Los indolocarbazoles (ICZ) son una clase de compuestos que se encuentran actualmente en estudio debido a su potencial como fármacos anticancerígenos y antimicrobianos y al posible número de derivados y usos que se encuentran solo a partir de la columna vertebral básica. Aislado por primera vez en 1977, [1] se ha encontrado o desarrollado una amplia gama de estructuras y derivados en todo el mundo. Debido a la gran cantidad de estructuras disponibles, esta revisión se centrará en los grupos más importantes y cubrirá su aparición, actividad biológica, biosíntesis y síntesis de laboratorio.
Los indolocarbazoles pertenecen a la subclase de alcaloides de los bisindols. Los indolocarbazoles más frecuentemente aislados son los indolo(2,3-a)carbazoles; el subgrupo más común de los indolo(2,3-a)carbazoles son los indolo(2,3-a)pirrol(3,4-c)carbazoles. Estos se pueden dividir en dos clases principales: los halogenados (clorados) con un carbono C-7 completamente oxidado con un solo nitrógeno indol que contiene un enlace β-glucosídico y la segunda clase consta de nitrógeno indol glicosilado, no halogenado y completamente Carbono C-7 reducido.
La primera ZIC aislada, denominada estaurosporina (STA), se obtuvo en 1977 a partir de un cultivo de Streptomyces staurosporeus encontrado en una muestra de suelo de la prefectura de Iwate, Japón. [2] La estereoquímica adecuada no se demostró hasta 1994. En el transcurso de la siguiente década, estudios adicionales del compuesto mostraron cierta inhibición fúngica, actividad hipotensora y, lo más importante, un amplio inhibidor de la proteína quinasa. El siguiente descubrimiento histórico se produjo con la detección de rebecamicina (REB) en una muestra de Lechevalieria aerocolonigenes , nuevamente en el suelo, pero esta vez en una muestra de Panamá . Se descubrió que REB actúa contra la leucemia y el melanoma en ratones, y también contra las células de adenocarcinoma humano . [3]
Desde 1977, se han descubierto ICZ en todo el mundo en actinomicetos, bacterias que se encuentran comúnmente en el suelo. Numerosas formas han dado positivo en cuanto a actividad antitumoral, como 7-hidroxi-STA y 7-oxo-STA2. Algunas de las cepas en las que se han encontrado compuestos ICZ son Actinomadura melliaura en Bristol Cove, condado de San Diego, California , Streptomyces hygroscopicus en la prefectura de Numazu, Japón, Micromonospora sp. L-31-CLO-002 de la isla de Fuerteventura , Islas Canarias, España y Actinomadura sp. Cepa 007 de la Bahía de Jiaozhou, Shandong , China. La amplia distribución de las diversas cepas que producen estos compuestos no es sorprendente debido a la cantidad de propiedades que estos compuestos pueden adquirir con una funcionalización limitada por parte de la especie.
Además de los actinomicetos , se han encontrado ICZ en mohos limosos (mixomicetos), algas verdiazules ( cianobacterias e invertebrados marinos. Al igual que los derivados de actinomicetos, los que se encuentran en los mixomicetos cubren una amplia gama de derivados y funcionalizaciones. Dos de los más importantes hasta la fecha han sido la arciriacianina A, que inhibe un panel de células cancerosas humanas al afectar la PKC y la proteína tirosina quinasa, y el éster dimetílico del ácido licogálico A (encontrado en Tokushima, Japón, en Lycogala epidendrum ), que mostró fuertes actividad antiviral Algunas de las cepas de mixomicetos estudiadas son Arcyria ferruginea y Arcyria cinerea, ambas de la prefectura de Kochi , Japón [1] .
Se ha descubierto que tres especies de cianobacterias producen compuestos ICZ. Nostoc sphaericum de Manoa Hawaii, Tolypothrix tjipanasensis de Vero Beach, Florida , y Fischerella ambigua cepa 108b de Leggingen, Suiza. Una nota interesante sobre los dos primeros es que muchos de los ICZ derivados de ellos no tienen la unidad pirrolo[3,4-c] anelada. [4]
El último grupo importante en el que se encuentran las ZIC son varios invertebrados marinos. Se han descubierto tres especies de tunicados , un molusco , un platelminto y una esponja en lugares que van desde Micronesia hasta Nueva Zelanda. Se están realizando pruebas para una mayor producción de invertebrados mediante estudios tanto genéticos como basados en filos. [1]
Se ha descubierto que los indolocarbazoles exhiben una amplia gama de actividades, lo que hace que no sea sorprendente su variedad de presencia en la naturaleza. Debido a esta variedad, la siguiente sección examinará sus modos de acción en células bacterianas y de mamíferos de forma independiente, prestando especial atención a los efectos en las células cancerosas. [ cita necesaria ]
Los modos de acción generales que se encuentran en las células de mamíferos son la inhibición de las proteínas quinasas , la inhibición de la topoisomerasa del ADN eucariótico y la unión intercalada al ADN. El número de proteínas quinasas que se cree que existen en el genoma humano supera las seiscientas, [5] lo que hace que un inhibidor nanomolar como STA sea extremadamente útil tanto para el tratamiento de diversas enfermedades como para el estudio de proteínas quinasas en una variedad de funciones. Desde este descubrimiento, se ha realizado un gran esfuerzo para producir derivados de STA y REB altamente específicos. [6] Una de las principales lecciones aprendidas de la investigación inicial sobre STA fue el desarrollo del modelo farmacóforo para un inhibidor de la proteína quinasa en el que un sistema donador de hidrógeno bidentado flanqueado por varios grupos hidrofóbicos se inserta en el sitio de unión. La información derivada de este farmacóforo original ha llevado a la síntesis de inhibidores altamente específicos contra varias proteínas quinasas, incluidas PKC, quinasas dependientes de ciclina, quinasas receptoras acopladas a proteína G, tirosina quinasa y proteína pUL97 del citomegalovirus. [7]
La topoisomerasa I y II escinden y relegan uno y dos lados de una cadena de ADN, respectivamente, y, en consecuencia, son partes vitales de la reproducción celular. Los estudios han encontrado que en estructuras similares a REB, la función imida del segmento de pirrol actúa para interactuar con la topoisomerasa I, la columna principal de carbono actúa como un inhibidor intercalativo y el resto de azúcar se une al surco del ADN. [6] Los dos últimos en realidad actúan al unísono debido a la estructura tridimensional de una molécula REB glicosilada. [3] La sección inhibidora de Top1 se une a complejos escindibles de ADN-Top1 para evitar el paso de descenso. Debido a esto, la sensibilidad se basa en la cantidad de Top1 presente, lo que hace que las células en constante reproducción y crecimiento (es decir, las células tumorales) sean las más vulnerables.
