• Keine Ergebnisse gefunden

Synthesis of 4’‐C‐alkylated‐5‐iodo‐2’‐deoxypyrimidine nucleosides as potential

5.1) Introduction 

For  years, chemically modified  nucleoside  analogues have  been outstanding  life‐saving  medicines.13,20,37,41,190‐197

 This pharmacologically manifold compound class, which contains  structural features of the skeleton of natural nucleosides, is frequently used for cancer  therapy  and  the  treatment  of  viral  infections.20,41,81,190‐196,198‐200

  Along  with  human  immunodeficiency virus (HIV) and  hepatitis  virus (HV); herpes simplex virus (HSV) and  varicella‐zoster virus (VZV) are prominent pathogens. In addition to the approved drugs  brivudine, acyclovir, and vidarabine, HSV and VZV are also medicated with the prototype of  antiviral drugs 2’‐deoxy‐5‐iodouridine (also known as iodoxuridine) N1 since over 40 years  (Figure 27).20,190,192,193,196,201 

  N1, and 2’‐deoxy‐5‐iodocytidine N2. Figure was adapted from literature 20

 

Drug N1, launched for example as Herples®, Stoxil®, Iodoxene®, and Virodox®, targets the  DNA replication of the viruses.193,196,201

 Thereby, N1 acts as an antagonist of thymidine, its 

natural nucleoside counterpart, and targets the thymidylate phosphorylase and the viral  DNA polymerase ‐ the workhorse of the DNA replication.41,193,196,201

 In general, 5‐substituted‐ 

2´‐deoxycytidines are appreciably more selective, but equally or slightly less potent in their  anti‐HSV activity than the corresponding 5‐substituted‐2´‐deoxyuridines.196,197,202,203

 Thus,  the antiviral spectrum of 2’‐deoxy‐5‐iodocytidine N2 (Figure 27), marketed as Cebeviran® or  Cuterherpes®,  is  similar  to  N1  to  which  medicine  N2  is  turned  over  by  enzymatic  deamination.196,197,202,204

  Besides 5‐halopyrimidine nucleosides, 4’‐C‐modified nucleosides  aroused scientific interest, because a couple of derivatives of this interesting compound  class showed antiviral activity.145,146,148‐153

 In doing so, 4’‐C‐modified nucleosides functions as  nucleoside reverse transcriptase inhibitors (NRTIs)145‐147,154,205

 and  showed even activity  against multi‐drug resistant virus strains.151,154 The evolution of viral resistance boosts the  urgent need for new effective drugs and therapies against viral infections.88,89 Because there  is a great demand for the development of drugs2,12,13,88,90,91 and consequently also for novel  nucleoside analogues, a synthetic route for 4´‐C‐alkylated‐5‐iodo‐2´‐deoxyuridines N3a‐c and  4´‐C‐alkylated‐5‐iodo‐2´‐deoxycytidines N4a‐c was designed and developed (Figure 28). The  resulting novel entities N3a‐c and 4a‐c could be of great pharmaceutical interest, because  they  fuse  the  structural  features  of  the  marketed  drug  N1  or  2,  and  4´‐C‐alkylated  nucleosides in one small molecule. In addition, the intermediates on synthesis route to   N3a‐c and 4a‐c, or the developed compounds itself could function as key building blocks in  order  to  open  up  the  way  to  several  further  4´‐C‐modified‐5‐substituted  nucleoside  analogues of scientific and pharmaceutical interest.  

Figure 28.  Chemical  structures  of  the  designed  4’‐C‐alkylated‐5‐iodo‐2’‐deoxyuridines  N3a‐c  and   4’‐C‐alkylated‐5‐iodo‐2’‐deoxycytidines N4a‐c.  

