DNA Sequence Preference and Adduct Orientation of Pyrrolo[2,1-c][1,4]benzodiazepine Antitumor Agents

Abstract

The pyrrolobenzodiazepines (PBDs) are covalent DNA minor-groove binding agents with a reported preference for binding to 5 0 -Pu-G-Pu sequences with their A rings oriented toward the 3 0 -end of the covalently modified DNA strand. Using HPLC/MS methodology and a range of designed hairpin-forming 17-mer oligonucleotides, the kinetics of reaction of a bis-pyrrole PBD conjugate (GWL-78, 2) has been evaluated with eight isomeric oligonucleotides, each containing a single PBD binding site in one of two locations. The PBD-binding base pair triplets were designed to include every possible combination of A and T bases adjacent to the covalently reacting guanine. Contrary to expectations, 2 reacted most rapidly with TGT and TGA sequences, and adducts were observed to form in both the 3 0 -and the 5 0 -directions. Molecular modeling studies revealed that for 3 0 -oriented adducts, this preference could be explained by formation of a hydrogen bond between the N10-H of the PBD and the oxygen of the C2-carbonyl of a thymine base on the 3 0 -side of the covalently bound guanine. For 5 0 -adducts, an analogous PBD N10-H hydrogen bond may form instead to the N3 of an equivalent adenine on the opposite strand.

Pyrrolobenzodiazepines as Sequence Selective DNA Binding Agents

“…With regard to the PBD scaffold it is well established that it forms a covalent linkage at the N2 position of a guanine base of the DNA while the other subunit of this new conjugate is likely to interact within the DNA through the non-covalent interactions. [63,76] This aspect has been investigated in detail in case PBD-naphthalimide and benzimidazole conjugates examine their sequence selective binding ability.…”

Entwicklung Pyrrolobenzodiazepin(PBD)‐haltiger Antikörper‐Wirkstoff‐Konjugate (ADCs) ausgehend von Anthramycin

“…Sie enthalten auch eine elektrophile Imineinheit (oder entsprechend ein Carbinolamin oder einen Carbinolaminmethylether) an der N10-C11-Position im B-Ring, die zwischen ihrem C11-Atom und der C2-NH 2 -Gruppe einer Guaninbase eine kovalente Aminalverknüpfung bilden kann (Abbildung 2 A). Dies findet jedoch erst statt, wenn sich das Mole- 4]benzodiazepine (PBDs) sind eine Familie sequenzselektiver Wirkstoffe, die an die kleine Furche der DNA binden und eine kovalente Aminalbindung zwischen der C11-Position und den C2-NH 2 -Gruppen der Guaninbasen bilden. Anthramycin ist das erste Beispiel eines PBD-Monomers und wurde in den 1960er Jahren entdeckt.…”

“…PBD-Monomere wie Anthramycin (1) überbrücken in der Regel drei DNA-Basenpaare mit einer beschriebenen Prä-ferenz für 5'-Pu-G-Pu-3'-Sequenzen, [1b, 3] obwohl sie, wie aktuellere Daten nahelegen, eine kinetische Präferenz für 5'-Py-G-Py-3'-Sequenzen zeigen (Pu = Purin, Py = Pyrimidin). [4] Seit der Entdeckung von Anthramycin in den frühen 1960er Jahren [2] und seiner nachfolgenden Untersuchung im klinischen Rahmen [5] wurde von verschiedenen Forschungsgruppen und Industrielaboren eine Reihe synthetischer PBDs [1f, 6] entwickelt. Zum Beispiel wurden nichtkovalente Komponenten, die in der kleinen Furche binden, an die C8-Position des PBD-A-Rings angehängt [z.…”

“…Im zweiten Schritt bildet das PBD eine oder zwei kovalente Bindungen mit der oder den Guaninbase(n), und das Molekül ist dann in dieser Position fest gebunden. Wäh-rend die anfängliche nichtkovalente Assoziation rasch verläuft, ist der Schritt der kovalenten Anbindung je nach PBDStruktur und DNA-Sequenz verschieden schnell und kann zwischen 3 h [4] und 24 h [14] dauern (Abbildung 2 A). Wenn sie erst einmal an DNA gebunden sind, kçnnen PBD-Monomere und -Dimere eine Reihe biologischer Effekte in Zellen haben.…”

The use of molecular dynamics simulations to evaluate the DNA sequence-selectivity of G–A cross-linking PBD–duocarmycin dimers

“…The cytotoxicity of these molecules is thought to be directly related to the formation of interstrand cross-links (in this instance at Pu-GATC-Py sites [22,23]), and members of the PBD dimer class are now being used as payloads for antibody-drug conjugates (ADCs) [24,25]. Evidence is accumulating to suggest additional mechanisms of action including the formation of intrastrand cross-links [9,10,26] and mono-adducts, the inhibition of transcription factor binding [27,28] and the inhibition of enzymes such as endonucleases [29,30] and RNA polymerase [31].…”