Síntese e avaliação de retrochalconas como agentes antibacterianos e antivirais

As doenças infecciosas causadas por bactérias resistentes e arbovírus representam importantes desafios à saúde pública mundial, reforçando a necessidade do desenvolvimento de novos agentes terapêuticos com mecanismos de ação inovadores. Nesse contexto, retrochalconas encontradas em espécies de plantas do gênero Glycyrrhiza destacam-se como estruturas promissoras, devido à sua diversidade química e amplo espectro biológico. Assim, esta tese teve como objetivo desenvolver novos agentes antivirais e antibacterianos, utilizando como ponto de partida retrochalconas naturais. Foram utilizadas ferramentas da Química Medicinal, como variação de posição de substituintes, método de Topliss, isosterismo de anel e extensão do sistema π. Foram aplicadas diversas estratégias sintéticas para obtenção de cinco retrochalconas naturais e trinta e dois análogos estruturais inéditos, incluindo reações de proteção/desproteção com grupos protetores metoximetila e tetrahidropiranila, C-acilação, C-prenilação, O-prenilação, O-metilação, iodação regiosseletiva, condensação de Claisen–Schmidt, acoplamento de Suzuki−Miyaura e rearranjo de Claisen. Inicialmente, a licochalcona C (LCC) foi sintetizada por uma rota de cinco etapas, com rendimento global de 13%, e avaliada frente a bactérias Gram-positivas, Gram-negativas e micobactérias, incluindo cepas resistentes aos fármacos comumente utilizados. LCC apresentou atividade contra cepas Gram-positivas (CIM90 = 6.2 – 50 µg mL-1), Helicobacter pylori (CIM90 = 25 µg mL-1) e micobactérias (CIM90 = 31.2 – 125 µg mL-1), além de efeitos sobre formação de biofilme (CIMB50 = 6.2 µg mL-1) e disrupção de membrana de Staphylococcus aureus. A avaliação in vivo de LCC em Galleria mellonella não demonstrou toxicidade sistêmica até 100 µg mL-1, oito vezes o CIM90 contra S. aureus. Posteriormente, uma nova rota sintética regiosseletiva foi desenvolvida, permitindo a obtenção da LCC com rendimento global de 30%, além da síntese de seus análogos e do produto natural licoagrochalcona C (LACC). Para explorar outros padrões de prenilação, licochalcona E (LCE) e seus análogos foram sintetizados pelo rearranjo anormal de Claisen do produto natural xinjiachalcona A com diversos padrões de anel A, obtendo rendimentos entre 38 e 71% na conversão. As chalcones sintetizadas foram avaliados contra arbovírus, onde LCC se destacou e apresentou valores de CE50 de 6,2 ± 0,2 µM contra o vírus Zika (ZIKV), 8,1 ± 0,9 µM contra Mayaro e inibiu 48% da replicação do vírus Chikungunya a 10 µM. As retrochalconas apresentaram efeito inibitório a atividade proteolítica de NS2B-NS3pro de ZIKV, destacando os valores de CI50 dos produtos naturais (LCC: 53 µM; LCE: 46 µM; LACC: 44 µM; ECH: 12 µM). Os análogos de LCC e LCE também demonstraram capacidade perturbar a estabilidade térmica da NS3hel de ZIKV, chegando a reduções de 9 °C na temperatura de desnaturação da proteína. Nenhum dos análogos sintetizados demonstrou inibição da atividade de NS5RdRp na concentração testada (500 µM). Os estudos de Relação Estrutura–Atividade com os análogos sintetizados evidenciaram a importância da presença do grupo hidroxila no anel A das retrochalconas tanto para a capacidade de inibição da NS2B-NS3pro do ZIKV, quanto para a atividade anti-arboviral fenotípica. Por fim, técnicas computacionais de modelagem molecular auxiliaram no entendimento das possíveis interações entre as retrochalconas mais ativas os resíduos da NS2-NS3pro, corroborando os resultados dos ensaios bioquímicos.