 

It is noteworthy to mention that 4´‐C‐modifications of nucleosides always comprise the  generation  of  quaternary  carbon  centres  including  the  obstacles  associated  with  the 

respective chemistry.206 Three main methodologies have been evolved for the synthesis of  4´‐C‐modified nucleosides (Figure 29). In the first methodology a 4´‐C‐branch is attached to   2´‐C‐deoxynucleosides;206,207  in  the  second  methodology  the  asymmetric  SAMP/RAMP‐

hydrazone  α‐alkylation and diastereoselective nucleophilic 1,2‐addition with Grignard and  organocerium reagents is capitalized;208,209 and in the third methodology suitable 4‐C‐ribose  glycosyl  donors164  are  synthesized  for  the  nucleoside  formation  using  Vorbrüggen`s  method210,211 (Figure 29, 30).206 

 

2`-deoxynucleoside PGO R

PG

Figure 29.  Main  methodologies  for  the synthesis  of  4’‐C‐modified  nucleosides  analogues.  In  the  first  methodology  4´‐C‐branch  is  attached  to  2´‐C‐deoxynucleosides;206,207  the  second  methodology  the  asymmetric  SAMP/RAMP‐hydrazone  α‐alkylation  and  diastereoselective  nucleophilic  1,2‐addition  is  capitalized;208,209 and in the third methodology flexible 4‐C‐ribose glycosyl donors are synthesized for the  nucleoside formation using Vorbrüggen`s method208‐211modification, PG protection group. Figure was  adapted from literature 206,212

 

Over  the  past  years  Marx  et  al.  designed  and  synthesized  a  series  of  4´‐C‐modified  nucleosides and nucleotides.147,164,213‐221

 In the present work this profound knowledge was  combined with literature known synthesis strategies for N1222 and 12a153 in order to open up  the way towards N3a‐c. On the basis of the transformation of uridines or thymidines into the  respective  cytidine  analogues,216,223,224

  N3a‐c  were  planed  to  be  converted  into  the   4’‐C‐alkylated‐5‐iodo‐2’‐deoxycytidines N4a‐c. To evaluate whether the novel 4’‐C‐alkylated‐

5‐iodo‐2’‐deoxypyrimidines are utilizable as building blocks to get access to further modified 

nucleosides,  compound  N12c  with  the  biggest  hydrophobic  4’‐C‐modification  was  investigated in a Sonagashira test reaction. 

 

5.2) Synthesis of 4‐C‐modified carbohydrate building blocks 

Suitable 4‐C‐modified glycosyl donors  ‐ methodology three  ‐ have been widely used as  precursors for the synthesis of 4´‐C‐modified nucleosides and nucleotides, because they are  producible  in  a  multigram‐scale  starting  from  D‐glucose  or  D‐allofuranose  (Figure 29, 30).206,225  After  benzylation  and  selective  acid  hydrolysis  of  the   5,6‐O‐isopropylidene  group  of  D‐allofuranose,  periodate  cleavage  yielded  an  aldehyde  intermediate.206,225  Afterwards,  the  4‐C‐hydroxymethyl  branch  was  installed  by  using  formaldehyde in an aldol reaction that was followed by a Cannizzaro reduction in one  pot.225,226 The selective silylation with tert‐butyldiphenylsilyl chloride (TBDPSCl) leaded to the  versatile key ribose building block N6 (Figure 30).227 

 

 

Figure 30. Retrosynthetic scheme for key building block N6 starting from D‐allofuranose. 

 

Recently, Rangam et al. reported a nine‐steps reaction sequences for 4`‐C‐methyl‐ and   4`‐C‐ethyl‐substituted  deoxyuridines  N5a‐b.164  According  to  these  synthetic  routes,  nucleosides N5a‐b and the respective glycosyl donors N8a‐b were obtained.164 In addition,  the synthesis of the novel 4`‐C‐propyl‐substituted deoxyuridines N5c and the corresponding  novel glycosyl donor N8c were investigated (Figure 31). 

 

 

Figure 31. Synthesis of glycosyl donors N8a‐c. Reagents and Conditions: i) Ph3P, imidazole, I2, toluene, reflux;164  ii) n‐Bu3SnH, AIBN, toluene, reflux, 96% over 2 steps;164 iii) DMP, CH2Cl2, r.t., 91%;164 iv) MePPh3Br, n‐BuLi, THF,  r.t., 97%;164 iv) EtPPh3Br, t‐BuOK, THF, r.t., 84%; vi) AcOH, Ac2O, H2SO4r.t, 79% (N8a)16490% (N8b)16464% 

(N8c). 

