Químicos do Instituto de Tecnologia de Massachusetts produziram Verticilina A em laboratório pela primeira vez. Esta molécula de cogumelo foi identificada há mais de 50 anos e ganhou atenção pelo seu potencial como agente anticancerígeno.
A verticilina A é notoriamente difícil de produzir devido à sua complexa arquitetura química. Mesmo em comparação com compostos intimamente relacionados, sua síntese revelou-se muito mais difícil, apesar de diferir apenas em alguns átomos.
“Temos uma compreensão muito melhor de como estas mudanças estruturais subtis podem aumentar enormemente o desafio sintético”, diz Mohammad Mowasagi, professor de química no MIT. “Agora temos a tecnologia para não apenas podermos acessá-los pela primeira vez, mais de 50 anos depois de terem sido isolados, mas também podemos fazer muitas opções elaboradas que podem permitir pesquisas mais detalhadas”.
Em testes de laboratório utilizando células cancerosas humanas, um derivado da verticilina A foi isolado contra um câncer cerebral infantil conhecido como glioma intermediário difuso. Os investigadores sublinham que são necessários mais testes para avaliar se isto poderá eventualmente ser útil na clínica.
Movasagi e Jun Qi, professor associado de medicina no Dana-Farber Cancer Institute/Boston Children’s Cancer and Blood Center e na Harvard Medical School, são autores seniores do estudo, publicado no Journal of the American Chemical Society. Walker Knauss ’24, Ph.D., é o autor principal do artigo. Xiuqi Wang, médico químico e biólogo químico da Dana-Farber, e Mariela Philbin, diretora de pesquisa do Programa de Neuro-Oncologia Pediátrica Dana-Farber/Boston Children’s Cancer and Blood Center, também são autores.
Por que esta molécula de cogumelo foi tão difícil de produzir
Os pesquisadores relataram pela primeira vez o isolamento da verticilina A de cogumelos em 1970. Os cogumelos usam esse composto para se defenderem contra patógenos. A verticilina A e moléculas fúngicas semelhantes foram investigadas quanto à possível atividade anticancerígena e antimicrobiana, mas sua complexidade torna sua síntese difícil.
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, cada um deles ligado a quatro grupos químicos diferentes. Esses grupos devem ser posicionados com a orientação ou estereoquímica correta em relação ao restante da molécula.
Mesmo depois deste sucesso anterior, a própria verticilina A permaneceu indefinida. A principal diferença entre a verticilina A e (+)-11,11′-didesoxiverticilina A são os dois átomos de oxigênio, mas essas adições afetaram significativamente o modo como a molécula se comportou durante a síntese.
“Esses dois oxigênios realmente limitam a janela de oportunidade que você tem em termos de realizar transformações químicas”, diz Movasagi. “Isso torna o composto muito mais frágil, muito mais sensível, por isso, apesar de termos tido anos de progresso metodológico, o composto continuou a ser 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 unidas em uma estrutura chamada dímero. Numa síntese anterior de (+)-11,11′-didesoxiverticilina A, a equipa dimerizou perto do final do processo e depois formou quatro importantes ligações carbono-enxofre.
Quando tentaram aplicar a mesma sequência à Verticilina A, não funcionou. A adição de ligações carbono-enxofre no final do processo não produziu a estereoquímica correta, forçando a equipe a retrabalhar toda a sequência de etapas.
“O que aprendemos é que o momento dos acontecimentos é muito importante. Tivemos que alterar significativamente a ordem dos acontecimentos que formam os laços”, diz Movasagi.
A nova síntese começa com um derivado de aminoácido chamado beta-hidroxitriptofano. A partir daí, os pesquisadores constroem a estrutura passo a passo, adicionando grupos químicos funcionais, incluindo álcoois, cetonas e amidas, controlando cuidadosamente a estereoquímica em cada etapa.
Para gerenciar 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”, transformando-os em um par blindado de sulfetos para evitar o colapso da estrutura durante as reações subsequentes. Após a dimerização, os grupos contendo dissulfeto foram restaurados.
“Essa dimerização específica realmente se destaca em termos da complexidade dos substratos que estamos reunindo e que possuem um conjunto tão restrito de grupos funcionais e estereoquímica”, diz Movasagi.
No total, a rota leva 16 passos desde o material de partida beta-hidroxitriptofano até chegar à verticilina A.
Testes iniciais contra glioma intermediário difuso
Quando a verticilina A finalmente ficou disponível, os pesquisadores também conseguiram ajustar a abordagem para criar derivados. A equipe Dana-Farber testou essas moléculas contra vários tipos de glioma médio difuso (DMG), um tumor cerebral raro com opções de tratamento limitadas.
Os efeitos mais fortes foram observados nas linhas celulares DMG que produzem altos níveis de uma proteína chamada EZHIP. EZHIP afeta a metilação do DNA e foi previamente identificado como um alvo potencial de drogas para DMG.
“A identificação dos alvos potenciais destes compostos desempenhará um papel crítico na compreensão do 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 afetar o EZHIP de uma forma que aumenta a metilação do DNA, o que leva as células cancerígenas à morte celular programada. As moléculas mais eficazes nesses experimentos foram N-sulfonilada (+) -11,11′-didesoxiverticilina A e N-sulfonilada verticilina A. A N-sulfonação – 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 fazer esses derivados e estudá-los”, diz Movasagi.
Em seguida, os investigadores da Dana-Farber planeiam confirmar ainda mais como funcionam os derivados da verticilina e esperam testar estes compostos em modelos animais de cancro cerebral pediátrico.
“Os compostos naturais têm sido recursos valiosos para a descoberta de medicamentos, e apreciaremos plenamente o potencial terapêutico destas moléculas, combinando a nossa experiência em química, biologia química, biologia do cancro e cuidados de pacientes. Também traçamos o perfil das nossas moléculas principais em mais de 800 linhas celulares cancerígenas e seremos capazes de compreender mais amplamente as suas funções noutros cancros”, diz Qi.
O estudo foi financiado pelo Instituto Nacional de Ciências Médicas Gerais, pela Ependymoma Research Foundation e pela Children’s Cancer Foundation.
