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真核延伸因子1α抑制剂Nannocystin A的全合成及其衍生物的设计合成与生物活性研究

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目录

缩略词表

1 绪 论

1.1 天然产物与药物发现

1.2 传统抗肿瘤药物

1.2.1 作用于DNA的抗肿瘤药物

1.2.2 抑制有丝分裂

1.3 新型抗肿瘤药物

1.4 真核延伸因子1α简介

1.4.1 真核延伸因子1α的亚型

1.4.2 真核延伸因子1α与蛋白质的合成

1.4.3 真核延伸因子1α与细胞凋亡

1.4.4 真核延伸因子1α与心脑血管系统

1.4.5 真核延伸因子1α与肿瘤

1.5 真核延伸因子1α抑制剂的研究现状

1.6 本章小结

2 延伸因子抑制剂Nannocystins的全合成研究

2.1 Nannocystin家族天然产物简介

2.1.1 Nannocystins的提取分离和结构鉴定

2.1.2 Nannocystin家族的生物学性质研究

2.2 Nannocystin家族的全合成研究

2.2.1叶涛教授课题组对Nannocystin A的全合成研究

2.2.2Zhang Wang课题组对Nannocystin A和A0的全合成研究

2.2.3陈悦教授对Nannocystin A全合成的研究

2.2.4刘波教授课题组对Nannocystin Ax的全合成研究

2.2.5Markus Kalesse教授课题组对Nannocystin Ax的全合成研究

2.2.6Alois Fürstner教授课题组对Nannocystin Ax的全合成研究

2.3 本章小结

3Nannocystin A的不对称全合成

3.1 研究背景

3.2.1 Nannocystin A的逆合成分析

3.2.2 碘代烯烃片段3-2的合成

3.2.3 氨基酸片段3-4的合成

3.2.4 锡基片段3-20的合成探索

3.2.5 氨基片段3-3的合成

3.2.6 Stille偶联前体3-1的合成探索

3.3.1 Nannocystin A的逆合成分析

3.3.2 碘代烯烃片段3-26的合成

3.3.3 大环内酰胺化前体3-25的合成

3.3.4完成天然产物Nannocystin A的全合成

3.4 结果与讨论

3.5 实验部分

3.5.1 实验仪器与所用试剂

3.5.2 实验操作过程以及化合物数据

3.5.3合成的Nannocystin A与Dr. Dominic Hoepfner报道的天然Nannocystin A氢谱数据对比(Angew. Chem. Int. Ed.2015,54, 10149)

3.5.4合成的Nannocystin A与Dr. Dominic Hoepfner报道的天然Nannocystin A碳谱数据对比(Angew. Chem. Int. Ed.2015,54, 10149)

4Nannocystin A衍生物的设计、合成和生物活性测试

4.1 前言

4.2.1 Nannocystin A衍生物的设计思想

4.2.2 Nannocystin A衍生物的合成

4.3Nannocystin A衍生物的生物活性测试

4.4 4-N18抑制A549细胞克隆的形成

4.5 4-N18使A549肿瘤细胞周期停留在G2期

4.6 4-N18诱导A549细胞凋亡

4.7 本章小结与讨论

4.8 实验部分

4.8.1 实验仪器与所用试剂

4.8.2 实验操作过程以及化合物数据

4.8.3 生物实验部分

5 总结与展望

参考文献

附录

A. 作者简介

B. 作者在攻读博士学位期间发表的文章

C. 重要化合物谱图

D 学位论文数据集

致谢

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摘要

肿瘤是威胁人类健康的常见疾病之一,有研究表明,恶性肿瘤每年导致上千万的人类死亡,而且这一数字还在逐年增加。因此,研发高效、低毒并具有靶向杀伤或者抑制肿瘤细胞的抗肿瘤药物,改善人类健康状态已迫在眉睫。蛋白质的合成是有机生物体内一种重要的生命活动,真核延伸因子 1α(eEF1α)是一种在mRNA翻译过程中促进多肽链延伸的重要蛋白因子,抑制真核延伸因子1α可以有效阻断mRNA翻译过程,从而实现抑制肿瘤细胞生长甚至杀死肿瘤细胞的目的。真核延伸因子1α(eEF1α)作为具有重要潜力的抗肿瘤药物靶点之一,吸引了众多科学家的研究兴趣。目前针对这一靶点候选药物已经进入了临床研究阶段,但是,目前还未能成功上市。天然产物及其衍生物是药物发现的重要源泉,也是化学生物学研究的重要工具分子。分析数据表明,近30年来,超过60%的上市药物直接或间接来源于天然产物。从天然产物中获取抗肿瘤药物是目前国内外抗肿瘤药物开发的热门领域。因此,本文开展了对真核延伸因子1α具有抑制作用的天然产物Nannocystin A的全合成工作,并设计合成了一系列天然产物衍生物,进行了生物活性测试和构效关系研究。  第一部分工作是天然产物Nannocystin A的全合成研究。Nannocystin A是从粘细菌的一个菌株Nanocystis sp中分离提取得到、具有大环脂肽结构的天然产物。该化合物具有显著的抗肿瘤活性(抑制人结肠癌细胞IC50= 1.2 nM,抑制人前列腺癌细胞IC50= 1.0 nM),同时它也是一个强力的真核延伸因子1α(eEF1α)抑制剂。由于天然产物的来源有限,难以保证后续的药理学实验研究的原料供应。因此我们开展了Nannocystin A的全合成研究。首先我们根据Nannocystin A的结构中具有共轭烯烃的特点设计了Stille偶联关环策略,遗憾的是我们在合成Stille偶联关环前体3-1遇到了困难,多次尝试也未能得到关键中间体3-1。随后我们对合成策略进行了调整,通过总结上述反应失败的经验,重新设计出一条大环内酰胺化策略。使用简单已知原料的经过夏普莱斯不对称环氧化、分子间Stille偶联反应和大环内酰胺化等关键步骤,最终以最长线性步骤11步,总收率5.3%成功完成了天然产物Nannocystin A的全合成工作。  第二部分工作是Nannocystin A衍生物的设计、合成和生物活性测试。在完成Nannocystin A的全合成基础上,我们设计、合成了一系列Nannocystin A衍生物,通过MMT和蛋白印迹实验进行了Nannocystin A的构效关系研究。并根据构效关系研究结果进一步优化并得到了多个优秀类似物,其中类似物 4-N18 化学结构相对简单对并且延伸因子 1α(eEF1α)有显著的抑制作用。进一步的活性筛选发现4-N18对多个肿瘤细胞都具有明显的抑制效果(IC50= 4.3-48 nM)。作用机制研究发现衍生物4-N18通过上调caspase-3,caspase-9和bax蛋白以及下调bcl-2蛋白的表达使细胞分裂周期停留在G2期,从而诱导A549细胞凋亡,且具有一定的剂量依赖特点。综上所述,衍生物4-N18作为一种新颖的延伸因子1α抑制剂,具有进一步开发成为靶向抗肿瘤药物的潜力。

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