 

After conversion of N6 with triphenylphosphine (Ph3P) and iodine, to the 4‐C‐iodomethyl  derivative,  the  iodo  intermediate  was  subsequently  reduced  with  tributyltin  hydride   (n‐Bu3SnH) to the 4‐C‐methyl derivative N7a.164 Acetolysis of N7a led to the 4‐C‐methyl‐ bis‐

acetate N8a (Figure 31).164,206  

In order to synthesize the 4‐C‐vinylated and 4‐C‐(Z)‐prop‐1‐enylated bis‐acetates N8b‐c,  compound  N6  was  oxidised  with  Dess‐Martin  periodinane  (DMP)165  to  yield  the  corresponding aldehyde.164 Afterwards, Wittig reaction was used for C‐C‐bond formation to  yield the 4‐C‐vinylated N7b164 and 4‐C‐(Z)‐prop‐1‐enyl ribose analogs N7c. Wittig reaction  afforded for N7b the introduction of the C1‐unit with small steric restraints. The reaction  could  be  carried  out  with  methyltriphenylphosphonium  bromide  (MePPh3Br)  and   n‐butyllithium (n‐BuLi) as base.164 In contrast, bulky alkoxides have previously been reported  to be the bases of choice in Wittig reactions involving sterically encumbered substrates.218,228  Thus,  the  reaction  was  performed  with  potassium  tert‐butoxide  (t‐BuOK)  and  ethyltriphenylphosphonium  bromide  (EtPPh3Br)  as  C2‐synthon.  In  addition,  these  cis‐

selective conditions (JHC=CH for N7c = 11.8 Hz) had the positive side effect that the possible  products in the resulting diastereomeric mixture were brought to a minimum. By protection  group manipulations N7b and 7c were converted to the substituted ribosyl acetates N8b and  8c in good yields (Figure 31).164 

5.3) Synthesis of 4’‐C‐alkylated‐pyrimidine nucleosides 

Holding the substituted 4‐C‐modified glycosyl donors N8a‐c in hand, the nucleobase uracil  was fused with  N8a‐c according  to the Vorbrüggen glycosylation210,211  (Figure 32).  The  reaction with bis(trimethylsilyl)uracil, which is formed as an intermediate by silylation of  uracil with bis(trimethylsilyl)acetamide (BSA), and trimethylsilyl triflate (TMSOTf) as catalyst  gave  stereoselectively  the  β‐configurated  4´‐C‐methyl164,  4´‐C‐(Z)‐vinyl164,  and  (Z)‐prop‐ 

1‐enyl substituted nucleoside N9a‐c.  

 

 

Figure 32. Synthesis of 2´‐deoxy‐4´‐C‐methyl‐, 2´‐deoxy‐4´‐C‐ethyl‐, and the new 2´‐deoxy‐4´‐C‐propyluridine  N5a‐c. Reagents and conditions: i) Uracil, BSA, TMSOTf, MeCN, reflux, 77% (N9a)164, 74% (N9b)164, 71% (N9c); ii)  NaOMe, MeOH, r.t.; iii) PhOCSCl, DMAP, MeCN, r.t.; iv) n‐Bu3SnH, AIBN, toluene, reflux; 70% (N10a)16472% 

(N10b)164, 83% (10c) over 3 steps; v) 10% Pd/C, H2, EtOH, r.t.; vi) TBAF, THF, r.t, 79% (N5a)164 89% (N5b)164, 65% 

(N5c) over 2 steps. 

 

After  deacetylation  with  sodium  methoxide  (NaOMe)  and  reaction  with  phenyl  chlorothionoformate (PhOCSCl) in the presence of 4‐dimethylaminopyridine (DMAP) the  thiocarbonate esters were obtained, which were successive reduced with tributyltin hydride  (n‐Bu3SnH) to the 2´‐deoxyuridine derivates N10a‐c. Catalytic hydrogenation  with Pd/C  followed by desilylation with tetrabutylammonium fluoride (TBAF) furnished the 2´‐deoxy‐

4´‐C‐methyl‐, 2´‐deoxy‐4´‐C‐ethyluridines N5a‐b164 and the new 2´‐deoxy‐4´‐C‐propyluridine  N5c (Figure 32). 

