This research has focused on the development of novel coumann derivatives containing peptide-like side chains as potential HIV-1 protease inhibitors. The reaction of various salicylaldehyde derivatives with tert-butyl acrylate In the presence of 1,4- diazabicyclo[2.2.2]octane (DABCO) has afforded a series of Baylis-Hillman adducts in moderate yield. Cyclisation of the adducts in the presence of HCI afforded the corresponding 3-(chloromethyl)coumarin derivatives, which have been reacted with various amine hydrochlorides in the presence of Proton Sponge® to afford a series of novel 3- (aminomethyl)coumarin derivatives, which were fully characterised by NMR and HRMS methods. Various approaches to the introduction of hydroxyl or amino groups at the C-4 position of coumarin and the 3-(chloromethyl)coumarin derivatives have been explored; these have included dihydroxylation of the coumarin double bond, and the synthesis of 4- benzylaminocoumarin derivatives as potential intermediates. The Vilsmeier-Haack and Mannich reactions have also been investigated as possible methods of introducing the desired peptide-like functionality. Computer modelling of selected structures has indicated that some of the novel 3- (aminomethyl)coumarin derivatives may exhibit activity as inhibitors of HIV-1 protease. The planned enzyme inhibition assays were unfortunately precluded by the aqueous insolubility of the selected compounds. Three ¹³C NMR chemical shift algorithms, viz., Modgraph Neural Network, Modgraph HOSE and Chern Window, have been applied to selected compounds prepared in this study. The Modgraph Neural Network algorithm was found, in all cases, to provide the most accurate correlations with the experimentally-determined chemical shifts. / KMBT_363 / Adobe Acrobat 9.54 Paper Capture Plug-in

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2017-07-28T14:50:20Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) ATIVIDADE ANTICOLINESTERÁSICA DE PLANTAS DA CAATINGA COM INDICAÇÃO POPULAR PARA DISTÚRBIOS DO SIS.pdf: 10498637 bytes, checksum: 6697d682e5713ad3939431b53b38ec0b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-28T14:50:20Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) ATIVIDADE ANTICOLINESTERÁSICA DE PLANTAS DA CAATINGA COM INDICAÇÃO POPULAR PARA DISTÚRBIOS DO SIS.pdf: 10498637 bytes, checksum: 6697d682e5713ad3939431b53b38ec0b (MD5) Previous issue date: 2016-03-18 / FACEPE / No Brasil e no mundo há um crescimento na população de idosos e conforme as pesquisas demográficas recentes, esse aumento se explica como consequência de uma redução da fertilidade e mortalidade observada ao longo do século XX. A idade pode ser considerada como um dos fatores de risco melhor aceito para o desenvolvimento de diversas doenças, destacando-se entre elas a Doença de Alzheimer (DA). No entanto até hoje, não existe uma causa única que pode levar ao desenvolvimento da DA, mas sim um conjunto de fatores, a exemplo do estresse, danos físicos (traumas ou pancadas), déficit no metabolismo e vascularização cerebral, que associados a hipótese colinérgica, poderiam explicar melhor o surgimento desta doença. Atualmente, a terapêutica disponível para a DA baseia-se principalmente nesta hipótese, não sendo possível a cura, mas apenas o retardo da evolução da doença bem como o alívio nos sintomas que a mesma apresenta, que de certa forma contribui com a qualidade de vida dos pacientes. No entanto, estão em fase não clínica de testes alguns candidatos que poderiam atuar sobre a formação das placas amilóides e diminuição dos agregados protéicos insolúveis, o que poderia evitar a evolução da doença para etapas mais severas. Na perspectiva de busca de novos fármacos, os produtos naturais apresentam relevância e as endemias de algumas espécies vegetais as deixam com composição química características daquele local específico. A Caatinga, por exemplo, é um bioma dominado por um dos tipos de vegetação cuja distribuição é totalmente restrita ao Brasil. Diante disto, o presente trabalho teve como objetivo buscar novas substâncias com potencial atividade anticolinesterásica e que possam servir como alternativa para o tratamento da DA, levando em consideração a hipótese colinérgica como uma das principais causas da doença. Partindo de uma pesquisa etnofarmacológica com indicação de plantas medicinais utilizadas para patologias que pudessem ter relação ao sistema nervoso, foram coletadas 23 espécies, sendo duas partes diferentes de duas espécies particularmente, e obtidos extratos com três polaridades para cada uma, gerando 75 amostras para estudo. Apenas 26,7% apresentaram resultado positivo no pre-teste qualitativo de inibição da enzima AChE. Quando realizado o teste falso positivo, este número diminuiu para 30% do resultado positivo, sendo representado por 8% do total de amostras analisadas. Das 30 amostras analisadas quantitativamente, apenas 13,3% apresentaram