Thesis (M.Sc)-Cairo University, 2025.

Bibliography: pages 118-139.

Cancer remains a major global health challenge, driving the need for innovative therapies with enhanced efficacy, selectivity, and reduced toxicity. This study focuses on the design and synthesis of four series: substituted pyridines (VIIIa-u), substituted pyridopyrimidines (XIVa-g), substituted triazolopyridopyrimidines (XXIIa-d), and substituted pyrimidines (XXVIa-i). These compounds are evaluated for their cytotoxic effects, specifically targeting proapoptotic activity, and their potential as inhibitors of phosphoinositide 3-kinase (PI3K).
The antiproliferative activity of the synthesized derivatives was screened against 60 cancer cell lines, including the substituted pyridopyrimidine series (XIVa-g), which exhibited activity against T-47D breast cancer cells. Further analysis identified compound XIVe as the most potent, with an IC50 value of 1.46 ± 0.07 μg/mL. Remarkably, XIVe displayed high selectivity for cancer cells, showing minimal cytotoxicity towards normal MCF-10A cells (IC50 = 421.62 ± 5.15 μg/mL) and achieving a selectivity index (SI) of 288.78. Further investigations demonstrated that XIVe induced G2-M phase cell cycle arrest, effectively inhibiting mitotic progression and triggering apoptotic pathways. This was confirmed through Annexin-V-FITC assays, which revealed significant increases in early and late apoptotic populations and a pronounced reduction in cell viability. On a molecular level, western blot analyses showed that XIVe upregulated pro-apoptotic proteins, including p53 and Bax, while downregulating the antiapoptotic marker Bcl-2. This shift facilitated mitochondrial cytochrome c release and activated caspase-3 and caspase-7, key elements of the intrinsic apoptotic pathway. Enzyme inhibition studies further demonstrated the activity of XIVe against various PI3K isoforms: PI3Kα, PI3Kβ, PI3Kγ, and PI3Kδ, showing selective inhibition of PI3Kα, with an IC50 value of 0.183 ± 0.008 μg/mL. This potency is comparable to the reference inhibitor pictilisib, which has an IC50 of 0.097 ± 0.004 μg/mL.
Molecular docking analysis supported these findings, with XIVe exhibiting a docking score of -10.7454 kcal/mol, surpassing the co-crystallized reference ligand (-8.8096 kcal/mol). The compound formed key hydrogen bonds with Val851 and Gln859 residues unique to PI3Kα and hydrophobic interactions with Tyr836 and Ile932, reinforcing its selectivity and binding strength. In conclusion, compound XIVe demonstrates significant potential as a lead candidate for targeted breast cancer therapy. Its dual mechanism of action, combining potent pro-apoptotic activity with PI3Kα inhibition, provides a strong foundation for further optimization of these compounds as anticancer candidates.
The thesis consists of the following parts:
1-Introduction:
This section provides a comprehensive review of cancer, including its etiology and underlying mechanisms, as well as the phenomenon of cancer drug resistance. It also explores various cancer treatment modalities, such as surgery, radiation, and chemotherapy, highlighting both traditional and emerging therapeutic strategies. Special emphasis is placed on the use of pyridines and their fused derivatives, particularly pyridopyrimidines, with a focus on their potential anticancer effects.
2-Research objectives:
This section outlines the scientific principles and rationale underlying the design and synthesis of the targeted compounds.
3-Theoretical discussion:
3.1. Chemistry:
This section presents a discussion of the experimental methods employed for the synthesis of the target derivatives. Four schemes are provided to illustrate the synthetic pathways utilized. Additionally, a summary of the spectral techniques used to confirm the structures of the synthesized compounds is included.
3.2. Biological activity:
This section discusses the anticancer effect, cell cycle analysis, and pro- apoptotic activity of the synthesized derivatives, along with their PI3K isoforms inhibitory effects. It also includes computational studies and illustrates the structure-activity relationships of the compounds.
4-Conclusion
5-Experimental:
5.1. Chemistry:
This section outlines the experimental procedures employed for the synthesis of the intermediates and the novel final compounds. It also includes elemental analyses, as well as physical and spectral data.


