Análogos de somatostatina y cortistatina. Efecto de las interacciones aromáticas en sus estructuras y en la actividad biológica

Abstract

Somatostatin (SST), also known as somatotropin release-inhibiting factor (SRIF), is a 14-amino-acid peptide discovered in 1973. It is a natural hormone whose biological activity is linked to five identified receptors: SSTR1-5. In clinical practice, somatostatin is currently used as a gastric anti-secretory drug as well as to treat growth hormone secretion disorders and endocrine tumors. Cortistatin (CST) is another natural hormone, structurally a related to somatostatin. It has shown an interesting inflammatory activity that somatostatin do not display. Therefore, it has potential applications against inflammatory diseases such as Crohn's disease.

In the present thesis, three families of fourteen-residue somatostatin analogs have been designed and synthetized replacing L-β-phenylalanine in positions 6, 7 and 11 by the non-natural aromatic amino acids L-β-3’,5'-difluorophenylalanine, L-β-3'-pyridylalanine and L-β-4'-piridilalanine. The intramolecular aromatic interactions of these peptides (with amino acids whose aromatic electron-density is lower than Phe) increased substantially allowing us to obtain the major tridimensional conformation for each derivative by NMR. Furthermore, L-β-mesitylalanine and L-β-3’,5'-trimethylphenylalanine (with high aromatic electron density) were also included in certain peptides, to increase even further the strength of the aromatic interactions.

Our NMR conformational studies demonstrated that the inclusion of an electron-poor aromatic amino acid in position 7 causes a three-dimensional cluster-type arrangement of the three aromatic residues in positions 6th, 7th and 11th. We have observed that peptides with this kind of conformation showed a good binding with SSTR3. On the other hand, when these amino acids were included in positions 6 or 11, only a strong 6-11 interaction was observed, being residue 7 placed on the other side of the peptide. In these cases, the additional replacement of the phenylalanine at position 7 by L-β-mesitylalanine provoked a further increase of the selectivity for SSTR2. Specifically, [L-4'Pya6_L-Msa7_D-Trp8] -SST showed a completely selective activity profile for SSTR2, with an affinity for this receptor at the same level of SST. Finally, various cortistatin analogs were synthesized, their major 3D conformation were determined by NMR and their binding profile with SSTR1-5 were measured. Some of these peptides showed a remarkable response against Crohn’s disease. One of them, with a cluster-type structure, showed a response similar to CST against different parameters of inflammatory bowel disease.

La somatostatina (SST), es un péptido natural de 14 residuos descubierto en 1973, con cinco subreceptores identificados, SSTR1-5. En la práctica clínica, y debido a su carácter inhibidor de secreción de otras hormonas endógenas, se utiliza para tratar los trastornos de la secreción de la hormona del crecimiento y tumores endocrinos. Además, la cortistatina (CST), un péptido relacionado con la somatostatina, ha mostrado un perfil farmacológico interesante contra enfermedades inflamatorias, como la enfermedad de Crohn, que la somatostatina no presenta.

En esta tesis doctoral, se han diseñado tres familias de análogos de somatostatina de catorce residuos, sustituyendo a las L-β-fenilalanina en posiciones 6, 7 y 11 por los aminoácidos aromáticos no naturales L-β-3’,5’-difluorofenilalanina, L-β-3’-piridilalanina y L-β-4’piridilalanina. Al utilizar estos aminoácidos (de menor densidad electrónica aromática que L-β-fenilalanina), la potencia de las interacciones aromáticas intramoleculares aumenta, lo que ha permitido obtener la estructura de la conformación mayoritaria para cada uno de los derivados estudiados. Además, se incluyeron los aminoácidos L-β-mesitilalanina y L-β-3’,4’,5’-trimetilfenilalanina (de mayor densidad electrónica) en determinados péptidos, incrementando aún más la fuerza de las interacciones aromáticas.

Los estudios conformacionales (realizados mediante RMN) demuestran que la inclusión de un aminoácido aromático pobre en electrones, en posición 7, provoca un acercamiento espacial de tipo clúster de los tres residuos aromáticos 6, 7 y 11. Este ordenamiento favorece la interacción con SSTR3. Cuando estos aminoácidos fueron incluidos en posiciones 6 u 11, se produjo una interacción entre 6-11, quedando el aminoácido 7 por la otra cara del péptido. En estos casos, al sustituirse la fenilalanina en posición 7 por L-β-mesitilalanina, se aumenta la selectividad por SSTR2. Concretamente, [L-4’Pya6_L-Msa7_D-Trp8]-SST presenta un perfil de actividad completamente selectivo para SSTR2, alcanzando además los niveles de afinidad de la SST.

Por último, se sintetizaron diversos análogos de cortistatina, determinando de nuevo su conformación tridimensional mayoritaria, además de determinar su respuesta in vivo e in vitro frente a enfermedad de Crohn y perfil farmacológico en SSTR1-5. Sólo uno de ellos, con estructura tipo clúster, obtuvo un perfil de respuesta similar a CST frente a diferentes parámetros de enfermedad inflamatoria intestinal.