fraca atividade inibitória da AChE, 43,3% apresentaram moderada atividade e 43,3%, apresentaram potente atividade, sempre levando-se em consideração a menor concentração estudada (0,5 mg/mL). Destacaram-se com melhores resultados Citrus limonum, Ricinus communis e Senna occidentalis, com porcentagem de inibição da atividade anticolinesterásica variando de 50% até 65%, na menor concentração. Estas espécies tiverem seus extratos de média e baixa polaridade submetidas a Cromatografia Gasosa-Espectrometria de Massa. Foi possível perceber a presença de classes de compostos em comum entre as amostras, como os derivados de terpenoides e cumarinas, que em alguns estudos na literatura científica são citados com a atividade anticolinesterásica. Com maior frequência entre os melhores resultados, C. limonum foi escolhida para os testes de isolamento e doseamento de cumarinas, para o qual foram encontrados teores de 688,57 ±3,94 mg/g de extrato para fração de diclorometano. Ao ser particionada, esta amostra apresentou resultados de porcentagem de inibição anticolinesterásica entre 74,6% a 94,4%, sendo possível isolar o composto caracterizado como 2H-1-Benzopiran-2-ona-5,7-dimetoxi. As frações da amostra de metanol apresentaram inibição da AChE entre 92,3% e 100%. Os resultados obtidos para C. limonum mostram o potencial desta espécie para o tratamento da DA. / In Brazil, as well as in the world, there is an increase in the elderly population, and according to recent demographic research this increase is explained as a consequence of decreased fertility and mortality observed throughout the twentieth century. Age can be considered as one of the most accepted risk factors for the development of several diseases, for example Alzheimer's disease (AD). However, until today, a single cause cannot lead to the development of AD, but a set of factors, such as stress, physical injury (trauma or strokes), deficits in metabolism and brain vasculature that associated with cholinergic hypothesis could better explain the emergence of this disease. Currently, the treatment available for AD is mainly based on this assumption, it is not possible to cure, but the disease progression can be delayed, relieving the symptoms presented which in a certain way contributes to the patients‟ quality of life. However, in preclinical testing there are some candidates that could act on the formation of amyloid plaques and reduction of insoluble protein aggregates, which could prevent the disease progression to more severe stages. In the search for new drugs, natural products have relevance, and the endemic of some species of plants let them with anatomy and chemistry characteristics of that specific location. The Caatinga, for example, is a biome dominated by one type of vegetation which distribution is completely restricted to Brazil. Therefore, this study was aimed at seeking new substances with potential acetylcholinesterase activity, which could serve as an alternative for the treatment of AD, taking into consideration the cholinergic hypothesis as one of the main causes of the disease, starting from an ethnopharmacological research with medicinal plants used for diseases that could be related to the nervous system. Twenty-three species were collected, and it was obtained extracts with three polarities for each one, generating 75 samples to study. Only 26.7% were positive in the qualitative test of AChE enzyme. When the false positive test is performed this number decreases to 30% of the positive results, being represented by 8% of the total samples. From the 30 samples analyzed quantitatively, only 13.3% had weak inhibitory activity of AChE, 43.3% had moderate activity and 43.3% showed potent activity, always taking into account the lowest concentration studied (0.5 mg / mL). Those with the best results were Citrus limonum, Ricinus communis and Senna occidentalis, with percentage of inhibition of acetylcholinesterase activity varying from 50% to 65%, at lowest concentration. These species had their average and low polarity extracts subjected to Gas Chromatography-Mass Spectrometry. It was possible to perceive the presence of classes of compounds in common between the species, such as terpenes and coumarin, which in some studies in the scientific literature are cited with the activity in question. With a higher frequency among the best results, C. limonum was chosen for the isolation and dosing tests of Coumarins, in which were found levels of 688.57 ± 3.94 mg / g for fraction of extract of dichloromethane. By being partitioned, this sample showed results of acetylcholinesterase inhibition percentage of 74.6% to 94.4%, being possible to isolate the compound described as 2H-1-benzopyran-2one-5,7-dimethoxy. The fractions of methanol sample showed inhibiting between 92.3% and 100%. The results for C. limonum showed the potential of this species for the treatment of AD.

