden. Die Verwendung Organolithium-basierender Gilman-Cuprate war ebenfalls möglich. In Gegenwart von Sauerstoff wurden O-Glycoside isoliert in über 80 % Ausbeute isoliert. Mit den C-Nukleosiden wurden modifizierte Oligonukleotide, die als potentiell verbesserte Binder an M.TaqI und E.coli Dam dienen, dargestellt. Nach ihrer Charakterisierung über Schmelzwerte und Fluoreszenzeigenschaften wurde diese an die Arbeitsgruppe von Prof. Elmar Weinhold weitergereicht und dort erfolgreich als optimierte Binder an an M.TaqI und E.coli Dam getestet. Oligonukleotide, die ein oder mehrere 1,1-Binaphthyl-Chromophore als einen neuen Typus eines torsionsflexiblen Farbstoffes enthalten, wurden untersucht. Die Einführung mehrerer aufeinander folgender Binaphthyle führte zu einer thermodynamischen Stabilisierung von Duplex-Oligonukleotiden. Die geringe Neigung Binaphthyls zur Selbstlöschung bewirkte dabei einen starken Anstieg der Fluoreszenz. / The stable C-C-bond of ncleosides, whose nucleobase is attached to the ribose or 2-deoxyribose via an aromatic or methylen-bridged carbon atom, is stable to hydrolyses. This allows the synthesis of new structures and properties, which would not be available in N-nucleosides. In this work, a cuprate-mediated glycosilation and the Friedel-Crafts-alkylation as methods for the preparation of doxyribose-based C-nucleosides were developed. The cuprate-mediated glycosilation allowed the synthesis of C-nucleosides in up to 93 % yield, when Grignard-based Normant-Cuprates were used. The use of Organolithium-based Gilman-Cuprates was also possible. In the presence of oxygen O-glycosides were isolated in over 80 % yield. With the C-nucleosides modified oligonucleotides, which serve as potentially improved binders of the DNA-methyltransferases M.TaqI und E.coli, were prepared. After their charakterisation via melting point measurements and fluorescence properties, the oligonucleotides were given to the working group of Prof. Elmar Weinhold and successfully tested as improved binders of the DNA-methyltransferases M.TaqI und E.coli. Oligonucleotides, which contain one or multiple 1,1-binaphthyles as a new type of a torsionally flexible chromophore, were charakterised. The incorporation of several successive binaphthyls led to a thermodynamical stabilisation of the duplex-oligonucleotides. The low tendency of the Binaphthyl for self-quenching caused a remarkable increase of the fluorescence.

La Ribavirine est un analogue nucléosidique de la guanosine constitué d'un ribose et d'un noyau triazole. Cet antiviral, synthétisé en 1970, possède une activité contre différents virus comme le virus respiratoire syncytial chez les enfants en détresse respiratoire, les virus des hépatites B et E, ainsi que contre certains cancers et leucémies. Elle est surtout connue pour son utilisation dans le traitement de l'hépatite C, en combinaison avec l'Interféron. Cependant, l'efficacité de cette thérapie est limitée à certains génotypes du virus et les effets secondaires résultants sont nombreux. C'est pourquoi il est nécessaire de trouver d'autres analogues actifs contre l'hépatite C et moins toxiques afin d'offrir un traitement aux 170 millions d'individus atteints de cette maladie chronique et pouvant évoluer vers des cirrhoses et des cancers du foie. Par une méthodologie d'alcynylglycosylation médiée à l'indium suivie d'une cycloaddition 1,3 dipolaire, des C-nucléosides analogues de la Ribavirine ont été synthétisés. L'un deux, SRO-91, a montré une activité antivirale comparable à celle de la Ribavirine vis-à-vis de l'ARN polymérase du virus de l'hépatite C. L'objectif de cette thèse est donc de synthétiser d'autres C-nucléosides analogues sur le modèle de SRO-91. Des modifications ont été effectuées autant sur le ribose que sur le noyau triazole. Concernant les transformations du ribose, nous nous sommes intéressés à la position C2', notamment en introduisant une quaternisation avec différents groupements (CH3, CF3, F …) ou bien en désoxygénant cette position. Cette thèse décrit les différentes stratégies explorées pour la synthèse de plusieurs de ces C-nucléosides dont les activités antivirales seront étudiées ultérieurement. / Ribavirin is a nucleosidic analogue of guanosine composed of a ribose and a triazole ring. This antiviral compound, synthesized in 1970, exhibits an activity against a broad-range of viruses such as respiratory syncytial virus in respiratory distress children, hepatitis B and E viruses as well as some cancers and leukemia. It is especially known for its use in hepatitis C treatment in combination with Interferon. However, the efficiency of this therapy is limited to a few genotypes of the virus and leads to numerous side effects. Therefore, finding new efficient and less toxic analogs is necessary to treat the 170 million individuals that are chronically infected and at risk of developing cirrhosis and liver cancer. Thanks to a methodology of indium mediated alcynylglycosylation followed by a 1,3-dipolar cycloaddition, C-nucleosides analogs of Ribavirin have been synthesized. Among them, SRO-91, showed a comparable activity to Ribavirin towards hepatitis C virus ARN polymerase. This thesis' objective is to synthesize other C-nucleosides analogs based on SRO-91 model. Modifications have been made on the triazole ring as well as on the ribose. In regards to the ribose transformations, we have been interested into the C2' position, in particular by introducing a quaternisation with different moieties (CH3, CF3, F …) or by deoxygenating this position. This thesis describes the different strategies explored for the synthesis of some of these C-nucleosides whose antiviral activities will be studied later.