Hasta el momento, no se ha encontrado inhibición bacteriana de Top1 utilizando ICZ. Debido a esto, se cree que la mayor parte de la función anti-crecimiento celular de las ICZ proviene de la inhibición de varios grupos de proteínas quinasas y de la unión intercalada al ADN. [8] [9] Los estudios sobre Streptomyces griseus con etiquetado de proteínas in vitro han llevado a la inhibición de una amplia gama de funciones celulares. Esto llevó a la teoría de que había varias proteínas quinasas eucariotas presentes necesarias para el metabolismo secundario. [10]
Algunos indolocarbazoles poseen actividad antimicrobiana y actúan sobre las bacterias tanto de forma directa [11] como dirigida al huésped . [12] [13] El indolocarbazol GW296115X (también conocido como 3744W) ha mostrado actividad contra patógenos intracelulares, incluidos el citomegalovirus humano , Staphylococcus aureus y Mycobacterium abcessus . [12] [13] [7]
Desafortunadamente, sólo se ha estudiado en profundidad la biosíntesis de REB, STA y K252a. Esta sección enfatizará la vía REB debido a lo bien estudiada que está. La vía comienza con la modificación del L- triptófano a 7-cloro-L-triptófano. Esto se hace mediante catálisis utilizando halogenación in vitro de RebH y RebF (una flavina reductasa) para proporcionar FADH2 para la halogenasa. [14] RebO (una triptófano oxidasa) luego se desamina, después de lo cual reacciona con otro de sí mismo y RebD (un hemo que contiene oxidasa). Esto forma la mayor parte de la cadena principal de carbono, que luego sufre un cierre de anillo descarboxilativo utilizando RebC y RebP. Se produce una glicosilación utilizando RebG y NDP-D-glucosa, que finalmente pasa por la metilación por RebM. [15] [16] [17] [18] [19] [20] Estas últimas enzimas de adaptación se han observado como permisivas tanto en términos de agliconas/aceptores como de donadores de glicosilo/alquilo. [21] [22] [23] Se ha propuesto una vía paralela para el indolocarbazol AT2433 sustituido con disacárido estructuralmente relacionado, cuya aminopentosa también se encuentra unida a la enediina caliqueamicina de 10 miembros . [24]
La información para esta vía, junto con la de K252a y STA, [25] se derivó de información sobre genes, enzimas e intermediarios conocidos. Los dos tipos de estudios realizados sobre estas vías son estudios in vivo de alteración genética de L. aerocolonigenes o cepas recombinantes de S. albus. [1] El segundo tipo de experimento consistió en experimentos in vitro realizados con extractos celulares.
La síntesis de laboratorio de ICZ ha sido un tema de gran interés desde su descubrimiento. Desafortunadamente, debido a la naturaleza algo compleja de la molécula y al alto nivel de reactividad de los carbonos en las moléculas de indol, aún no se ha encontrado una síntesis fácil de alto rendimiento. A pesar de esto, se han encontrado muchas formas de producir este compuesto en sus diversas formas. [26] De especial interés es una de las mejores síntesis de REB, encontrada en 1999. El proceso comienza produciendo 7-cloroindol-3-acetamida tratando 7-cloroindol con una serie de reactivos, que se muestran más abajo. Luego, esta molécula se glicosila y se hace reaccionar con 7-cloroindol-3-glioxilato de metilo para producir un intermedio que se estabiliza hasta convertirse en el producto final. Si bien este proceso es uno de los mejores hasta la fecha, aún requiere mucho trabajo y tiempo, ya que pasa por 12 pasos en total y solo produce un 12%. [27]
Desde el nacimiento de la investigación ICZ a finales de los años setenta, el campo ha ido floreciendo con avances continuos tanto en tecnología como en técnicas de química orgánica. Si bien sólo un puñado de compuestos basados en ICZ han superado la etapa II de los ensayos clínicos, la gran variedad que estas moléculas pueden adoptar deja mucho territorio aún inexplorado. De particular interés reciente en las técnicas de síntesis es el uso de catalizadores basados en paladio , que se ha descubierto que son excelentes activadores para su uso en la formación de enlaces carbono-carbono. [28] [29]
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