Electronic excitation energy transfer from coumarins to xanthene dyes in different media has been investigated. Nonradiative energy transfer between coumarin 1 (d) and fluorescein (a), in 95% ethanol and in n-octanol takes place with critical transfer distances: 48.4 A (d-a) and 21.0 A (d-d) in 95% ethanol, and 46.4 A (d-a) and 25.4 A (d-d) in 1-octanol. The rate constants of nonradiative energy transfer and energy migration in these two solvents were compared with the rates of diffusion. Energy transfer in the three-component system coumarin 1/fluorescein/rhodamine B, was studied. The critical transfer distances between each two of the three components were: 48.4 A for coumarin 1/fluorescein; 42.2 A for coumarin 1/rhodamine B; and 65.5 A for fluorescein rhodamine B respectively. The quantitative description of this three component system indicates that, using our modified correction factors, the experimental data coincided satisfactorily with Kusba-Bojarski general equations of multi-component luminescence system. Nonradiative energy transfer between coumarin 6 and rhodamine 3B in poly-(methyl methacrylate) was studied. The fluorescence quantum yields of coumarin 6 in the monomer and polymer were measured to be 1.00 and 0.94 respectively. The calculated critical transfer distances were: 50.0 A (d-a) and 38.9 A (d-d) in the monomer; and 47.7 A (d-a) and 38.2 A (d-d) in the polymer. Unexpected high energy transfer efficiency was observed in the polymer. Environmental effects on the fluorescence of the fluorophore and the mechanism of energy transfer in fluid and rigid solutions were discussed. Fluorescence quantum yields of coumarin 1 in various alcohols were measured to be: 0.573 in 95% ethanol; 0.688 in ethanol; 0.826 in n-propanol; 0.814 in n-butanol; 0.818 in n-pentanol; 0.912 in n-hexanol; 0.846 in n-heptanol; 0.869 in n-octanol; 0.876 in n-nonanol and 0.882 in n-decanol. The fluorescence lifetimes of coumarin 1 in these alcohols, were calculated to be: 2.23; 3.20; 3.67; 3.42; 3.76; 3.47; 3.35; 3.88; 3.64; and 3.57 ns respectively. Solvent effects on the quantum yields were discussed.

As cumarinas são compostos com potente atividade biológica. Foi explorada sua funcionalização, iniciando pela sua bromação, gerando o composto 3-bromocumarina, utilizado como material de partida para as reações de acoplamento do tipo Suzuki-Miyaura, que são uma das reações mais empregadas para a formação de ligação carbono-carbono, a qual utiliza paládio como catalisador e ácidos e ésteres borônicos como nucleófilo. Esses ácidos e ésteres borônicos possuem desvantagens, por isso foram substituídos pelos sais de organotrifluoroboratos de potássio, que são mais nucleofílicos, estáveis à umidade e à luz e não são higroscópicos. Assim, foi associada a catacterística reativa da cumarina para gerar derivados cumarínicos. Foram utilizados sais de ariltrifluoroboratos de potássio na primeira etapa e alquiniltrifluoroboratos de potássio na segunda etapa. Após o término destas duas etapas, foi utilizado o acoplamento de Sonogashira para a geração de um segundo material de partida, o 3-etiniltrimetilsililcumarínico, para poder sintetizar os 1,2,3-triazolilcumarínicos através da 1,3-dipolar cicloadição de Huisgen. Os 1,2,3-triazóis também possuem vasta atividade biológica, sendo de grande interesse sua preparação. / The coumarins are compounds with great biologic activity, for this reason in this dissertation we explored the functionalization beginning with bromination, generating the compound 3-bromocoumarin, used as starting material for the Suzuki-Miyaura cross-coupling reactions.The Suzuki-Miyaura cross-coupling reactions is one of the most employed protocol for carbon-carbon bond formation that use palladium as catalyst, boronic acid and ester as nucleophiles. But this boronic acid and ester have drawback and were substituted for potassium organotrifluoroborate salts that are more nucleophilic, moisture and light stable and are not hygroscopic. In this context, we associated the coumarin reactivity characteristic with the methodology mentioned above for create coumarin derivatives. We used potassium aryltrifluoroborate salts in the first step and potassium alkynyltrifluoroborate salts for the second step. After finished both steps mentioned before, we used the Sonogashira coupling to create the second starting material, the 3-((trimethylsilyl)ethynyl)-2H-chromen-2-one, so we could synthesize the 1,2,3-triazolyl coumarins through Huisgen 1,3-dipolar cycloaddtion. The 1,2,3-triazole also have a huge biologic activity, that represent a large interest for your preparation.

