Análogos monocetônicos de curcumina: planejamento, síntese e atividades antibacteriana e antifúngica

Abstract

A curcumina é um dicetônico natural com efeitos antimicrobianos promissores. Contudo, limitações farmacocinéticas e farmacodinâmicas dificultam os seus estudos clínicos. Uma das estratégias para otimizar as suas propriedades negativas é a substituição da β-dicetona pelo grupo monocarbonila, gerando curcuminoides monocetônicos (MACs). Nesse contexto, monocetônicos foram planejados, sintetizados e investigados contra bactérias e fungos de importância clínica, e contra uma bactéria de interesse agronômico. Primeiro, MACs 1−8 foram sintetizados e avaliados contra bactérias patogênicas humanas. MAC 4 apresentou atividade potente contra Mycobacterium tuberculosis (concentração inibitória mínima (CIM) de 5,6 µmol/L). A avaliação citogenotóxica contra células humanas (MRC-5 e A549) demonstraram MAC 4 como potencialmente seguro (índices de seletividade (IS) de 15,6 e 14,2, respectivamente). Além disso, MAC 4 foi mais estável do que a curcumina (pH 7,4 e 37 °C) e foi capaz de pertubar o divisomo de Bacillus subtilis. Segundo, na busca por curcuminoides com acessibilidade sintética maior, monocetônicos simplificados (SMACs 1−40) foram planejados a partir de MAC 4 e avaliados contra M. tuberculosis. SMACs 30 e 34 (CIM 7,2 e 4,5 µmol/L, respectivamente) apresentaram atividade similar a MAC 4, porém eles demonstraram valores de IS maiores (IS 27,2 e 23,3, respectivamente) do que MAC 4 e também foram ativos contra isolados resistentes de M. tuberculosis (3,8 µmol/L ≤ CIM ≤ 81,4 µmol/L). Terceiro, os efeitos dos MACs 1−8 e SMACs 1, 2, 4 e 5 foram avaliados contra o fitopatôgeno Xanthomonas citri subsp. citri. MAC 4 foi o curcuminoide mais ativo (CIM 330 µmol/L) e ele reduziu a habilidade do X. citri induzir lesões de cancro cítrico sobre as folhas de Citrus sinensis. MAC 4 disruptou o divisomo e diminuiu a atividade GTPásica da proteína FtsZ de X. citri. Quarto, na busca por curcuminoides mais potentes do que MAC 4, monocetônicos (MACs 9−23) baseados na estrutura de MAC 4 foram sintetizados e avaliados contra X. citri. MAC 22 (CIM 135 µmol/L) foi cerca de 2,4 vezes mais potente do que MAC 4 e foi capaz de perturbar a membrana de X. citri. Quinto, MACs 1−8 e 24−34 foram sintetizados e investigados contra fungos do gênero Candida. MAC 8 apresentou atividade anti-Candida potente (7,8 µmol/L ≤ CIM ≤ 31,2 µmol/L), reduziu a adeção de C. albicans às células humanas, bem como inibiu o seu biofilme e demonstrou toxicidade baixa no modelo Galleria mellonella (DL50 300 µmol/kg). Sexto, na busca por curcuminoides mais potentes do que MAC 8, monocetônicos (MACs 35−48) baseados na estrutura de MAC 8 foram sintetizados e avaliados contra Candida. MAC 43 (CIM 15,2, 7,4, 15,2 e 7,4, µmol/L, respectivamente) apresentou atividade mais potente do que MAC 8 contra C. albicans, C. tropicalis, C. parapsilosis e C. krusei, e inibiu o biofilme de C. albicans. Em conjunto, os resultados indicaram o potencial antimicrobiano dos monocetônicos, com atividades potentes, bem como potencialmente seguros e estáveis. Além disso, esse trabalho corroborou o potencial da curcumina como uma estrutura privilegiada no planejamento de substâncias bioativas para o tratamento de infecções bacterianas e fúngicas.

Curcumin is a natural dicarbonyl with promising antimicrobial effects. However, pharmacokinetic and pharmacodynamic limitations hinder its clinical studies. One of the strategies to overcome its negative properties is the replacement of β-diketone by the monocarbonyl group, providing the monocarbonyl curcuminoids (MACs). In this context, monocarbonyl curcuminoids were designed, synthesized and investigated against clinically important bacteria and fungi, and also against a phytopathogenic bacteria. First, MACs 1−8 were synthesized and evaluated against human pathogenic bacteria. MAC 4 showed potent activity against Mycobacterium tuberculosis (minimum inhibitory concentration (MIC) 5.6 µmol/L). Cyto-genotoxic evaluation against human cells (MRC-5 and A549) demonstrated MAC 4 as potentially safe (selectivity indexes (SI) 15.6 and 14.2, respectively). In addition, it was more stable than curcumin (pH 7.4 and 37 °C), and it disrupted the Bacillus subtilis divisome. Second, in the search for curcuminoids with greater synthetic accessibility, simplified monocarbonyl analogs (SMACs 1−40) were designed from MAC 4 framework and evaluated against M. tuberculosis. SMACs 30 and 34 (MIC 7.2 and 4.5 µmol/L, respectively) showed similar activity to MAC 4, but they showed higher SI values (IS 27.2 and 23.3, respectively) than MAC 4, and they were also active against drug-resistant M. tuberculosis isolates (3.8 µmol/L ≤ MIC ≤ 81.4 µmol/L). Third, the MACs 1−8 and SMACs 1, 2, 4 and 5 effects were evaluated against Xanthomonas citri subsp. citri. MAC 4 was the most active curcuminoid (MIC 330 µmol/L), and it was able to reduce the ability of X. citri to induce citrus canker lesions on the Citrus sinensis leaves. MAC 4 has the ability to perturb X. citri cell division by disrupting the divisome and inhibiting the GTPase activity of FtsZ. Fourth, in the search for curcuminoids more potent than MAC 4, monocarbonyl analogs (MACs 9−23) based on the MAC 4 structure were synthesized and evaluated against X. citri. MAC 22 (MIC 135 µmol/L) was about 2.4 times more potent than MAC 4, and it was able to disturb the X. citri membrane. Fifth, MACs 1−8 and 24−34 were synthesized and investigated against Candida. MAC 8 showed potent anti-Candida activity (7.8 µmol/L ≤ MIC ≤ 31.2 µmol/L), it decreases C. albicans cell adhesion and biofilm, and it demonstrated low toxicity in Galleria mellonella model (LD50 300 µmol/kg). Sixth, in the search for curcuminoids more potent than MAC 8, monocarbonyl analogs (MACs 35−48) based on the MAC 8 structure were synthesized and evaluated against Candida. MAC 43 (MIC 15.2, 7.4, 15.2 and 7.4 µmol/L, respectively) showed more potent activity than MAC 8 against C. albicans, C. tropicalis, C. parapsilosis and C. krusei, and it inhibited C. albicans biofilm. Taken together, the results indicated that monocarbonyl curcuminoids were potent, safe and stable. In addition, this work confirmed the potential of curcumin as a privileged structure for the design of bioactive compounds for the treatment of bacterial and fungal infections.