Químicos do MIT conseguiram produzir a verticilina A em laboratório pela primeira vez. Essa molécula fúngica foi identificada há mais de 50 anos e despertou interesse devido ao seu potencial como agente anticâncer.
A verticilina A é notoriamente difícil de ser sintetizada, devido à sua complexa arquitetura química. Mesmo em comparação com compostos semelhantes, sua síntese se mostrou muito mais desafiadora, apesar da diferença de apenas alguns átomos.
“Temos uma compreensão muito melhor de como essas sutis mudanças estruturais podem aumentar significativamente o desafio sintético”, afirma Mohammad Movassaghi, professor de química no MIT. “Agora temos a tecnologia não apenas para acessá-las pela primeira vez, mais de 50 anos após sua isolação, mas também para criar muitos variantes projetadas, o que pode permitir estudos mais detalhados.”
Em testes de laboratório com células cancerosas humanas, um derivado da verticilina A se destacou no combate a um câncer cerebral pediátrico conhecido como glioma difuso de linha média. Os pesquisadores enfatizam que testes adicionais são necessários para avaliar se ele poderia eventualmente ser útil na clínica.
Movassaghi e Jun Qi, professor associado de medicina no Dana-Farber Cancer Institute/Boston Children’s Cancer and Blood Disorders Center e na Harvard Medical School, são os autores seniores do estudo, publicado na Journal of the American Chemical Society. Walker Knauss, PhD ’24, é o autor principal do artigo. Xiuqi Wang, químico medicinal e biólogo químico no Dana-Farber, e Mariella Filbin, diretora de pesquisa no Programa de Oncologia Neurológica Pediátrica do Dana-Farber/Boston Children’s Cancer and Blood Disorders Center, também são autores.
A Dificuldade na Síntese Desta Molécula Fúngica
Pesquisadores relataram pela primeira vez a isolação da verticilina A de fungos em 1970. Os fungos usam o composto para se defender de patógenos. A verticilina A e moléculas fúngicas similares têm sido exploradas por suas possíveis atividades anticâncer e antimicrobiana, mas sua complexidade dificultou a síntese.
Em 2009, o laboratório de Movassaghi reportou a síntese de (+)-11,11′-dideoxi-verticilina A, um composto intimamente relacionado à verticilina A. Essa molécula contém 10 anéis e oito centros estereogênicos, significando átomos de carbono que se conectam a quatro grupos químicos diferentes. Esses grupos devem estar posicionados com a orientação correta, ou estereoespecificidade, em relação ao restante da molécula.
Mesmo após esse sucesso anterior, a verticilina A permaneceu fora de alcance. A principal diferença entre a verticilina A e a (+)-11,11′-dideoxi-verticilina A são dois átomos de oxigênio, mas essas adições fizeram uma diferença significativa em como a molécula se comporta durante a síntese.
“Esses dois oxigênios limitam muito a janela de oportunidade que você tem em termos de transformação química”, afirma Movassaghi. “Isso torna o composto muito mais frágil, muito mais sensível, de forma que, mesmo tendo avançado em metodologias ao longo dos anos, o composto continuou a nos desafiar.”
Reconceituando a Química Passo a Passo
Ambas as versões da molécula de verticilina são construídas a partir de duas metades idênticas que devem ser conectadas em uma estrutura chamada dímero. Na síntese anterior da (+)-11,11′-dideoxi-verticilina A, a equipe realizou a dimerização no final do processo e, em seguida, formou quatro ligações cruciais carbono-enxofre.
Quando tentaram aplicar a mesma sequência para a verticilina A, não funcionou. Adicionar as ligações carbono-enxofre tardiamente no processo não conseguiu fornecer a estereoespecificidade correta, forçando a equipe a redesenhar toda a ordem das etapas.
“O que aprendemos foi que o tempo dos eventos é absolutamente crítico. Precisamos mudar significativamente a ordem dos eventos de formação de ligações,” diz Movassaghi.
A nova síntese começa a partir de um derivado de aminoácido chamado beta-hidroxi-triptofano. A partir daí, os pesquisadores constroem a estrutura em etapas, adicionando grupos funcionais químicos, incluindo álcoois, cetonas e amidas, enquanto controlam cuidadosamente a estereoespecificidade em cada etapa.
Para guiar esse controle, a equipe introduziu um grupo contendo duas ligações carbono-enxofre e uma ligação dissulfeto cedo no processo. Como os dissulfetos são sensíveis, tiveram que ser “mascarados” convertendo-os em um par protegido de sulfetos para que a estrutura não se degradasse durante reações posteriores. Após a dimerização, os grupos contendo dissulfeto foram restaurados.
“Essa dimerização realmente se destaca em termos da complexidade dos substratos que estamos reunindo, que possuem uma densa variedade de grupos funcionais e estereoespecificidade,” comenta Movassaghi.
No total, a rota leva 16 etapas desde o material inicial beta-hidroxi-triptofano até alcançar a verticilina A.
Testes Iniciais Contra Glioma Difuso de Linha Média
Com a verticilina A finalmente acessível, os pesquisadores também puderam ajustar a abordagem para criar derivados. Uma equipe do Dana-Farber testou essas moléculas contra vários tipos de glioma difuso de linha média (DMG), um tumor cerebral raro com opções de tratamento limitadas.
Os efeitos mais fortes apareceram em linhagens celulares DMG que produzem níveis elevados de uma proteína chamada EZHIP. EZHIP influencia a metilação do DNA e já foi identificada como um potencial alvo de medicamentos para DMG.
“Identificar os possíveis alvos desses compostos desempenhará um papel crucial na compreensão de seu mecanismo de ação e, mais importante, ajudará a otimizar os compostos do laboratório de Movassaghi para serem mais específicos em novas terapias,” diz Qi.
Os derivados da verticilina parecem afetar a EZHIP de uma maneira que aumenta a metilação do DNA, levando as células cancerosas à morte celular programada. As moléculas mais eficazes nesses experimentos foram a N-sulfonilada (+)-11,11′-dideoxi-verticilina A e a N-sulfonilada verticilina A. A N-sulfonilação – a adição de um grupo funcional contendo enxofre e oxigênio – melhora a estabilidade molecular.
“O produto natural em si não é o mais potente, mas é a síntese do produto natural que nos levou a um ponto em que podemos fazer esses derivados e estudá-los,” diz Movassaghi.
Em seguida, os pesquisadores do Dana-Farber planejam confirmar mais detalhadamente como os derivados da verticilina funcionam e esperam testar os compostos em modelos animais de câncer cerebral pediátrico.
“Compostos naturais têm sido recursos valiosos para a descoberta de medicamentos, e iremos avaliar completamente o potencial terapêutico dessas moléculas, integrando nossa expertise em química, biologia química, biologia do câncer e atendimento ao paciente. Também perfilamos nossas moléculas principais em mais de 800 linhagens celulares cancerosas e poderemos entender suas funções de forma mais ampla em outros cânceres,” afirma Qi.
A pesquisa foi financiada pelo National Institute of General Medical Sciences, pela Ependymoma Research Foundation e pela Curing Kids Cancer Foundation.
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