 

5.4) Synthesis of 4’‐C‐alkylated‐5‐iodo‐2’‐deoxypyrimidine nucleosides 

For the halogenation in 5‐position of the uridines, a literature known synthesis strategy for  compound N1222 and 12a153 was followed. Therefore nucleosides N5a‐c were acetylated to  yield  compounds  N11a‐c.  Next,  the  diammonium cerium (IV) nitrate  (CAN)  mediated 

iodination (N12a‐c), followed by deprotection furnished in good to excellent yields the  desired 4´‐C‐methyl‐, 4´‐C‐ethyl‐ and 4´‐C‐propyl‐5‐iodo‐2´‐deoxyuridine analogues N3a‐c  (Figure 33).  

 

 

Figure 33. Synthesis of 4´‐C‐alkylated‐2´‐deoxy‐5‐iodouridine derivates N3a‐c. Reagents and conditions: i)  Et3N, Ac2O, DMAP, MeCN, r.t., 63% (N11a), 74% (N11b), 93% (N11c); ii) I2, CAN, MeCN, reflux, 89% (N12a), 98% 

(N12b), 89% (N12c); iii) NaOMe, MeOH, r.t., 91% (N3a), 97% (N3b), 97% (N3c). 

 

The strategy to synthesize the 4´‐C‐alkylated‐5‐iodo‐2´‐deoxycytidines N4a‐c was based on  the tranformation  of uridines  or thymidines into  the  corresponding cytidine  derivates  (Figure 34).216,223,224 In the first trail to make N4a‐c accessible, the acetylated 5‐iodo‐2´‐

deoxyuridines  N12a‐c  were  treated  unsuccessfully  with  the  2,4,6‐

triisopropylbenzenesulfonyl chloride (TPSCl)‐Et3N‐DMAP system followed by aminolysis with  ammonium hydroxide (NH4OH) in order to generate the exocyclic amino functions and to  deacetylate the sugar moieties.  

 

 

Figure 34. Synthesis of 4´‐C‐alkylated‐2´‐deoxy‐5‐iodocytidine analogues N4a‐c. Reagents and conditions: i)  TBDMSCl, imidazole, DMF, r.t., 81% (N13a), 90% (N13b), 91% (N13c); ii) 1.) TPSCl, DMAP, Et3N, MeCN, r.t.;  

2.) 28% NH4OH, 78% (N14a), 77% (N14b), 80% (N14c); iii) TBAF, THF, r.t., 92% (N4a), 89% (N4b), 81% (N4c). 

 

Because no product could be isolated in the first trail, the protecting group strategy had to  be changed and N3a‐c were silylated with TBDMSCl in the presence of imidazole to yield 

compounds N13a‐c. After silylation, the conversion of N13a‐c into N14a‐c with the (TPSCl)‐

Et3N‐DMAP system followed by aminolysis with ammonium hydroxide (NH4OH) to install the  exocyclic amino functions was successful. Finally, desilylation with TBAF yielded the 4´‐C‐

methyl‐, 4´‐C‐ethyl‐ and 4´‐C‐propyl‐ 5‐iodo‐2´‐deoxycytidine analogues N4a‐c (Figure 34). 

 

5.5)  Evaluation  of  the  synthons  ‐  exemplified  by  3’,5’‐di‐O‐acetyl‐2’‐deoxy‐5‐

iodo‐4’‐C‐propyluridine N12c in a Sonagashira test‐reaction  

Beside the usage of 5‐halopyrimidine nucleosides as antiviral drugs, they have been applied  extensively as key building blocks for the synthesis of a wide range of biological probes and  other modified nucleosides of great pharmaceutical interest.117,153,190,198,229‐236

 To get access  to  further  5‐modified  pyrimidines  starting  from  5‐halopyrimidines  nucleosides  and  nucleotides,  palladium  catalysed  cross‐coupling  reactions  emerged  to  popular  reaction  types.153,198,230‐233,235‐241

  

 

 

Figure 35. Evaluation of 3’,5’‐di‐O‐acetyl‐2’‐deoxy‐5‐iodo‐4’‐C‐propyluridine N12c  in  Sonagashira test‐

reaction. Reagents and conditions: i) 0.1 eq Pd(PPh3)4, 0.2 eq CuI, NEt3, DMF, r.t., 57%; ii) NaOMe, MeOH, r.t.,  97%. 

