Autores
Marinho, B. (PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO) ; C. de Souza e Silva, A. (PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO) ; Diniz, R. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS) ; S. Cukierman, D. (PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO) ; A. Rey, N. (PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO)
Resumo
Duas novas N-acil-hidrazonas foram desenvolvidas como metalóforos para a competição por cobre com o peptideo Aβ: X1TMP, inspirado na estrutura da mescalina, e X1Benz, seu derivado não substituído. Este trabalho descreve a síntese e caracterização estrutural dos novos ligantes, assim como a avaliação de suas interações com cobre(II) utilizando o método da variação contínua. Os compostos foram obtidos com alto grau de pureza, apresentando promissor perfil farmacológico e potencial para atravessar a barreira hematoencefálica. A interação com cobre ocorre de maneira muito similar para os dois ligantes, indicando que os efeitos eletrônicos derivados das modificações estruturais não têm grande impacto na coordenação a este metal.
Palavras chaves
N-acil-hidrazonas; cobre(II); mescalina
Introdução
A doença de Alzheimer (DA) está relacionada à oligomerização do peptídeo Aβ (CLINE et al., 2018), que coordena cobre(II), catalisando a formação de espécies reativas de oxigênio (ROS) e aumentando sua toxicidade (SHARMA et al., 2013). Como a homeostase metálica se encontra perturbada em cérebros de pacientes com DA (WANG et al., 2020), o desenvolvimento de metalóforos é de interesse. Estes são compostos que se ligam de forma moderada a Cu(II), utilizados com o objetivo de competir com a proteína pela ligação ao metal, prevenindo a oligomerização do Aβ e reduzindo o dano oxidativo (SCOTT and ORVIG, 2009). Na última década, nosso grupo de pesquisa demonstrou a adequação de metalóforos da classe das N-acil-hidrazonas como moduladores de interações anormais entre proteínas e metais para uma série de doenças neurodegenerativas (CUKIERMAN and REY, 2022). Recentemente, reportamos uma nova geração de N-acil-hidrazonas inéditas, derivadas do 1-metilimidazol-2-carboxaldeído, como promissores metalóforos com propriedades farmacológicas melhoradas (CUKIERMAN et al., 2020; CUKIERMAN et al., 2022). Como parte de uma abordagem bioinspirada e com a intenção da obtenção de compostos de maior biocompatibilidade, desenhamos uma nova hidrazona que contém a porção 3,4,5-trimetóxibenzoíl (X1TMP), presente na estrutura da mescalina. Este é um protoalcalóide halucinogênico de origem natural, capaz de se ligar e ativar receptores de serotonina no cérebro (STORK et al., 2014). Para efeitos de comparação, o derivado não substituído (X1Benz) também foi preparado. No presente trabalho, reportamos a síntese e caracterização destas duas hidrazonas inéditas, assim como a avaliação das suas interações com íons Cu(II) e, consequentemente, o potencial destes compostos como metalóforos no contexto da DA.
Material e métodos
Os ligantes X1TMP e X1Benz foram obtidos através da reação de condensação de base de Schiff entre o 1-metilimidazol-2-carboxaldeído e as hidrazidas dos ácidos 3,4,5-trimetoxibenzóico e benzóico, respectivamente, na presença de HCl concentrado. A caracterização foi realizada através de espectroscopia vibracional no infravermelho, em pastilha de KBr (100 FT-IR Perkin-Elmer), RMN de 1H em DMSO-d6 (Bruker Avance III HD-400), ponto de fusão (Fisatom 431) e por espectroscopia de absorção molecular no UV-Vis em HEPES 50 mM pH 7,4 (Agilent Cary 100). Monocristais do ligante X1Benz foram medidos através de difração de raios-X (Oxford-Rigaku Gemini A Ultra, radiação MoKα, λ= 0,71073 Å). Os parâmetros físico-químicos relacionados à massa molar, coeficiente de partição octanol-água (cLog P), solubilidade (cLog S), área de superfície polar (PSA), Druglikeness e DrugScore foram calculados com o software Osiris Property Explorer: DataWarrior. O valor experimental do coeficiente de partição octanol-água também foi determinado para ambos compostos através de UV-Vis. Por fim, a estequiometria do complexo formado entre os ligantes e o íon cobre(II), assim como a constante de formação aparente destes complexos foram determinadas através do método da variação contínua (Job Plot), monitorado por UV-Vis, em HEPES 50 mM pH 7,4 e 25 °C.
