Calcitriol (1alpha,25-(OH)2 D3, 1,25D) is known for its calcium regulatory function, but also for being a powerful inhibitor of cell growth in a variety of normal and neoplastic cells. As such, it is a lead structure in the development of new cancer drugs. The goal of our project is to identify analogues of calcitriol which bind tightly to the vitamin D receptor (VDR) yet do not exhibit unwanted hypercalcemic effects. The development of novel analogues using conventional chemistry and dynamic chemistry was investigated. First, the numerous building blocks required for the exploration of the different libraries were created through the use of conventional techniques. We then developed different synthetic schemes based primarily on thiol alkylation and amide couplings, enabling rapid parallel synthesis of potential 1,25D analogues. Preliminary investigations allowed us to implement with our collaborators a set of biological assays to evaluate our compounds. Although some analogues appeared to bind to the VDR, it was found that none of the 8 analogues tested in the preliminary studies seemed to be vitamin D receptor (VDR) agonists. In a second part, our research focused on the study of dynamic combinatorial chemistry as a tool for the synthesis of 1,25D analogues. Our first dynamically-generated libraries were created via thioester exchange. It was found that the rate of thioester exchange was dependent on the nature of the thiols involved and the acyl portion of the thioesters. Aliphatic acid thioesters exchanged more slowly than aromatic acid thioesters. The use of branched (alpha-substituted) thiols also slowed the rate compared to primary ones. However, the use of large concentration of aliphatic or aromatic thiols could accelerate the thioester exchange. When thioesters were placed in presence of protein targets in a dynamic system, their inherent electrophilic nature rendered them prone to chemical decomposition (hydrolysis and acylation of protein nucleophilic residues) at basic pHs. Nonetheless, we created thioester libraries of up to 40 members from as few as 7 building blocks under near neutral conditions. We showed that these dynamic libraries ere influenced by the presence of proteins. We have not been able to confirm if thioester libraries were influenced exclusively by the VDR via its binding site. Some of our observations challenged the viability of the thioester exchange as a reversible process in the context of VD3 analogue synthesis. Finally, we created dithiol building blocks, amenable to disulfide exchange in dynamic libraries. Chemically stable, these disulfide entities easily generated libraries of at least 30 members from as few as 7 building blocks. Our preliminary disulfide libraries seemed uninfluenced by VDR's presence. These results still allowed us to understand better the characteristics and limitations of dynamic systems applied to the development of novel vitamin D analogues. / Calcitriol (1alpha,25-dihydroxyvitamine D3, 1,25D) est connu pour sa fonction dans la régulation du métabolisme du calcium, mais aussi comme étant un puissant inhibiteur de la prolifération cellulaire dans un éventail de cellules normales et néoplastiques. Comme tel, il représente le point de départ pour le développement de nouvelles molécules anticancéreuses. Le but de notre projet est d'identifier des analogues du calcitriol capables de se lier au récepteur de la vitamine D (RVD) sans causer d'hypercalcémie. Le développement de nouveaux analogues de la vitamine D3 a été exploré en utilisant la chimie conventionelle et la chimie dynamique. Dans un premier temps, de nombreux synthons nécessaires à la création des différentes librairies ont été fabriqués par des techniques de synthèse traditionnelles. Ensuite, des routes de synthèse basées sur l'alkylation de thiols et la formation d'amides ont été élaborées, permettant une synthèse en parallèle efficace d'analogues de la vitamine D. En collaboration avec nos partenaires, des études préliminaires ont permis d'établir la validité d'une série de tests pour évaluer l'activité biologique de nos analogues sur le récepteur de la vitamine D. Bien que plusieurs composés semblent se lier au récepteur, aucun des 8 analogues évalués de façon préliminaire n'ont révélé une activité agoniste du RVD. Dans un deuxième temps, nous avons axé notre recherche sur l'étude de la chimie combinatoire dynamique (CCD) comme outil pour la création et l'évaluation d'analogues de la vitamine D. La CCD est basée sur le fait qu'une protéine peut influencer la composition de bibliothèques dynamiques en favorisant la création de ses propres ligands, et ce, proportionnellement à leur constante d'affinité. Les premières bibliothèques dynamiques furent créées à partir d'échanges entre thioesters. Il a été évalué qualitativement que la vitesse de ce processus est dépendante de la nature des thiols impliqués ainsi que de la nature de la portion acyl des thioesters. L'échange des thioesters d'acides aliphatiques est plus lent que celui des thioesters d'acides aromatiques. Aussi, plus les thiols sont encombrés stériquement, plus le processus est lent. Toutefois, l'utilisation de grandes concentrations de thiols aromatiques et aliphatiques peut accélérer le processus d'échange. Lorsque des thioesters sont utilisés en présence de protéines à pH basique, leur caractère électrophilique les rend propices à la dégradation chimique par hydrolyse ou par acylation des fonctionnalités nucléophiles des protéines. Néanmoins, à pH neutre, des bibliothèques de thioesters possédant plus de 40 composantes furent facilement réalisées à partir de seulement 7 synthons. Il a pu être démontré que la composition de ces bibliothèques est influencée par la présence de protéines. Cependant, nous n'avons pas été en mesure de confirmer si le RVD a véritablement influencé la nature des bibliothèques de thioesters grâce à son site de liaison. Certaines de nos observations mettent en doute l'utilisation de la transthioestérification comme processus dynamique viable pour la création d'analogues de la vitamine D en présence de protéines.Finalement, des synthons dithiols furent créés et leur combinaison a permis la formation de bibliothèques dynamiques de plus de 30 composés, grâce à l'échange de disulfures. Les études préliminaires ont montré que les bibliothèques de disulfures ne semblent pas être influencées par la présence du RDV. Ces résultats ont permis de connaître les caractéristiques et les limites de ces systèmes dynamiques appliqués au développement de nouveaux analogues de la vitamine D.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.96890 |
| Date | January 2011 |
| Creators | Drouin, Christian |
| Contributors | James L Gleason (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Chemistry) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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