Betalaínas são pigmentos vegetais encontrados em algumas espécies de flores fluorescentes. Betalaínas derivadas de aminocumarinas primárias (cBeets) e carboestiril 124 (csBeet124) foram desenvolvidas em nosso grupo de pesquisa para serem usadas como sondas fluorescentes em aplicações de biologia celular. Esta dissertação de mestrado mostra o efeito da metilação das porções imínicas das cBeets e da csBeet124 sobre as suas cinéticas de hidrólise e propriedades fotofísicas. Os quatro derivados N-metilados foram semissintetizados a partir do acomplamento entre o ácido betalâmico e as aminas secundárias em rendimentos entre 15 − 60%. A N-metilação na porção imínica das betalaínas resultou em um aumento da estabilidade hidrolítica de cerca de 20 vezes, sem afetar drasticamente os perfis de absorção e fluorescência ou os rendimentos quânticos de fluorescência. Os resultados obtidos são importantes na ampliação do conhecimento acerca das relações entre a estrutura e as propriedades de betalaínas em solução aquosa. / Betalains are plant pigments found in some species of fluorescent flowers. Betalains derived from primary aminocoumarins (cBeets) and carbostyril 124 (csBeets124) were developed in our research group to be used as fluorescent cell probes. This dissertation shows the effect of the methylation at the imine portion from cBeets and csBeet124 on their hydrolitic kinetics and photophysical properties. The four N-methylated derivatives were semisynthesized from the coupling between betalamic acid and the secondary amines within 15 − 60% yields. N-methylation at the iminic portion of betalains resulted in a hydrolytic stability increase of about 20-fold without affecting drastically their absorption and fluorescence profiles or fluorescence quantum yield. The results obtained are important to increase the knowledgement about the relationships between structure and properties of betalains in aqueous solution

Betalaínas são pigmentos vegetais encontrados em algumas espécies de flores fluorescentes. Betalaínas derivadas de aminocumarinas primárias (cBeets) e carboestiril 124 (csBeet124) foram desenvolvidas em nosso grupo de pesquisa para serem usadas como sondas fluorescentes em aplicações de biologia celular. Esta dissertação de mestrado mostra o efeito da metilação das porções imínicas das cBeets e da csBeet124 sobre as suas cinéticas de hidrólise e propriedades fotofísicas. Os quatro derivados N-metilados foram semissintetizados a partir do acomplamento entre o ácido betalâmico e as aminas secundárias em rendimentos entre 15 − 60%. A N-metilação na porção imínica das betalaínas resultou em um aumento da estabilidade hidrolítica de cerca de 20 vezes, sem afetar drasticamente os perfis de absorção e fluorescência ou os rendimentos quânticos de fluorescência. Os resultados obtidos são importantes na ampliação do conhecimento acerca das relações entre a estrutura e as propriedades de betalaínas em solução aquosa. / Betalains are plant pigments found in some species of fluorescent flowers. Betalains derived from primary aminocoumarins (cBeets) and carbostyril 124 (csBeets124) were developed in our research group to be used as fluorescent cell probes. This dissertation shows the effect of the methylation at the imine portion from cBeets and csBeet124 on their hydrolitic kinetics and photophysical properties. The four N-methylated derivatives were semisynthesized from the coupling between betalamic acid and the secondary amines within 15 − 60% yields. N-methylation at the iminic portion of betalains resulted in a hydrolytic stability increase of about 20-fold without affecting drastically their absorption and fluorescence profiles or fluorescence quantum yield. The results obtained are important to increase the knowledgement about the relationships between structure and properties of betalains in aqueous solution

As cumarinas são estruturas interessantes aos olhos da química medicinal, apresentando diversas atividades biológicas sobre os mais variados alvos. Neste trabalho, em um primeiro momento, realizamos a extração com CO2 em meio supercrítico das cumarinas de Pterocaulon balansae, planta nativa do Rio Grande do Sul que apresenta em sua composição grandes quantidades destes compostos. A extração com CO2 supercrítico apresentou rendimentos satisfatórios em massa de sete cumarinas previamente descritas para estas espécies. Dentre estes se destacam os compostos majoritários 7-(2,3-epoxi-3-metil-3-butiloxi)-6-metoxicumarina e 5,6-dimetoxi-7-(2’,3’-epoxi-3-metilbutiloxi) cumarina. Realizamos também a síntese de 4-metilcumarinas através de reação de Pechmann, obtendo o composto