Synthesis of novel ferrocene complexes with androgens vectors, biological activity and their interactions with proteins

Abstract

Four novel complexes were synthetized by aldol condensation reaction and characterized by different spectroscopic techniques using ferrocenecarboxaldehyde as starting material, and using the hormones ( 3α-hydroxy androstan-17-one (cis-androsterone), 3β-hydroxyandrostan-17-one (trans-androsterone), 3β-hydroxy pregn-5-en-20-one (pregnenolone) and 3β-hydroxy dehydroandrostan-17-one (dehydroepiandrosterone, DHEA)) as pendants groups. Three of these complexes 16-ferrocenylidene-3α-hydroxy androstan-17-one, 16-ferrocenylidene-3β-hydroxy androstan-17-one, 21-ferrocenylidene-3β-hydroxy pregn-5-en-20-one were crystallized using vapor diffusion in a benzene/pentane system to study their structure by single crystal X-ray diffraction. The cytotoxic activity of the novel complexes on the hormone-dependent MCF-7 and -independent MDA-MB231 breast cancers and HT-29 colon cancer cell lines were evaluated through colorimetric MTT assay. The IC50 values obtained for the complexes were Fc-cis-androsterone [14 ±3 μM (MCF-7), 12.5±0.2 μM (MDA-MB231), 1.2±0.4 μM (HT-29)]; Fc-trans-androsterone [20±1 μM (MCF-7), 26±0.5 μM (MDA-MB231),18±0.3 μM (HT-29)]; Fc-DHEA [27±2 μM (MCF-7), 21±0.6 μM (MDA-MB231), 33.1±0.4 μM (HT-29)]; and Fc-pregnenolone [124±22 μM (MCF-7), 72±6 μM (MDA-MB231), 126±7 μM (HT-29)]. These species demonstrated that the synergism between the ferrocene and the steroid improves notably the antitumoral properties on the cell lines studied when compared with the starting material and the standards Tamoxifen [47 ±2 μM (MCF-7)], and cisplatin [66 ±2 μM (HT-29)]. Molecular modeling was performed to study the interaction of the novel complexes synthetized with Estrogen Receptor Alpha (ER-α) (PDB: 2YAT) using AUTODOCK VINA 4.1. The docking studies showed that all the complexes occupy the same binding site in the estrogen receptor. The results suggest that the protein-ligands interactions were mainly hydrophobic, showing that Fc-pregnenolone complex has the highest affinity constant to ER-α compared to the other complexes. Human Serum Albumin-ferrocene steroid conjugates interactions were studied using fluorescence quenching spectroscopy to understand the mechanism of action of the protein, in the transport of anticancer drugs; Ksv constants values showed the fluorescence quenching of HAS-ferrocene complexes are driven by a static mechanism and the thermodynamic parameters (ΔH and ΔS) that were obtained using Van’t Hoff plot indicated these interactions are mainly hydrophobic. Molecular modeling docking studies were performed using AUTODOCK Vina 4.1 program to corroborate the hydrophobic interactions of the novel complexes with the protein HSA (PDB: 1HA2) and Fc-pregnenolone complex showed the highest affinity to drug binding site II.

Cuatro nuevos complejos fueron sintetizados por medio de una reacción de condensación aldolica y caracterizados usando diferentes técnicas espectroscópicas, partiendo de ferrocenocarboxaldehido y usando como grupos pendantes las hormonas (3α-hidroxi androstan-17-ona (cis-androsterona), 3β-hidroxi androstan-17-ona (trans-androsterona), 3β-hidroxi pregn-5-en-20-ona (pregnenolona) and 3β-hidroxi dehidroandrostan-17-ona (dehidroepiandrosterona, DHEA)). Tres de estos complejos: 16-ferrocenilideno-3α-hidroxi androstan-17-ona, 16- ferrocenilideno-3β-hidroxi androstan-17-ona, y 21-ferrocenilideno-3β-hidroxi pregn-5-en-20-ona fueron cristalizados usando un sistema benceno/pentano, por difusión de vapor, para estudiar su estructura por difracción de rayos-X monocristalino. La actividad citotóxica de los nuevos complejos fue evaluada a través del ensayo colorimétrico MTT, sobre las líneas celulares de cáncer de seno hormona-dependiente MCF-7, cáncer de seno hormona-independiente MDA-MB-231 y cáncer de colon HT-29. Los valores obtenidos de IC50 para los complejos fueron Fc-cis-androsterona [14±3 μM (MCF-7), 1.2±0.4 μM (HT-29)]; Fc-trans-androsterona [20±1 μM (MCF-7), 18±0.3 μM (HT-29)]; Fc-DHEA [27±2 μM (MCF-7), 33.1 ±0.4 μM (HT-29)]; y Fc-pregnenolona [124 ±22 μM (MCF-7), 126±7 μM (HT-29)]. El sinergismo entre el ferroceno y los esteroides mejoraron notablemente las propiedades antitumorales en las líneas celulares estudiadas, en comparación con el material de partida y los estándares Tamoxifeno [47±2 μM (MCF-7)], and Cisplatino [66±2 μM (HT-29)]. Se llevaron a cabo estudios de Modelaje molecular para conocer las interacciones de los nuevos complejos sintetizados con el Receptor de Estrógeno alfa (ER-α) (PDB: (PDB: 2YAT),) usando el programa AUTODOCK Vina 4.1. El estudio de docking mostró que todos los complejos ocupan el mismo sitio de enlace en el receptor de estrógeno. Los resultados sugieren que las interacciones proteína-ligandos fueron de carácter hidrofóbico principalmente, mostrando que el complejo Fc-pregnenolona es el que presenta la mayor constante de afinidad hacia ER-α, comparado con los otros complejos. Espectroscopía de quenching de fluorescencia fue usada para estudiar las interacciones de los nuevos complejos con la proteína albúmina de suero humano (HSA) para conocer el mecanismo de acción de la proteína con el transporte de drogas anticancerígenas; los valores de las constantes Ksv indicaron que la formación del complejo HSA-ferroceno va por un mecanismo estático, y los parámetros termodinámicos (ΔH and ΔS) calculados usando la gráfica de Van’t Hoff, indicaron que las interacciones son de carácter hidrofóbico. Se realizaron estudios de docking, modelaje molecular a través del programa AUTODOCK Vina 4.1, que corroboraron que las interacciones de los nuevos complejos con la proteína HSA (PDB: 1HA2) fueron de carácter hidrofóbico, siendo el complejo Fc-pregnenolona el que presenta la mayor afinidad por el sitio de unión II de los fármacos.