Químicos do MIT conseguiram produzir a verticilina A em laboratório pela primeira vez. Essa molécula fúngica foi identificada há mais de 50 anos e chamou a atenção por seu potencial como agente anticancerígeno.
A verticilina A é notoriamente difícil de ser sintetizada devido à sua complexa arquitetura química. Mesmo em comparação com compostos intimamente relacionados, sua síntese se mostrou muito mais desafiadora, apesar de diferir apenas por alguns átomos.
“Temos uma compreensão muito melhor de como essas sutis mudanças estruturais podem aumentar significativamente o desafio sintético,” afirma Mohammad Movassaghi, professor de química do MIT. “Agora temos a tecnologia que nos permite não apenas acessá-las pela primeira vez, mais de 50 anos após sua isolamento, mas também criar muitas variantes projetadas, que podem possibilitar estudos mais detalhados.”
Em testes laboratoriais com células cancerosas humanas, um dos derivados da verticilina A se destacou contra um câncer cerebral pediátrico conhecido como glioma difuso de linha média. Os pesquisadores enfatizam que testes adicionais são necessários para avaliar se pode eventualmente ser útil na clínica.
Movassaghi e Jun Qi, professor associado de medicina no Dana-Farber Cancer Institute/Boston Children’s Cancer and Blood Disorders Center e na Harvard Medical School, são os autores seniores do estudo, publicado no Journal of the American Chemical Society. Walker Knauss, PhD ’24, é o autor principal do artigo. Xiuqi Wang, químico medicinal e biólogo químico no Dana-Farber, e Mariella Filbin, diretora de pesquisa no Programa de Neurologia-Oncologia Pediátrica no Dana-Farber/Boston Children’s Cancer and Blood Disorders Center, também são co-autores.
Desvendando a Complexidade da Síntese da Verticilina A
Os pesquisadores relataram pela primeira vez a isolação da verticilina A de fungos em 1970. Os fungos utilizam o composto para se defender de patógenos. A verticilina A e moléculas fúngicas semelhantes foram exploradas por suas possíveis atividades anticancerígenas e antimicrobianas, mas sua complexidade dificultou bastante a síntese.
Em 2009, o laboratório de Movassaghi reportou a síntese do (+)-11,11′-dideoxi-verticilina A, um composto intimamente relacionado à verticilina A. Essa molécula possui 10 anéis e oito centros estereogênicos, que são átomos de carbono que se conectam a quatro grupos químicos diferentes. Esses grupos precisam estar posicionados na orientação correta ou estereoespecificidade em relação ao restante da molécula.
Mesmo após aquele sucesso anterior, a verticilina A permaneceu fora de alcance. A diferença chave entre a verticilina A e o (+)-11,11′-dideoxi-verticilina A são dois átomos de oxigênio, mas essas adições mudaram significativamente o comportamento da molécula durante a síntese.
“Esses dois oxigênios limitam muito a janela de oportunidade que temos em termos de realizar transformações químicas,” diz Movassaghi. “Isso torna o composto muito mais frágil, muito mais sensível, de modo que mesmo com anos de avanços metodológicos, o composto continuou a apresentar desafio para nós.”
Reavaliando a Química Passo a Passo
Ambas as versões da molécula de verticilina são construídas a partir de duas metades idênticas que devem ser conectadas em uma estrutura chamada dímero. Na síntese anterior do (+)-11,11′-dideoxi-verticilina A, a equipe realizou a dimerização perto do final do processo e, em seguida, formou quatro ligações carbonos-enxofre cruciais.
Quando tentaram aplicar a mesma sequência à verticilina A, não funcionou. A adição das ligações carbonos-enxofre no final do processo não produziu a estereoquímica correta, obrigando a equipe a redesenhar toda a ordem dos passos.
“O que aprendemos foi que o timing dos eventos é absolutamente crítico. Tivemos que mudar significativamente a ordem dos eventos de formação de ligações,” diz Movassaghi.
A nova síntese começa a partir de um derivado do aminoácido chamado beta-hidroxitriptofano. A partir daí, os pesquisadores constroem a estrutura em etapas, adicionando grupos funcionais químicos, incluindo álcoois, cetonas e amidas, enquanto controlam cuidadosamente a estereoquímica em cada etapa.
Para auxiliar nesse controle, a equipe introduziu um grupo que contém duas ligações carbono-enxofre e uma ligação dissulfeto no início do processo. Como os dissulfetos são sensíveis, precisaram ser “mascarados” convertendo-os em um par protegido de sulfetos para que a estrutura não se degradasse em reações posteriores. Após a dimerização, os grupos contendo dissulfeto foram restaurados.
“Esta dimerização em particular se destaca pela complexidade dos substratos que estamos juntando, que têm uma densa variedade de grupos funcionais e estereoquímica,” afirma Movassaghi.
No total, a rota leva 16 etapas desde o material inicial beta-hidroxitriptofano até alcançar a verticilina A.
Testes Iniciais Contra o Glioma Difuso de Linha Média
Com a verticilina A finalmente acessível, os pesquisadores também puderam ajustar a abordagem para criar derivados. Uma equipe do Dana-Farber testou essas moléculas contra vários tipos de glioma difuso de linha média (DMG), um tumor cerebral raro com opções de tratamento limitadas.
Os efeitos mais fortes apareceram em linhagens celulares de DMG que produzem altos níveis de uma proteína chamada EZHIP. EZHIP influencia a metilação do DNA e já foi destacada como um potencial alvo terapêutico para DMG.
“Identificar os alvos potenciais desses compostos será fundamental para compreender melhor seu mecanismo de ação e, mais importante, ajudará a otimizar os compostos do laboratório de 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, levando as células cancerosas à morte celular programada. As moléculas mais eficazes nesses experimentos foram a N-sulfonilada (+)-11,11′-dideoxi-verticilina A e a N-sulfonilada verticilina A. A N-sulfonilação — 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 ao ponto em que podemos criar esses derivados e estudá-los,” observa Movassaghi.
Os pesquisadores do Dana-Farber planejam confirmar ainda mais como os derivados da verticilina funcionam e esperam testar os compostos em modelos animais de câncer cerebral pediátrico.
“Os compostos naturais têm sido valiosos para a descoberta de medicamentos e avaliaremos completamente o potencial terapêutico dessas moléculas integrando nossa expertise em química, biologia química, biologia do câncer e cuidado ao paciente. Também perfilamos nossas moléculas líderes em mais de 800 linhagens celulares cancerosas e poderemos compreender suas funções de forma mais ampla em outros tipos de câncer,” diz Qi.
A pesquisa foi financiada pelo National Institute of General Medical Sciences, pela Ependymoma Research Foundation e pela Curing Kids Cancer Foundation.