LaSOM 77 (7-hidroxi-4-matilcumarina) com excelentes rendimentos, onde realizamos uma diversificação estrutural através da adição de um linker e posteriormente a síntese de triazóis através de “Click Chemistry”. Para tanto, utilizamos uma biblioteca de 35 alcinos disponíveis comercialmente e outros 3 sintetizados em nosso laboratório. Sendo assim, obtivemos uma biblioteca de 38 híbridos cumarina-triazol que apresentaram excelentes rendimentos, em tempos reacionais que variaram entre 20 e 50 minutos de reação sob irradiação de microondas. Os testes biológicos preliminares frente a linhagens cancerígenas indicaram que os compostos sintetizados apresentam potencial utilização como anticancerígenos, sendo ativos frente a linhagens celulares de câncer de pulmão, fígado e mama, apresentando baixa toxicidade em células sadias. A partir das investigações teóricas e experimentais relacionadas à este trabalho foi produzido um artigo de revisão, intitulado “New insights into the chemistry and antioxidante activity of coumarins” está aceito pelo periódico Current Topics in Medicinal Chemistry. / Coumarins are interesting structures for the medicinal chemistry, because present several biological activities. At first, we performed the supercritical CO2 extraction from Pterocaulon balansae, a plant native from Rio Grande do Sul, which has in its composition large amounts of these compounds. The extraction with supercritical CO2 showed satisfactory yields of seven coumarins previously described for this species. Among these compounds the coumarins 7-(2,3-epoxy-3-methyl-3-butyloxy)-6-methoxycoumarin e 5,6-dimethoxy-7-(2’,3’-epoxy-3-methylbutyloxy) coumarin are the majority compunds. We also performed the synthesis of 4-methylcoumarins using Pechmann reaction, obtaining the compound LaSOM 77 (7-hydroxy-4-methyl-coumarin) in excellent yield and perfomed the structural diversification trougth the addition of a linker and subsequentely synthesis of 1,2,3-triazoles by Click Chemistry. Therefore, was used a colection of 35 commercialy available alkynes and other 3 synthesized in our laboratory to obtain a colection of 38 coumarin-triazole hybrids in excellent yields and time of reaction ranging betwenn 20 and 50 minutes under microwave radiation. Preliminary biological tests against cancerous strains indicated that the synthesized compounds have potential use as anticancer agents against cell lines of lung, liver and breast cancer. From the theorical and experimental data from this work, one review paper was produced: The article is intitled “New insights into the chemistry and antioxidante activity of coumarins” is accepted to the journal "Current Topics in Medicinal Chemistry".

Os neutrófilos são células fagocíticas do sistema imune inato com mecanismos especializados de digestão de patógenos, complexos imune e detritos celulares, que são mediados principalmente por espécies reativas de oxigênio (EROs) e enzimas proteolíticas. Entretanto, a ativação maciça de neutrófilos leva a uma liberação exacerbada de enzimas e EROs para o meio extracelular, o que pode ultrapassar a capacidade de defesa tecidual, composta por antioxidantes e antiproteinases, e lesar o tecido, bem como amplificar o processo inflamatório observado em algumas doenças inflamatórias, autoimunes e infecciosas. O envolvimento de neutrófilos na fisiopatologia de tais doenças tem atraído o interesse na pesquisa de novas substâncias com propriedades antioxidantes e imunomodulatórias. Neste trabalho, foi avaliado o efeito modulatório de onze derivados de cumarinas hidroxiladas e acetoxiladas sobre duas funções efetoras de neutrófilos humanos (produção de EROs e desgranulação), bem como a citotoxicidade dessas substâncias. Além disso, a relação estrutura-atividade foi analisada. Para tais investigações, o sangue venoso foi coletado de voluntários saudáveis e os neutrófilos foram isolados pelo método da gelatina. O metabolismo oxidativo dos neutrófilos foi desencadeado por zimosan opsonizado com soro humano normal (ZIops) ou forbol-12-miristato-13-acetato (PMA), e a resposta celular foi avaliada pelos ensaios de quimioluminescência dependente de lucigenina (QLluc) ou de luminol (QLlum). Para a realização desses ensaios, foram padronizadas as seguintes condições experimentais: concentração das sondas luminol e lucigenina; concentração do solvente dimetilsulfóxido; tempo de leitura da QLuc e QLlum. Posteriormente, a atividade antioxidante das cumarinas frente ao radical 2,2-difenil-1-picrilhidrazil (DPPH) foi avaliada espectrofotometricamente em 510 nm. Além disso, foi avaliado o efeito das cumarinas na desgranulação dos