Resumo (inglês)

Infectious diseases caused by resistant bacteria and arboviruses represent important challenges to global public health, reinforcing the need for the development of new therapeutic agents with innovative mechanisms of action. In this context, retrochalcones found in plant species of the genus Glycyrrhiza stand out as promising structures due to their chemical diversity and broad biological spectrum. This thesis aimed to develop new antiviral and antibacterial agents, using natural retrochalcones as a starting point. Medicinal Chemistry tools were used, such as variation of substituent position, the Topliss method, ring isosterism, and extension of the π system. Several synthetic strategies were applied to obtain five natural retrochalcones and thirty-two unprecedented structural analogs, including protection/deprotection reactions with methoxymethyl and tetrahydropyranyl protecting groups, C-acylation, C-prenylation, O-prenylation, O-methylation, regioselective iodination, Claisen–Schmidt condensation, Suzuki−Miyaura coupling, and Claisen rearrangement. Initially, licochalcone C (LCC) was synthesized through a five-step route, with an overall yield of 13%, and evaluated against Gram-positive bacteria, Gram-negative bacteria, and mycobacteria, including strains resistant to commonly used drugs. LCC showed activity against Gram-positive strains (MIC90 = 6.2 – 50 µg mL-1), Helicobacter pylori (MIC90 = 25 µg mL-1), and mycobacteria (MIC90 = 31.2 – 125 µg mL-1), in addition to effects on biofilm formation (MBIC50 = 6.2 µg mL-1) and membrane disruption of Staphylococcus aureus. The in vivo evaluation of LCC in Galleria mellonella model did not demonstrate systemic toxicity up to 100 µg mL-1, eight times the MIC90 against S. aureus. Subsequently, a new regioselective synthetic route was developed, allowing the obtainment of LCC with an overall yield of 30%, in addition to the synthesis of its analogs and the natural product licoagrochalcone C (LACC). To explore other prenylation patterns, licochalcone E (LCE) and its analogs were synthesized through the abnormal Claisen rearrangement of the natural product xinjiachalcone A with different A-ring patterns, obtaining conversion yields ranging from 38 to 71%. The synthesized chalcones were evaluated against arboviruses, where LCC stood out and showed EC50 values of 6.2 ± 0.2 µM against Zika virus (ZIKV), 8.1 ± 0.9 µM against Mayaro virus, and inhibited 48% of Chikungunya virus replication at 10 µM. The retrochalcones showed an inhibitory effect on the proteolytic activity of ZIKV NS2B-NS3pro, with the IC50 values of the natural products standing out (LCC: 53 µM; LCE: 46 µM; LACC: 44 µM; ECH: 12 µM). LCC and LCE analogs also demonstrated the ability to disturb the thermal stability of ZIKV NS3hel, reaching reductions up to 9 °C in the protein denaturation temperature. None of the synthesized analogs demonstrated inhibition of NS5RdRp activity at the tested concentration (500 µM). Structure–Activity Relationship studies with the synthesized analogs demonstrated the importance of the presence of the hydroxyl group on the A ring of retrochalcones for both their ability to inhibit ZIKV NS2B-NS3pro and their phenotypic anti-arboviral activity. Finally, computational molecular modeling techniques assisted in understanding the possible interactions between the most active retrochalcones and the residues of NS2B-NS3pro, corroborating the results of the biochemical assays.

Palavras-chave

Química medicinal , Chalcona , Síntese orgânica , Antibacterianos , Antivirais , Medicinal chemistry , Chalcone , Organic synthesis , Antibacterial , Antiviral

Idioma

Inglês

Citação

OZANIQUE, Patrick Rômbola. Síntese e avaliação de retrochalconas como agentes antibacterianos e antivirais. 2026. Tese (Doutorado em Química). - Universidade Estadual Paulista (Unesp), Instituto de Biociências Letras e Ciências Exatas (Ibilce), São José do Rio Preto, 2026.