Resultado e discussão
Os ligantes foram isolados com alto grau de pureza, conforme determinado pela análise de RMN de 1H. No infravermelho, é possível identificar bandas características, como os estiramentos ν(C=N), ν(C=O), ν(N-H), ν(N-N), ν(C=C)ar e ν(N-H)im. X1Benz foi obtido na forma de monocristais pertencentes ao sistema monoclínico, grupo espacial P21/c. Ambos compostos atendem às regras de Lipinski, o que permite uma boa predição teórica de suas biodisponibilidades orais. Os valores experimentais de log P para X1TMP e X1Benz foram de 1,55 ± 0,17 (calc. 1,17) e 1,49 ± 0,13 (calc. 1,38), respectivamente. Para moléculas atuantes no sistema nervoso central, o valor deve estar entre 0 e 3. Valores de DrugScore acima de 90% foram obtidos, já que não foram encontrados indícios de mutagenicidade ou tumorigenicidade.
A constante de formação aparente dos complexos a pH 7,4 foi determinada através do método da variação contínua, medido no UV-Vis (Figura 1). Nos espectros dos ligantes, é possível observar uma única banda intra-ligante em 318 nm (ε = 23950 ± 110 M(-1) cm(-1)) para X1TMP e em 315 nm (ε = 25660 ± 125 M(-1) cm(-1)) para X1Benz. A complexação pôde ser observada devido ao deslocamento batocrômico destas bandas para 380 e 372 nm, respectivamente. A absorção máxima obtida para a fração molar de 0,5 indica que o complexo ML é favorecido em ambos os casos. Os valores de log Kapp = 5,74 ± 0,15 para X1TMP e log Kapp = 5,87 ± 0,11 para X1Benz foram calculados. Estes valores representam uma afinidade moderada dos ligantes por Cu(II), o que está alinhado com o objetivo de um metalóforo. A grande proximidade entre as constantes obtidas para os ligantes indica que a presença das metoxilas no anel aromático parecem não influenciar significativamente a afinidade do ligante por cobre.
Método da variação contínua para avaliar a afinidade por cobre(II) de (A) X1TMP e (B) X1Benz - espectros das frações molares de 0,5 a 1 de ligante.
Conclusões
As novas N-acil-hidrazonas foram avaliadas quanto algumas características físico-químicas de interesse no desenvolvimento de um novo fármaco, assim como quanto à sua afinidade por Cu(II), íon metálico de grande impacto na DA. Além de apresentaram promissor perfil farmacológico, os ligantes possuem afinidade moderada por cobre, qualidade desejada para um novo metalóforo que atuará em sistemas biológicos nos quais este metal encontra-se em desomeostase. Interessantemente, a adição de metoxilas no anel aromático destas hidrazonas não parece ter efeito sobre a estabilidade dos complexos formados.
Agradecimentos
CNPq, CAPES, FAPERJ, FAPEMIG e FINEP.
Referências
CLINE, E. N.; BICCA, M. A.; VIOLA, K. L.; KLEIN, W. L. The Amyloid-β Oligomer Hypothesis: Beginning of the Third Decade, Journal of Alzheimer’s Disease, 64(s1), S567-S610, 2018.
CUKIERMAN D. S.; LÁZARO, D. F.; SACCO, P.; FERREIRA, P. R.; DINIZ, R.; FERNÁNDEZ, C. O.; OUTEIRO, T. F.; REY, N. A. X1INH, an improved next-generation affinity optimized hydrazonic ligand, attenuates abnormal copper(I)/copper(II)-α-Syn interactions and affects protein aggregation in a cellular model of synucleinopathy, Dalton Transactions, 49(45), 16252-16267, 2020.
CUKIERMAN D. S.; REY, N. A. Tridentate N-Acylhydrazones as Moderate Ligands for the Potential Management of Cognitive Decline Associated With Metal-Enhanced Neuroaggregopathies, Frontiers in Neurology, 13, 828654, 2022.
CUKIERMAN D. S.; BODNÁR, N.; DINIZ, R.; NAGY, L.; KÁLLAY, C.; REY, N. A. Full Equilibrium Picture in Aqueous Binary and Ternary Systems Involving Copper(II), 1-Methylimidazole-Containing Hydrazonic Ligands, and the 103–112 Human Prion Protein Fragment, Inorganic Chemistry, 61(1), 723-737, 2022.
SHARMA, A. K.; PAVLOVA, S. T.; KIM, J.; MIRICA, L. M. The effect of Cu(2+) and Zn(2+) on the Aβ42 peptide aggregation and cellular toxicity, Metallomics, 5(11), 1529-1536, 2013.
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WANG, L.; YIN, Y. L.; LIU, X. Z.; SHEN, P.; ZHENG, Y. G.; LAN, X. R.; LU, C. B.; WANG, J. Z. Current understanding of metal ions in the pathogenesis of Alzheimer's disease, Translational Neurodegeneration, 9(10), 1-13, 2020.