To evaluate whether the novel 5‐iodo‐2’‐deoxypyrimidine nucleosides with hydrophobic 4’‐

C‐modifications are utilizable as reactants in palladium catalysed coupling reactions, 3’,5’‐di‐

O‐acetyl‐2’‐deoxy‐5‐iodo‐4’‐C‐propyluridine  N12c,  was  subjected  to  a  Sonagashira  test  reaction (Figure 35). The coupling reaction between N12c and a representative terminal  alkyne‐biotin  conjuate  N15242  was  carried  out  in  the  presence  of  the  catalyst  tetrakis(triphenylphosphine)palladium(0) (Pd(PPh3)4), cuprous iodide (CuI) and dry NEt3 to  yield N16c in 57%. In an additional step the ribose moiety was deacetylated to furnish N17c  in 97% yield. It turned out that the 4’‐C‐alkylated‐5‐iodo‐2’‐deoxypyrimidine nucleosides are  also  valuable  intermediates  to  open  up  the  synthetic  way  to  further  4’‐C‐modified  nucleosides. 

 

5.6) Discussion and Conclusion 

In order to extend the chemical diversity of 4’‐C‐modified uridine and cytosine analogues  with potential interesting pharmacological features, the well established methodology three  (Figure 29) was applied to build up of several known and novel 4’‐C‐alkylated uridines and  cytosines. By using methodology three, 4‐C‐alkylated glycosyl donors N8a‐c or rather the 4’‐

C‐alkylated uridines N9a‐c were synthesized in multistep reaction sequences, starting from  relative cheap and commercially available D‐allofuranose. Afterwards, analogues N9a‐c were  successfully  transformed  according  to  standard  procedures  into  the  2’‐deoxygenated  analogues  N5a‐c  and  those  in  turn  into  the  corresponding  4’‐C‐alkylated‐5‐iodo‐2’‐

deoxyuridines 3a‐c. In the end an exocyclic amino group could be installed effectually to  yield the 4’‐C‐alkylated‐5‐iodo‐2’‐deoxycytidines N4a‐c.  

The  novel  nucleoside  analogues  N3a‐c  and  4a‐c  are  4’‐C‐alkylated  derivatives  of  the  approved antiviral drugs 2’‐deoxy‐ 5‐iodouridine N1 and 2’‐deoxy‐5‐iodocytidine N2. Due to  the fact, that several derivatives of 4’‐C‐modified nucleosides also showed antiviral activity,  the here reported molecules are generally of great interest because they fuse the structural  features of the marketed drug N1 or 2, and 4´‐C‐alkylated nucleosides in one small molecule. 

Additionally, the reported molecules could serve as useful chemical building blocks for the  development of further compounds of scientific and pharmaceutical interest. This fact could  be  verified  by  a  Sonogashira  test‐reaction.  In  doing  so  N12c  was  reacted  with  a 

representative  alkyne‐biotin  conjuate  N15  to  yield  the  4´‐C‐alkylated‐5‐alkynylated  nucleoside N16c and so the herein reported molecules can also act as versatile synthetic  tools to open up the synthetic way for further 4’‐C‐modified nucleosides.  

Conclusion 

The survival and development of each organism relies on the equal distribution of its  genome during cell division. Errors in this process can lead to severe developmental defects,  cancer, or even death.15‐17 DNA polymerases are key enzymes to pass the exact genomic  information down generations (see also chapter 2). Over 50 years ago, Kornberg et al. 

discovered the first enzyme (DNA polymerase I), that catalyses the accurate replication of  DNA.18,19 Since this and other pioneering discoveries, it was assumed for a long period of  time, that only six “classical” DNA polymerases (pol α, β, γ, δ, ε, and TdT) are responsible for  DNA replication and repair in mammalian cells.15,17,20,21

 For that reasons, the discovery of  several “novel” specialized DNA polymerases (pol η,  θ,  κ,  λ,  μ,  ν,  ι,  ζ, and REV1) was a real  sensation in the last decades (Table 1).15,17,20,22

 So far, at least 15 different human DNA  polymerases are known.15,17,20,22

 In the course of errors in replication or by environmental  conditions, DNA mutations and damages occur.16 To maintain the genetic integrity of the  genome, an elaborate set of sophisticated repair mechanisms have evolved. The set includes,  amongst others, the “novel” specialized DNA polymerases.15‐17,20,37