neutrófilos induzida por n-formil-metionil-leucil-fenilalanina (fMLP), utilizando-se a enzima elastase como marcador, bem como o efeito dessas substâncias na atividade da elastase liberada pelos neutrófilos. Ambos os ensaios foram realizados através da quantificação de p-nitroanilina liberada após a quebra de um substrato específico para essa enzima, em 405 nm. A toxicidade das cumarinas sobre os neutrófilos foi avaliada pela exclusão do azul de tripan e pela medida da liberação de lactato desidrogenase. Observou-se que, tanto para as células estimuladas por ZIops quanto por PMA: (i) a maioria das cumarinas inibiu a QLluc e a QLlum de maneira dependente da concentração, sendo que as mais ativas (C, D) possuíam grupos orto-diidroxi; (ii) quatro cumarinas (A, B, F, G) inibiram a QLluc, mas aumentaram a QLlum; (iii) a cumarina não-substituída (K) não teve efeito modulatório significativo sobre a QLlum ou QLluc; (iv) ordem de efeito inibitório das demais substâncias (E, H, I, J) foi dependente do número e posição dos grupos substituintes, bem como do tipo de sonda quimioluminescente (luminol ou lucigenina) e do estímulo utilizado. Verificou-se também que três cumarinas (C, D, H) tiveram atividade antioxidante significante frente ao radical livre DPPH. Além disso, quatro das substâncias avaliadas (A, B, E, G) inibiram a desgranulação dos neutrófilos, mas nenhuma delas (A - K) interferiu na atividade da elastase. A análise do conjunto de resultados obtidos sugere que o número e posição dos grupos hidroxil e acetil no esqueleto cumarínico foram importantes para a modulação do metabolismo oxidativo de neutrófilos humanos, sendo que, dependendo do tipo de EROs medida, tais características estruturais podem levar a um efeito anti- ou pró-oxidante. Além disso, o efeito modulatório das cumarinas sobre as funções efetoras dos neutrófilos foi dependente o tipo de estímulo utilizado, e não foi mediado pela toxicidade dessas substâncias, nas condições ensaiadas. Sendo assim, os resultados obtidos podem auxiliar no entendimento dos requisitos estruturais das cumarinas necessários para uma modulação eficiente das funções efetoras dos neutrófilos envolvidas em doenças inflamatórias. / Neutrophils are phagocytic cells from the innate immune system with highly developed mechanisms for intracellular digestion of pathogens, immune complexes and cell debris, which are mainly mediated by reactive oxygen species (EROs) and proteolytic enzymes. However, massive neutrophil activation lead to release of large amounts of enzymes and EROs to the extracellular milieu, that may overpower the tissue defense systems, composed of antioxidants and antiproteinases, and damage the tissue, as well as contribute to the amplification of the inflammatory process found in some inflammatory, autoimmune and infectious diseases. The involvement of neutrophils in the physiopathology of such diseases has attracted the interest in the search of new compounds with antioxidant and immunomodulatory properties. In this work, we evaluated the modulatory effect of eleven hydroxylated and acetoxylated coumarin derivatives in two effector functions of human neutrophils (EROs production and degranulation) as well as the cytotoxic effects of these compounds. In addition, the structure-activity relationship was analyzed. Venous blood was collected from healthy volunteers and neutrophils were isolated by the gelatin method to perform our experiments. The neutrophil oxidative metabolism was triggered by normal human serum-opsonized zymosan (ZIops) or phorbol-12-myristate-13-acetate (PMA), and the cellular response was evaluated by the lucigenin (QLluc)- or luminol (QLlum)-amplified chemiluminescence assays. In order to conduct this study, the following experimental conditions had to be established: concentration of the chemiluminescence probes luminol and lucigenin; concentration of the solvent dimethylsulfoxide; the QLluc and QLlum reaction time. Afterwards, the antioxidant activity against 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl radical (DPPH) was evaluated spectrophotometrically at 510 nm. Moreover, the effect of coumarins in the n-formyl-metionyl-leucyl-phenylalanine (fMLP)-induced neutrophil degranulation was evaluated by using elastase as marker, and the effect of these compounds in the elastase activity were also evaluated. Both assays were performed by measuring the elastase-mediated p-nitroaniline release from a specific substrate (405 nm). Toxicity of coumarins to the neutrophils was evaluated by trypan blue exclusion and measurement of lactate dehydrogenase release. Considering both, ZIops and PMA-stimulated