(1) Background: Previous findings show that lactam steroidal alkylating esters display improved therapeutic efficacy with reduced toxicity. The aim of this study was to evaluate the anticancer activity of two newly synthesized aza-steroid alkylators (ENGA-L06E and ENGA-L08E) against human ovarian carcinoma cells, and consequently, the dual inhibition of RAS/PI3K/AKT and RAS/RAF/MEK/ERK signaling pathways, both of which are closely associated with ovarian cancer; (2) Methods: The in vitro cytostatic and cytotoxic effects of ENGA-L06E and ENGA-L08E were evaluated in a panel of five human ovarian cancer cell lines, as well as in in vivo studies. ENGA-L06E and ENGA-L08E, in addition to another two aniline-mustard alkylators, POPAM and melphalan (L-PAM), were utilized in order to determine the acute toxicity and antitumor efficacy on two human ovarian xenograft models. Also, in silico studies were performed in order to investigate the dual inhibition of ENGA-L06E and ENGA-L08E on RAS/PI3K/AKT and RAS/RAF/MEK/ERK signaling pathways; (3) Results: Both, in vitro and in vivo studies demonstrated that ENGA-L06E and ENGA-L08E were significantly more effective with a lower toxicity profile in comparison to POPAM and L-PAM alkylators. Moreover, in silico studies demonstrated that the two new aza-steroid alkylators could act as efficient inhibitors of the phosphorylation of AKT and ERK1/2 molecules; and (4) Conclusions: Both ENGA-L06E and ENGA-L08E demonstrated high anticancer activity through the inhibition of the PI3K-AKT and KRAS-ERK signaling pathways against human ovarian carcinoma, and thus constituting strong evidence towards further clinical development.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή αφορά τη μελέτη της αντικαρκινικής φαρμακολογικής δράσης υβριδικών-χιμαιρικών αζωτούχων στεροειδικών παραγόντων και την επίδρασή τους στις μοριακές οδούς RAS-RAF-MEK-ERK και RAS-PI3K-AKT. Η ανεύρεση μικρών μορίων αναστολέων διαφόρων πρωτεϊνών ή γονιδίων τα οποία παίζουν σημαντικό ρόλο σε διάφορα σημεία των δρόμων μεταγωγής σήματος υπεύθυνων για την πρόοδο και εξέλιξη του καρκίνου, είναι πολύ σημαντική για την ανάπτυξη νέων αντικαρκινικών φαρμάκων. Οι αλκυλιωτές σαν φάρμακα, είναι ιδιαίτερα τοξικά για τον οργανισμό και προκαλούν πολλές παρενέργειες στους ασθενείς με αποτέλεσμα να επηρεάζουν την ποιότητα ζωής τους. Στην πορεία, έχει βρεθεί ότι η προσθήκη ενός στεροειδούς στους αλκυλιωτές μειώνει την τοξικότητά τους και αυξάνει το θεραπευτικό αποτέλεσμα. Αυτό συμβαίνει λόγω της λιπόφιλης φύσης των στεροειδών που λειτουργούν σαν μεταφορείς φαρμάκων γεγονός το οποίο έχει ως αποτέλεσμα την μεγαλύτερη συγκέντρωση του αλκυλιωτή μέσα στο κύτταρο. Έτσι, σχεδιάστηκαν και συντέθηκαν διλειτουργικά (bifunctional) οργανικά υβριδικά στεροειδικά μόρια, ώστε η χημική τροποποίηση των συζευγμένων τμημάτων τους να τους δώσει τη δυνατότητα να προσβάλλουν και να συνδεθούν πιο εξειδικευμένα και αποτελεσματικά με συγκεκριμένες πρωτεΐνες στις δύο ενδοκυττάριες οδούς μεταγωγής σήματος που αναφέρθηκαν, αναστέλλοντας τη δράση τους. Αυτό επιτυγχάνεται με την πρόσδεσή τους στη θέση σύνδεσης πρωτεϊνών-στόχων και από τα δύο μονοπάτια. Συγκεκριμένα, τα στεροειδικά προς σύζευξη τμήματα συντέθηκαν με τέτοιο τρόπο ώστε να διαθέτουν έναν λακταμικό δακτύλιο στο εσωτερικό τους, ο οποίος θα είναι ο –Α ή ο –D (μονολακτάμες), καθώς και δύο λακταμικούς δακτυλίους, ο –Α και ο –C δακτύλιος του στεροειδικού σκελετού (διλακτάμες), ξεκινώντας από τρία πρόδρομα στεροειδή, την τεστοστερόνη, την οιστρόνη και την αδρενοστερόνη.Έχει βρεθεί ότι η προσθήκη λακτάμης στο στεροειδές προσδίδει κυτταροτοξική δράση διότι αλληλεπιδρά με τις πρωτεΐνες και τα νουκλεϊκά οξέα του κυττάρου.Επίσης, από τις πλέον σημαντικότερες διαπιστώσεις που προέκυψαν με in vitro μελέτη κυτταροστατικότητας και κυτταροτοξικότητας, είναι οτι οι υβριδικές ενώσεις παρουσιάζουν μεγαλύτερη δραστικότητα και μικρότερη τοξικότητα από τα αλκυλιωτικά/κυτταροτοξικά τμήματά τους. Για τη διερεύνηση του μηχανισμού δράσης των ενώσεων χρησιμοποιήθηκε ένα ευρύ φάσμα χημικών, βιοχημικών και κυτταρικών τεχνικών, καθώς και in silico τεχνικών υπολογιστικής χημείας και τεχνικών μοριακής μοντελοποίησης. Ιδιαίτερα πραγματοποιήθηκαν πειράματα Μοριακής Πρόσδεσης (Μolecular Docking) ώστε να διαπιστωθεί η ικανότητα των υβριδικών ενώσεων να αναστέλλουν πρωτεΐνες και ένζυμα τα οποία εμπλέκονται στα μονοπάτια που έχουν αναφερθεί. Επίσης, έγιναν μελέτες πρόβλεψης ADME (Absorption, Distribution, Metabolism, Excretion) χρησιμοποιώντας αξιόπιστα υπολογιστικά εργαλεία για την πρόβλεψη του φαρμακοκινητικού προφίλ των ενώσεων και της δράσης τους ως φάρμακα.Τέλος, η ολοκλήρωση της μελέτης του μηχανισμού δράσης πραγματοποιήθηκε με μοριακές τεχνικές WesternBlot και ELISA. Παράλληλα, με τη χρήση της κυτταρομετρίας ροής μελετήθηκε ο μηχανισμός απόπτωσης ενώ έγινε και μελέτη του κυτταρικού κύκλου κατά την επίδραση των ενώσεων σε συγκεκριμένες κυτταρικές σειρές. Τέλος διερευνήθηκε περαιτέρω ο μηχανισμός δράσης των υπό μελέτη ενώσεων στις πρωτεΐνες AKT1/2 και ERK1/2 με ενδοκυττάρια κυτταρομετρία ροής.