 Features of some of these  specialized enzymes are known, but to understand in depth the task of the majority the exact  roles still await clarification. For that reason, there is a great demand for appropriate  methods and reagents (e.g. the chemical genetics approach with itssmall‐molecule probes,  see also chapter 1)4,5,7‐11 to dissect the cellular functions of DNA polymerases. The entire  process of DNA metabolism takes minutes, and individual steps take place in seconds. Given  their fast mode of action, cell‐permeable small‐molecules are ideally suited to interfere with  the highly dynamic replication process.4,5,7‐11 

In addition, DNA polymerases serve not only as a target for molecular probes to dissect their  cellular functions, but have been tried and tested for decades as prominent target for life‐

saving  medicines.15,17,20,22,37,41  Numerous  pathological  states,  like  cancer,  autoimmune  disease, and many bacterial and viral infections can be traced back to uncontrolled DNA  metabolism.15,17,20,37,41,51,79 Today, it is one of modern medicine's top priorities to combat  those diseases with novel and innovative drugs. For that reasons, these novel small‐molecule  probes not only might be of great value for basic science but also may open up novel avenues  for the treatment of diseases related to genome integrity. 

 

The main part of this work deals with a reverse chemical genetics approach, in order to  discover and develop molecular tools to dissect the functions of the homologous BER  enzymes pol λ and  β (chapter 4, see also chapter 2.3). In previous surveys several small‐

molecule inhibitors of human pol λ were identified and evaluated by applying SYBR® Green I  based  screening  and  radioactive  primer  extension  (PEX)  techniques  (see  also  chapter 3.2).75,76  Some  rhodanine‐based  compounds,  classified  as  a  privileged  drug  scaffold,156‐161 were found to be the most active inhibitor class. The most potent inhibitor  obtained was compound SM1, with an IC50 value of 5.9 μM. Interestingly, SM1 is up to ten  times less active against the highly homologous pol β (IC50 = 64.4 μM).75,76 Additionally, SM1  did not inhibit the DNA polymerases 9°N, Therminator, Pfu, and Dpo4 (IC50 > 100 μM).75  During the course of evaluating an initial compound library (1st compound generation)  further rhodanine‐based inhibitors (SM10, 16, 21, 23) were found whose properties are  comparable with SM1 and there were early indications that some compounds (e.g. SM11,  12, 20) also showed activity  against  pol β.76 Finally,  preliminary  basic  structure‐activity  relationships (SAR) could be established out of the in vitro data76, and thus, the rhodanine‐

based small‐molecules could be seen as an appropriate starting point for the development of  molecular probes to specifically investigate the biological functions of pol λ and β. 

On purpose to design  a molecular scaffold  for the  creation of the  2nd  small‐molecule  generation, first, the initial screening and IC50 data of the 1st compound generation were  confirmed. Based on the reproduced in vitro data, a suitable molecular scaffold could be  introduced  for  the  design  of  the  2nd  small‐molecule  generation.  Additionally,  it  was  ascertained that SM1 acts also dose‐dependently on the TdT function of pol λ with an IC50  value  of  4.5 μM.  Continuing  experiments  with  constant  SM1  and  increasing  dNTP  concentrations  suggested  that  SM1  inhibits  pol λ  without  directly  competing  for  the  substrate binding site.  

In the next steps, the chemical diversity of rhodanine‐based small‐molecules with potential  interesting pharmacological features could be further expanded by systematic synthetic  optimization starting from cheap and commercially available building blocks. The scaffold  oriented synthesis of the drug‐like molecules SM12, 29‐58 was subdivided into two parts. In  the first part, the precursor aldehydes SM59‐61, 63‐83, and for compound SM33 a precursor 

acetophenone SM62 were built up using high‐yielding SNAr reactions under basic conditions. 

Thereby  activated  halides  were  displaced at the aromatic core  of the scaffold by the  corresponding thiols. For the synthesis of precursor SM84, an elegant literature‐known three  step synthesis sequence163 was assigned starting from SM59. Therefore, SM59 was reduced  with NaBH4 to yield the methanol intermediate in 98%. Afterwards the intermediate was  refluxed together with H2O2 to give SM85. In the last step, SM85 was oxidized with DMP to  furnish precursor SM84. By performing the Knoevenagel condensation in the second part,  several precursor molecules were fused together with varying heterocycles. To obtain the Z‐

isomeres exclusively, SM12, 29‐33, and 35‐58 were built up under thermodynamic reaction  control in good yields. For the synthesis of racemic SM34 the exocyclic double bond of SM1  was reduced by the Hantzsch ester on silica gel method176.  