neutrophils, we observed that: (i) most of coumarins inhibited the QLluc and the QLlum in a concentration-dependent manner, being the orto-dihydroxylated (C, D) the most active ones; (ii) four coumarins (A, B, F, G) inhibited the QLluc but increased the QLlum; (iii) the unsubstituted coumarin (K) had no significant modulatory effect on QLlum or QLluc; (iv) the rank order of inhibitory effect among the other compounds (E, H, I, J) was dependent on the number and position of substituents, as well as the type of chemiluminescent probe (luminol or lucigenin) and stimulus used. In addition, we observed that three coumarins (C, D, H) had a significant antioxidant activity against DPPH, and four compounds (A, B, E, G) inhibited the neutrophil degranulation, but none of the tested coumarins (A - K) interfered in the elastase activity. Taken together, our results suggest that the number and position of the hydroxyl and acetyl groups in the coumarin moiety were important to modulate the human neutrophil oxidative metabolism. Depending on the type of EROs measured, such structural features can lead to an anti- or pro-oxidant effect. Furthermore, the modulatory effect of coumarins on the neutrophil effector functions was dependent on the type of stimulus used, but it was not mediated by toxicity of these compounds to the neutrophils, under the assessed conditions. Therefore, the results described herein may be helpful to understand the structural requirements of coumarins to reach an efficient modulation of the neutrophil effector functions involved in inflammatory diseases.

A formação de complexos antígeno-anticorpo ou imunocomplexos (ICs) na circulação e sua eliminação faz parte dos mecanismos de defesa imune humoral do ser humano. Em algumas patologias, como lupus eritematoso sistêmico, artrite reumatóide e vasculite auto-imune, ocorre um desequilíbrio nesse processo, que leva à deposição dos ICs nos tecidos e ao desencadeamento de uma reação inflamatória. Esta, por sua vez, envolve o recrutamento e ativação de neutrófilos, que têm importante participação na patogênese dessas doenças. A ativação dos neutrófilos pelos ICs, via receptores para a porção Fc de IgG (FcR) e receptores de complemento (CR), desencadeia diversas funções efetoras, tais como fagocitose, desgranulação e o metabolismo oxidativo, com a produção de espécies reativas de oxigênio (EROs). Estas funções estão envolvidas na digestão dos ICs, na morte de microorganismos, e na regulação do processo inflamatório. Entretanto, nas doenças mediadas por ICs, os neutrófilos ativados liberam grandes quantidades de enzimas e EROs para o meio extracelular, contribuindo para a lesão dos tecidos do hospedeiro e a amplificação do processo inflamatório. Neste trabalho foi avaliado o efeito modulatório de vinte derivados de 3-fenilcumarina nas funções de neutrófilos estimulados por ICs de ovalbumina (OVA) e IgG anti-OVA. Além disso, foi feita a investigação mecanismos de ação dessas substâncias e a análise da relação estrutura-atividade. O metabolismo oxidativo dos neutrófilos ativados por ICs foi medido por ensaio de quimioluminescência dependente de lucigenina ou de luminol (QLlucPMN e QLlumPMN, respectivamente). Observou-se que as 3-fenilcumarinas contendo o grupo substituinte 3,4-metilenodioxi e o grupo substituinte 6,7-orto-diidroxi (C13) ou 6,7-orto-diacetoxi (C13a), bem como a 3-fenilcumarina 6,7,3,4-tetraacetoxilada (C24a), apresentaram atividade inibitória maior que a quercetina (QUER) sobre a QLlucPMN e a QLlumPMN. Para as demais substâncias avaliadas, que foram tão ou menos ativas que a QUER, as características estruturais relacionadas à inibição da QLlucPMN foram um pouco diferentes daquelas relacionadas à inibição da QLlumPMN. Além disso, as 3-fenilcumarinas estudadas e a QUER não apresentaram efeito tóxico sobre os neutrófilos, avaliado pela liberação de lactato desidrogenase e pelo ensaio de exclusão ao corante Azul de Tripan, nas condições empregadas. Para as três 3-fenilcumarinas que apresentaram maior efeito inibitório sobre o metabolismo oxidativo dos neutrófilos (C13, C13a e C24a), o aumento do tempo de pré-tratamento levou a uma tendência de redução do efeito inibitório da substância C24a, mas não influenciou na atividade biológica das substâncias C13 e C13a. Essas três substâncias não interferiram na capacidade fagocítica das células, avaliada por microscopia eletrônica de transmissão. Para todas as 3-fenilcumarinas foi avaliada também a capacidade antioxidante frente ao radical livre 2,2-difenil-1-picril-hidrazil e o efeito inibitório dessas substâncias sobre a quimioluminescência produzida pela reação