Synthesis of modular folate derivatives for tumor targeting

Abstract

Folates are essential cofactors in the de novo biosynthesis of pyridine and pyrimidines. Moreover, antifolates are key components in cancer therapy. Targeting tumor specific cell surface epitopes, so called tumor markers, with small molecules can lead to improved tools for cancer diagnosis and therapy. Elevated levels of prostate specific membrane antigen (PSMA) are used as a tumor marker for prostate cancer. PSMA is a glycosylated type-II membrane protein that is present in high density on the surface of malignant prostate cancer cells. Its expression increases with clinical stage, thus making it an extremely useful tumor marker. Phosphinic acids like GPI, for example, can be used as modular ligands for the targeting of prostate cancer. GPI binds with nanomolar affinity to PSMA and permits conjugation of effector molecules like dyes without altering the binding properties. However, GPI has suboptimal binding properties in vivo and needs to be improved for imaging applications in animals or humans. GPI has been developed as a transition state analogue of the native PSMA substrate N-acetylaspartylglutamate (NAAG). In addition, PSMA has been found to act as a folate hydrolase and does thus recognize folylpolyglutamates in the same binding pocket as NAAG. We have combined properties of the known ligand GPI with structural elements of folates and a conjugation site for effector molecules (in our case DOTA). This work highlights the design and synthesis of improved modular PSMA ligands. With this compound library we would like to evaluate the impact of different aromatic moieties as pteridine analogues, their spacing from GPI and the role of geometry and aromaticity of the spacer via in vitro assays using LNCaP (PSMA-positive) and PC3 (PSMA negative) cell lines and PSMA-617 as positive control.

Erhöhte Spiegel von prostataspezifischem Membranantigen (PSMA) werden als Tumormarker für Prostatakrebs verwendet. PSMA ist ein glykosyliertes Typ-II-Membranprotein, das auf der Oberfläche von malignen Prostatakrebszellen in hoher Dichte vorliegt. Seine Expression nimmt mit dem klinischen Stadium zu und ist somit ein äußerst nützlicher Tumormarker. Phosphinsäuren wie GPI können beispielsweise als modulare Liganden zur Bekämpfung von Prostatakrebs eingesetzt werden. GPI bindet mit nanomolarer Affinität an PSMA und ermöglicht die Konjugation von Effektormolekülen wie Farbstoffen, ohne die Bindungseigenschaften zu verändern. GPI weist jedoch in vivo suboptimale Bindungseigenschaften auf und muss für Bildgebungsanwendungen bei Tieren oder Menschen verbessert werden. GPI wurde als Übergangszustandsanalogon des nativen PSMA-Substrats N-Acetylaspartylglutamat (NAAG) entwickelt. Darüber hinaus wirkt PSMA als Folat-Hydrolase und erkennt somit Folylpolyglutamate in derselben Bindungstasche wie NAAG. Wir haben die Eigenschaften des bekannten Liganden GPI mit Strukturelementen von Folaten und einer Konjugationsstelle für Effektormoleküle (in unserem Fall DOTA) kombiniert. Diese Arbeit beleuchtet das Design und die Synthese verbesserter modularer PSMA-Liganden. Mit dieser Substanzbibliothek möchten wir die Auswirkung verschiedener aromatischer Einheiten als Pteridinanaloga, ihren Abstand von GPI und die Rolle der Geometrie und Aromatizität des Spacers mithilfe von In-vitro-Assays unter Verwendung von LNCaP (PSMA-positiv) und PC3 (PSMA-negativ) bewerten. Zelllinien und PSMA-617 als positive Kontrolle.