Químicos do MIT produziram verticilina A em laboratório pela primeira vez. Esta molécula fúngica foi descoberta há mais de 50 anos e tem chamado a atenção pelo seu potencial como agente anticancerígeno.
A verticilina A é notoriamente difícil de construir devido à sua estrutura química complexa. Mesmo em comparação com compostos intimamente relacionados, que diferem apenas em alguns átomos, eles são mais difíceis de sintetizar.
“Temos uma melhor compreensão de como essas mudanças estruturais sutis aumentam significativamente os desafios sintéticos”, disse Mohammad Movassaghi, professor de química do MIT. “Agora temos a tecnologia não apenas para acessá-los pela primeira vez, mais de 50 anos depois de terem sido isolados, mas também podemos projetar muitas variantes que permitem um estudo mais detalhado”.
Em testes de laboratório utilizando células cancerígenas humanas, um derivado da Verticilina A teve um bom desempenho contra um tipo de câncer cerebral pediátrico chamado glioma difuso da linha média. Os investigadores sublinharam que são necessários testes adicionais para avaliar se poderá ser clinicamente útil.
Movassaghi e Jun Qi, professor associado de medicina no Dana-Farber Cancer Institute/Boston Children’s Cancer and Blood Disorders Center e Harvard Medical School, são autores seniores do estudo, que aparece no Journal of the American Chemical Society. Walker Knauss, Ph.D. ’24, é o autor principal do artigo. Xiuqi Wang, químico medicinal e biólogo químico da Dana-Farber, e Mariella Filbin, diretora de pesquisa do Programa de Neuro-Oncologia Pediátrica do Dana-Farber/Boston Children’s Cancer and Blood Disorders Center, também são autores.
Por que esta molécula fúngica é tão difícil de produzir
Os pesquisadores relataram pela primeira vez o isolamento da verticilina A de fungos em 1970. Os fungos usam esse composto para ajudar a se defenderem contra patógenos. A verticilina A e moléculas fúngicas semelhantes foram exploradas quanto à possível atividade anticancerígena e antibacteriana, mas sua complexidade torna-as difíceis de sintetizar.
Em 2009, o laboratório de Movassaghi relatou a síntese de (+)-11,11′-didesoxiverticilina A, um composto intimamente relacionado à verticilina A. A molécula contém 10 anéis e 8 estereocentros, o que significa que cada átomo de carbono está ligado a quatro grupos químicos diferentes. Esses grupos devem ser posicionados na orientação ou estereoquímica correta em relação ao resto da molécula.
Mesmo depois deste sucesso inicial, a própria verticilina A permaneceu fora de alcance. A principal diferença entre Verticilina A e (+)-11,11′-didesoxiverticilina A são os dois átomos de oxigênio, mas essas adições têm um impacto significativo no comportamento da molécula durante a síntese.
“Esses dois oxigênios limitam bastante a janela de oportunidade para transformações químicas”, disse Movassage. “Isso torna o composto mais frágil, mais sensível, por isso, apesar dos anos de avanços metodológicos que fizemos, o composto ainda representa um desafio para nós.”
Passo a passo repensando a química
Ambas as versões da molécula de verticilina são compostas por duas metades idênticas que devem ser unidas em uma estrutura chamada dímero. Numa síntese inicial de (+)-11,11′-didesoxiverticilina A, a equipe dimerizou perto do final do processo e então formou quatro ligações principais carbono-enxofre.
Quando tentaram aplicar o mesmo sequenciamento à verticilina A, não tiveram sucesso. A adição de uma ligação carbono-enxofre no final do processo não conseguiu fornecer a estereoquímica correta, forçando a equipe a redesenhar toda a sequência de etapas.
“Aprendemos que o momento dos eventos é absolutamente crítico. Tivemos que mudar significativamente a ordem dos eventos formadores de vínculos”, disse Movassage.
A nova síntese começa com um derivado de aminoácido chamado beta-hidroxitriptofano. A partir daí, os pesquisadores construíram a estrutura em etapas, adicionando grupos químicos funcionais, incluindo álcoois, cetonas e amidas, enquanto controlavam cuidadosamente a estereoquímica em cada etapa.
Para orientar esse controle, a equipe introduziu grupos contendo duas ligações carbono-enxofre e uma ligação dissulfeto no início do processo. Como os dissulfetos são sensíveis, eles devem ser “mascarados”, convertendo-os em um par de sulfetos protegidos para que a estrutura não se quebre nas reações subsequentes. Após a dimerização, os grupos contendo ligações dissulfeto são restaurados.
“Essa dimerização específica realmente se destacou em termos da complexidade dos substratos que reunimos, que possuem uma gama tão densa de grupos funcionais e estereoquímica”, disse Movassage.
Do material de partida β-hidroxitriptofano à verticilina A, esta rota requer um total de 16 etapas.
Testes iniciais para glioma difuso da linha média
Com a Verticilina A finalmente disponível, os pesquisadores também podem adaptar métodos para produzir derivados. Uma equipe do Dana-Farber Cancer Institute testou essas moléculas contra vários tipos de glioma difuso da linha média (DMG), um tumor cerebral raro com opções de tratamento limitadas.
O efeito mais forte foi observado na linhagem celular DMG que produziu altos níveis de proteína EZHIP. EZHIP afeta a metilação do DNA e foi previamente rotulado como um alvo potencial de drogas para DMG.
“A identificação dos alvos potenciais destes compostos desempenhará um papel fundamental na compreensão adicional dos seus mecanismos de ação e, mais importante, ajudará a otimizar os compostos do laboratório Movassaghi para torná-los mais específicos para o desenvolvimento de novas terapias”, disse Qi.
Os derivados da verticilina parecem afetar o EZHIP de uma maneira que aumenta a metilação do DNA, promovendo assim a morte celular programada nas células cancerígenas. As moléculas mais potentes nesses experimentos foram N-sulfonilada (+) -11,11′-didesoxiverticilina A e N-sulfonilada verticilina A. A N-sulfonilação (a adição de grupos funcionais contendo enxofre e oxigênio) aumenta a estabilidade molecular.
“Os produtos naturais em si não são os mais eficientes, mas a síntese dos produtos naturais permite-nos fazer estes derivados e estudá-los”, disse Movassaghi.
Em seguida, os pesquisadores da Dana-Farber planejam confirmar ainda mais como funcionam os derivados da verticilina e esperam testar os compostos em modelos animais de câncer cerebral pediátrico.
“Os compostos naturais sempre foram um recurso valioso para a descoberta de medicamentos, e avaliaremos de forma abrangente o potencial terapêutico dessas moléculas, integrando nossa experiência em química, biologia química, biologia do câncer e atendimento ao paciente”, disse Qi. “Também analisamos nossas moléculas principais em mais de 800 linhas celulares de câncer e seremos capazes de obter uma compreensão mais ampla de suas funções em outros tipos de câncer”.
A pesquisa foi financiada pelo Instituto Nacional de Ciências Médicas Gerais, pela Ependymoma Research Foundation e pela Cure Childhood Cancer Foundation.