horseradish peroxidase-H2O2-luminol (QLHRP). Foi observado que a QUER e as 3-fenilcumarinas contendo o grupo substituinte orto-diidroxi (C13, C23, C24) tiveram atividade antioxidante e inibiram a QLHRP, mas suas análogas acetoxiladas (C13a, C23a, C24a), bem como as demais substâncias avaliadas, foram significativamente menos ativas nesses modelos experimentais não celulares. O conjunto de resultados deste trabalho sugere que as atividades biológicas das 3-fenilcumarinas estudadas foram dependentes de suas estruturas químicas, e pequenas modificações nestas podem levar a alterações significativas na magnitude de seus efeitos biológicos. Além disso, tanto a lipofilicidade das substâncias quanto a sua capacidade antioxidante parecem ser relevantes para a modulação eficiente do metabolismo oxidativo dos neutrófilos e da conseqüente lesão tecidual. / Formation and clearance of circulating antigen-antibody complexes or immune complexes (ICs) take part in the humoral immune defense mechanisms. In some diseases, as systemic lupus erythematosus, rheumatoid arthritis and auto-immune vasculitis, an imbalance of this process occurs, leading to the ICs deposition within tissues and triggering an inflammatory reaction. The last one involves the recruitment and activation of neutrophils, which have an important role in the pathogenesis of such diseases. Neutrophil activation by ICs, via receptors for the Fc portion of IgG (FcgR) and complement receptors (CR), triggers a sort of effector functions, such phagocytosis, degranulation and the oxidative metabolism, which produces reactive oxygen species (ROS). These functions are involved in the ICs digestion, microbial killing and the inflammatory process regulation. However, the activated neutrophils release large amounts of enzymes and ROS to the extracellular milieu, contributing to the tissue damage and amplification of the inflammatory process in the IC-mediated diseases. In this work, we evaluated the modulatory effect of twenty 3-phenylcoumarin derivatives in the neutrophil functions stimulated by ICs of ovalbumin (OVA) and IgG anti-OVA. In addition, the mechanisms of action of these compounds were investigated, and the structure-activity relationship was analyzed. The IC-activated neutrophil oxidative metabolism was measured by lucigeninor luminol-dependent chemiluminescence assay (CLlucPMN and CLlumPMN, respectively).It was observed that the 3-phenylcoumarins bearing a 3,4-methylenodioxy and the 6,7-orto-dihydroxy (C13) or the 6,7-orto-diacetoxy (C13a) group, as well as the 6,7,3,4-tetraacetoxylated 3-phenylcoumarin (C24a), inhibited CLlucPMN and CLlumPMN more than quercetin (QUER). Regarding the other evaluated compounds, whose inhibitory effects were similar to or lower than QUER, the structural features related to the CLlucPMN inhibition were different from those related to the CLlumPMN inhibition. Moreover, the studied 3-phenylcoumarins and QUER had no toxic effects on neutrophils, as evaluated by lactate dehydrogenase release and Trypan Blue exclusion, under the assessed conditions. With respect to the three 3-phenylcoumarins that had the highest inhibitory effects on the neutrophil oxidative metabolism (C13, C13a and C24a), the increase of the cell pre-treatment period showed a tendency to decrease the inhibitory ability of compound C24a, but did not influence the biological activity of compounds C13 and C13a. These three compounds did not interfere in the neutrophil phagocytic ability, as evaluated by transmission electron microscopy. The antioxidant activity against the 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl free radical and the inhibitory effect in the chemiluminescence generated by the horseradish peroxidase-H2O2-luminol reaction (CLHRP) were evaluated for all 3-phenylcoumarins. It was found that QUER and those 3-phenylcoumarins bearing the orto-dihydroxy group (C13, C23, C24) had antioxidant activity and inhibited the CLHRP. However, their acetoxylated analogues (C13a, C23a, C24a) and the other evaluated compounds were significantly less active on these cell-free experimental models. Taken together, the results of the present work suggest that the biological activities of the 3-phenylcounarins here investigated were dependent on their chemical structures, and small changes on the molecule can lead to significant changes on the magnitude of their biological effects. Moreover, both lipophilicity and antioxidant capacity of these compounds seem to be relevant to an efficient modulation of the neutrophil functions and the consequent tissue damage.

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