Due to the biochemical evaluation of the novel entities, 23 highly active compounds against  pol λ (SM12, 29, 33, 37‐44, 46‐50, 53‐58) with IC50 values less than 10 μM were discovered. 

Interestingly, ten of these small‐molecules (SM29, 39, 40, 42, 44, 46, 47, 51‐53) selectively  inhibited  pol λ  in  a  low  micromolar  range  but  not  pol β.  The  exact  IC50  values  were  determined for the five most active compounds. Compounds SM39, 48, 49, 53, and 57 dose‐

dependently inhibited the polymerization function of pol λ with IC50 values of 5.7, 6.0, 3.9,  4.0,  and  4.0 μM and are thus equally  or even more  active than lead compound SM1  (IC50 = 5.9 μM)75,76. Moreover, SM39, 48, 49, 53, and 57 act also as inhibitor of the TdT  function of pol λ. In addition, 14 novel small‐molecules (SM12, 33, 37, 38, 41, 43, 48‐50, 54‐

58) that target pol β were identified. The exact IC50 values were determined in turn for the  four  most  active  compounds.  SM38,  41,  48,  and  49  inhibited  dose‐dependently  the  polymerization function of pol β with IC50 values of 38.7, 28.1, 29.8, and 18.2 μM. With the  aid of the molecular scaffold and the novel PEX data, the initial reported initial SAR76 could  be extended and discussed in depth (chapter 4.4.5). 

In order to draw comparisons between the discovered small‐molecule pol λ and β inhibitors  (SM1, 49) and literature known inhibitors, a variety of reported inhibitors were explored in  side‐by‐side comparisons using the same PEX conditions. SM1, 49 were much more active  than the on natural products based inhibitors. In consequence, the rhodanines are currently  the strongest inhibitors for pol λ and comparable to the best of previously reported pol β  inhibitors.37,51,75,76,78,177,181 

With the aim to further develop the rodanine based probes in a cellular environment, first  the effect of the small‐molecules itself on human cell lines was investigated. Cell viability of  cervix carcinoma (HeLa‐S3) and liver carcinoma (Hep‐G2) cancer cell lines was suppressed  dose‐dependently by selected small‐molecules of the first generation (SM1, 10, 16, 21, and  32). Except SM10, the rhodanines showed moderate toxicities on both human cell lines. In  addition, the results suggested that SM1, 16, 21, and 32 are suited small‐molecule probes for  more extensive studies in a cellular context. 

Next, the two representatives of the discovered compounds (SM1, SM49) were explored in  co‐treatment experiments on colorectal cancer cells (Caco‐2). In these proof‐of‐concept  studies, it was assayed, whether the discovered compounds sensitize cancer cells towards  the artificial induction of DNA‐damage. Therefore, human Caco‐2 cells were co‐treated with  the discovered probes (SM1, SM49) and the approved monoalkylating drug TMZ or the  model ROS inducer H2O2. Importantly, SM1 and SM49 were pharmacologically active and  sensitized Caco‐2 cells towards both genotoxic agents. Because chemotherapies depend  frequently in part on the artificial induction of DNA damage, consideration of targeting DNA  repair  capacity  is  an  ongoing  concern  in  improving  responses  to  treatments.15,17,20,37,51,74,78,79,100

 Like other gene products involved in DNA damage repair, the 

regulation of pol β and λ, which are overexpressed in cancer tissue,72 could be fundamental  in cancer treatment.15,17,37,51,53,78,100

 The herein reported cellular studies support this notion,  as SM1 and SM49 enhanced the sensitivity of human colorectal cancer cells towards the  genotoxic TMZ and H2O2 considerably. The additive or even synergistic effects indicate that 

 The herein reported cellular studies support this notion,  as SM1 and SM49 enhanced the sensitivity of human colorectal cancer cells towards the  genotoxic TMZ and H2O2 considerably. The additive or even synergistic effects indicate that