Esta molécula que combate o câncer levou 50 anos para ser construída

A verticilina A é notoriamente difícil de construir devido à sua intrincada arquitetura química. Mesmo comparado com compostos intimamente relacionados, revelou-se muito mais difícil de sintetizar, apesar de diferir apenas em alguns átomos.

“Apreciamos muito melhor como essas mudanças estruturais sutis podem aumentar significativamente o desafio sintético”, diz Mohammad Movassaghi, professor de química do MIT. “Agora temos a tecnologia onde podemos não só acessá-los pela primeira vez, mais de 50 anos depois de terem sido isolados, mas também podemos fazer muitas variantes projetadas, que podem permitir estudos mais detalhados”.

Em testes de laboratório utilizando células cancerosas humanas, um derivado da verticilina A se destacou contra um câncer cerebral pediátrico conhecido como glioma difuso da linha média. Os investigadores sublinham que são necessários testes adicionais para avaliar se poderá 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 Harvard Medical School, são os autores seniores do estudo, publicado no Journal of the American Chemical Society. Walker Knauss PhD ’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 Neurologia-Oncologia Pediátrica do Dana-Farber/Boston Children’s Cancer and Blood Disorders Center, também são autores.

Por que esta molécula fúngica foi tão difícil de produzir

Os pesquisadores relataram pela primeira vez o isolamento da verticilina A de fungos em 1970. Os fungos usam o composto para ajudar a se defenderem de patógenos. A verticilina A e moléculas fúngicas semelhantes foram exploradas quanto à possível atividade anticancerígena e antimicrobiana, mas sua complexidade tornou-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. Essa molécula contém 10 anéis e oito centros estereogênicos, ou seja, átomos de carbono que se conectam cada um a quatro grupos químicos diferentes. Esses grupos devem ser posicionados com a orientação correta, ou estereoquímica, em relação ao resto da molécula.

Mesmo depois desse sucesso anterior, a própria verticilina A permaneceu fora de alcance. A principal diferença entre a verticilina A e (+) -11,11′-didesoxiverticilina A são dois átomos de oxigênio, mas essas adições fizeram uma grande diferença na forma como a molécula se comporta durante a síntese.

“Esses dois oxigênios limitam muito a janela de oportunidade que você tem em termos de realizar transformações químicas”, diz Movassaghi. “Isso torna o composto muito mais frágil, muito mais sensível, de modo que, apesar de termos tido anos de avanços metodológicos, o composto continuou a representar um desafio para nós”.

Repensando 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 de (+)-11,11′-didesoxiverticilina A, a equipe realizou a dimerização perto do final do processo e então formou quatro ligações cruciais carbono-enxofre.

Quando tentaram aplicar o mesmo sequenciamento à verticilina A, não funcionou. A adição das ligações carbono-enxofre no final do processo não conseguiu fornecer a estereoquímica correta, forçando a equipe a redesenhar toda a ordem das etapas.

“O que aprendemos foi que o momento dos eventos é absolutamente crítico. Tivemos que alterar significativamente a ordem dos eventos formadores de vínculos”, diz Movassaghi.

A nova síntese parte de um derivado de aminoácido chamado beta-hidroxitriptofano. A partir daí, os pesquisadores constroem a estrutura em etapas, adicionando grupos químicos funcionais, incluindo álcoois, cetonas e amidas, enquanto controlam cuidadosamente a estereoquímica em cada etapa.

Para orientar esse controle, a equipe introduziu um grupo contendo duas ligações carbono-enxofre e uma ligação dissulfeto no início do processo. Como os dissulfetos são sensíveis, eles tiveram que ser “mascarados”, convertendo-os em um par protegido de sulfetos para que a estrutura não se quebrasse durante reações posteriores. Após a dimerização, os grupos contendo dissulfeto foram restaurados.

“Essa dimerização específica realmente se destaca em termos da complexidade dos substratos que estamos reunindo, que possuem uma gama tão densa de grupos funcionais e estereoquímica”, diz Movassaghi.

No total, a rota leva 16 passos desde o material inicial do beta-hidroxitriptofano até chegar à verticilina A.

Testes iniciais contra glioma difuso de linha média

Com a verticilina A finalmente acessível, os pesquisadores também poderiam ajustar a abordagem para criar derivados. Uma equipe da Dana-Farber testou essas moléculas contra vários tipos de glioma difuso da linha média (DMG), um tumor cerebral raro com opções de tratamento limitadas.

Os efeitos mais fortes apareceram nas linhas celulares DMG que produzem altos níveis de uma proteína chamada EZHIP. EZHIP influencia a metilação do DNA e já foi sinalizado como um alvo potencial de drogas para DMG.

“A identificação dos alvos potenciais desses compostos desempenhará um papel crítico na compreensão adicional de seu mecanismo de ação e, mais importante, ajudará a otimizar os compostos do laboratório Movassaghi para serem mais específicos para o desenvolvimento de novas terapias”, diz Qi.

Os derivados da verticilina parecem afectar o EZHIP de uma forma que aumenta a metilação do ADN, o que empurra as células cancerígenas para a morte celular programada. As moléculas mais eficazes nesses experimentos foram N-sulfonilada (+) -11,11′-didesoxiverticilina A e N-sulfonilada verticilina 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 foi a síntese do produto natural que nos levou a um ponto em que podemos produzir estes derivados e estudá-los”, diz Movassaghi.

Em seguida, os investigadores da Dana-Farber planeiam confirmar ainda mais como funcionam os derivados da verticilina e esperam testar os compostos em modelos animais de cancros cerebrais pediátricos.

“Os compostos naturais têm sido recursos valiosos para a descoberta de medicamentos, e avaliaremos completamente o potencial terapêutico dessas moléculas, integrando nossa experiência em química, biologia química, biologia do câncer e atendimento ao paciente. Também traçamos o perfil de nossas moléculas principais em mais de 800 linhas de células cancerígenas e seremos capazes de compreender suas funções de forma mais ampla em outros tipos de câncer”, diz Qi.

A pesquisa foi financiada pelo Instituto Nacional de Ciências Médicas Gerais, pela Ependymoma Research Foundation e pela Curing Kids Cancer Foundation.