Synthesis and biological evaluation of DiMs (Diindolylméthanes), compound with pro-apoptotic properties
Synthèse et évaluation biologique de DIMs (diindolylméthanes) complexes à propriétés pro-apoptotiques
Résumé
The diindolylmethane (DIM) is a natural compound derived from the self-condensation of indole-3-carbinol, itself derived from the hydrolysis of the glucobrassicin, a glucosinolate present in many food Brassicaceae such as Brussels sprouts, cauliflower etc. Epidemiological studies performed in USA have shown that weekly consumption of three servings of this type of vegetables decreased the risk of prostate cancer by 41%. In vitro, diindolylmethane inhibits the growth of LnCaP hormone-dependent human prostate cells by acting as a competitive inhibitor of dihydrotestosterone. The introduction of a phenyl group at the central carbon (Phenyl DIM) eliminates any hormonal effect, although antiproliferative effects are still observed. The compounds synthesized to date are mainly PPARg agonists, others being agonists of orphan nuclear receptor NR4A1, a receptor frequently overexpressed in several cancer cells such as lung, prostate and colon cells. The topic of this PhD thesis is focused on the synthesis of new symmetrical and racemic asymmetrical PhénylDIMs and their biological evaluation as potential pro-apoptotic agents. A part of this work also concerns the study of the interaction of synthesized molecules with the LBD domain of NR4A1 receptor considered as potential protein target. First of all, a study of the dissociation constant (Kd) has been carried-out by both fluorescence quenching and in silico docking studies. Furthermore, co-crystallization with ligand was attempted in order to obtain a X-Ray diffraction structure of valuable quality for further study of structure-activity relationships in this series. A new symmetrical PhéDIM (234) inhibits the growth of both human pancreas cancer cells Mia Paca-2 and human colon cancer cells HT-29 at submicromolar concentrations with respective IC50 of 0.6 and 0.9 microM and its pro-apoptotic activity was evaluated on caspases -3 and -7. The Kd was found to be at a micromolar range, but co-crystallization attempts with NR4A1 are not yet conclusive. Moreover, another part of the work also focused on the development of new reaction conditions for the synthesis of unsymmetrical PhénylDIMs in racemic series. These effective conditions have been applied to the synthesis of new derivatives. Finally, another part of our work deals with the study of PhénylDIMs oxidation (so-called PhéDIMox). Indeed, this oxidation occurs spontaneously and partially to air although literature data are scarce or incomplete. However, it could be hypothesized that these oxidation phenomena could have an impact on the biological properties of these compounds. To date, we have achieved oxidation of several PhénylDIMs (symetrical and unsymetrical), and their structures have been studied by NMR and mass spectrometry, as well as by X-Ray diffraction. We concluded that oxidized PhéDIMs are carbinols. Some PhéDIMOx were found to exhibit inhibitory activity on Mia Paca-2 cells at micromolar concentrations.
Le diindolylméthane (DIM) est un composé non naturel issu de l'autocondensation de l'indole-3-carbinol, lui-même issu de l'hydrolyse de la glucobrassicine, un glucosinolate présent dans de nombreuses Brassicaceae alimentaires tels que les choux de Bruxelles, choux-fleurs etc. Des études épidémiologiques américaines ont montré que la consommation hebdomadaire d'au moins trois portions de ce type de légumes diminuait le risque de cancer de la prostate de 41 %. In vitro, le diindolylméthane inhibe la croissance des cellules de prostate hormono-dépendantes LnCaP en agissant comme inhibiteur compétitif de la dihydrotestotérone. L'introduction d'un groupement phényle au niveau du carbone central (PhénylDIM) élimine tout effet hormonal, bien que des effets antiprolifératifs soient observés. Les composés synthétisés à ce jour sont pour l'essentiel des agonistes du PPARg, d'autres étant des agonistes du récepteur nucléaire orphelin NR4A1, récepteur souvent surexprimé dans les cellules cancéreuses du poumon, de la prostate et du colon. Le sujet de cette thèse a porté sur la synthèse de nouveaux PhénylDIMs symétriques et non symétriques en série racémique et à leur évaluation biologique comme agents pro-apoptotiques potentiels. Une partie du travail a également porté sur l'étude de l'interaction avec le domaine LBD du récepteur NR4A1, cible protéique potentielle de ces molécules. Pour cela nous avons procédé à une étude de constante de dissociation (Kd) par quenching de fluorescence, des études de docking in silico, ainsi qu'à des essais de co-cristallisation, dans le but d'obtenir une structure par diffraction aux rayons X satisfaisante permettant une étude prédictive des relations structure-activité dans cette série. Un des nouveaux PhéDIMs symétriques préparés (234) inhibe la croissance les cellules humaines du cancer du pancréas Mia-Paca-2 et les cellules humaines du cancer du côlon HT-29 à des concentrations submicromolaires. (CI50 respectives de 0,6 µM et 0,9 µM) et son activité pro-apoptotique a été évaluée sur les caspases-3 et -7. Le Kd est de l'ordre du micromolaire, mais les essais de co-cristallisation avec NR4A1 ne sont pas encore concluants. Par ailleurs, une partie des travaux a aussi porté sur la mise au point de nouvelles conditions de synthèse de PhénylDIMs non symétriques. La méthode de synthèse développée s'avère efficace et a été appliquée à la synthèse de nouveaux dérivés. Enfin, une autre partie de nos travaux a porté sur l'étude de l'oxydation des PhénylDIMs (PhéDIMox). En effet, cette oxydation se produit spontanément et partiellement à l'air mais les informations bibliographiques disponibles dans la littérature à ce sujet sont peu abondantes voire incomplètes. Or, ces phénomènes d'oxydation pourraient avoir un impact sur leurs propriétés biologiques. À ce jour, nous avons réalisé l'oxydation de plusieurs PhénylDIMs (symétriques et non symétriques), et élucidé, par RMN, spectrométrie de masse et diffraction aux RX, la structure des PhéDIMs oxydé qui se présenteraient sous forme de carbinol. Certains PhéDIMOx ont montré une activité inhibitrice sur les cellules Mia Paca-2 à des concentrations de l'ordre du micromolaire.
Origine : Version validée par le jury (STAR)