Conception et synthèse d’aminoglycosides semi-synthétiques

Abstract

Plusieurs aminoglycosides font partie d’une famille d’antibiotiques à large spectre d’action. Les aminoglycosides ayant une activité antibiotique viennent interférer dans la synthèse protéique effectuée par les bactéries. Les protéines mal codées entraineront la mort cellulaire. Au fil des années, de nombreux cas de résistance ont émergé après une utilisation soutenue des aminoglycosides. De nombreux aminoglycosides semi-synthétiques ont été synthétisés avec comme objectif de restaurer leur activité antimicrobienne. Parmi les modifications ayant connu du succès, notons la didésoxygénation d’un diol et l’introduction de la chaine latérale HABA. Des études précédentes ont montré l’efficacité de ces modifications sur les aminoglycosides. Les présents travaux portent sur l’installation de la chaine latérale HABA et la didésoxygénation d’un diol sur la paromomycine et la néomycine. La didésoxygénation sélective des diols a été effectuée en utilisant la méthodologie développée par Garegg et Samuelsson, une variation de la réaction de Tipson-Cohen. Cette méthode a permis l’obtention du motif didésoxygéné sur les cycles A et D dans des rendements jamais égalés pour ce motif synthétique. La chaîne latérale a été introduite en tirant profit de la réactivité et de la sélectivité d’un carbamate cyclique. Ces méthodes combinées ont permis la synthèse efficace de nombreux analogues semi-synthétiques nouveaux. La 3',4'-didéhydro-N-1-HABA-néomycine et la 3',4',3''',4'''-tétradésoxy-N-1-HABA-néomycine montrent une activité impressionnante contre des souches de bactéries résistantes aux aminoglycosides. Des tests de toxicité effectués en collaboration avec Achaogen Inc. ont démontré que ces composés sont relativement toxiques sur les cellules rénales de type H2K, ce qui réduit de façon importante leur index thérapeutique. Afin d’abaisser la toxicité des composés, la relation entre toxicité et basicité a été explorée. Des substitutions de l’amine en 6''' ont été effectuées afin d’abaisser la basicité de l’amine. Les résultats de toxicité et d’activité antimicrobienne démontrent une corrélation importante entre la basicité des amines et la toxicité/activité des aminoglycosides antibiotiques. L’effet d’une modulation du pKa a aussi été exploré en installant des chaines fluorées sur l’amine en 6''' de la paromomycine et de la néomycine. Une séquence synthtétique pour isoler l’amine en 6''' de la néomycine a aussi été développée.

Some aminoglycosides are part of a broad-spectrum family of antibiotics used in the clinic. They interfere in protein synthesis in bacterium cell by interfering with the transcription of proteins leading to cellular death. After an intense usage of aminoglycosides in the clinic, numerous cases of resistance have been encountered which render aminoglycosides less effective. Semi-synthetic aminoglycosides have been synthesized with the objective of restoring their original antimicrobial activity. Deoxygenation of the diol on ring A and introduction of the lateral chain HABA at N-1 had a significant impact on their antimicrobial activity against resistant strains. The present work will focus on deoxygenation of the diol at 3', 4' and on the introduction of the lateral HABA chain on aminoglycoside, more specificaly on paromomycin and neomycin. The selective dideoxygenation of the A ring diol was done using a methodology developed by Garegg and Samuelsson, which is a modification of the original Tipson-Cohen reaction. This method allows the dideoxygenation on ring A and D with unprecedented yields. The lateral HABA chain was introduced via the ring opening of a cyclic carbamate. These methods were combined to produce very potent analogs such as 3',4'-didehydro-N-1-HABA-neomycin and 3',4',3''',4'''-tetradeoxy-N-1-HABA-neomycin. Toxicity tests done in collaboration with Achaogen Inc. showed that these analogs were toxic to H2K renal cells, which reduced significantly their therapeutic index. In order to lower the toxicity of those compounds, the relation between toxicity and basicity was explored. Substitution of the amine at 6''' was done in order to lower the basicity of this amine. The results showed a strong correlation beetween the basicity of this amine and toxicity/activity. The pKa of this amine was modulated by installing fluorinated alkyl chain on the amine at 6''' in order to see the effect of the pKa on the activity/toxicity on paromomycin and neomycin. A synthetic sequence was also developed to allow the 6''' amine on neomycin to be modified selectively.