5.1.1. Reported starting compounds and intermediates:
Synthesis of 14 reported starting compounds and intermediates
5.1.2. Final compounds:
Synthesis of 41final compounds
5.2. Biological Evaluation:
This section presents the experimental assessment of the single high-dose NCI screening of the synthesized compounds. Additionally, cytotoxicity against T-47D, cell cycle analysis, pro apoptotic activity, and PI3K isoforms inhibition were evaluated for the most potent anticancer agent XIVe.

لا يزال السرطان أحد الأسباب الرئيسية للوفاة في جميع أنحاء العالم ،مما يسبب توترا كبيرًا فى حياة البشر. حيث أنه يتم تأكيد التشخيص لمعظم المرضى فى مرحلة متقدمة من السرطان، مما يجعلهم يفقدون فرصة العلاج عن طريق الجراحة ، لذا يعد العلاج الكيميائى هو افضل علاج لهم. وبالتالي ، ومن الجدير بالذكر أن استخدام العقاقير الكيميائية يسبب العديد من الآثار الجانبية وتاثيره محدود وهذا يزيد من التحديات أمام العلماء للوصول إلى مضادات سرطان مؤثرة وفعالة ضد الخلايا السرطانية. ولذلك ،فان تطوير مضادات للاورام ذات فاعلية عالية واقل سمية مازال يمثل تحديا صعبا على مستوى العالم. وتعتبر الهياكل الحلقية غير المتجانسة، وخاصة البيريدينات المندمجة، مثبطات محتملة لإنزيم الفوسفوإينوسيتيد 3-كيناز ألفا (PI3Kα)، وهو إنزيم رئيسي مرتبط بتكاثر الخلايا السرطانية وبقائها على قيد الحياة. ولذلك يركز هذا البحث على تشييد عشرون مركباًمن مشتقات البيريدينات و البيريدينات المندمجة والتى لها تأثير مثبط لإنزيم الفوسفوإينوسيتيد 3-كيناز ألفا (PI3Kα)و اختبار فاعليتهم علي الخلايا السرطانية كجزء من السعي للوصول الي مضادات جديدة للسرطان اكثر فاعلية واكثرأمانا.
و الرسالة تشمل علي الاجزاء التالية:-
1. المقدمة
يتناول هذا القسم مراجعة شاملة عن مرض السرطان، بما في ذلك أسبابه والآليات المسببة له، بالإضافة إلى ظاهرة مقاومة العقاقير المضادة للسرطان. كما يستعرض مختلف الأساليب العلاجية المستخدمة لعلاج السرطان، مثل الجراحة والإشعاع والعلاج الكيميائي، مع التركيز على الاستراتيجيات العلاجية التقليدية والناشئة. ويتم تسليط الضوء بشكل خاص على استخدام البيريدينات ومشتقاتها المندمجة، لاسيما مركبات البيريدوبيريميدين، مع التركيز على تأثيراتها المحتملة المضادة للسرطان.
2. أهداف البحث
يستعرض هذا القسم المبادئ العلمية والأسس التي بنيت عليها تصميم وتخليق المركبات المستهدفة.
3. المناقشة النظرية
اولا:- الكيمياء :
يتناول هذا القسم مناقشة الطرق التجريبية المستخدمة في تخليق المشتقات المستهدفة. تم تقديم أربع مسارات تخليقية لتوضيح آليات التخليق المستخدمة. بالإضافة إلى ذلك، يتضمن القسم ملخصًا للتقنيات الطيفية التي استخدمت لتأكيد بنية المركبات المحضرة.
ثانيا:- النشاط البيولوجي :
يناقش هذا القسم الأنشطة المضادة للسرطان والسمية الخلوية وتأثير المركبات المحضرة على دورة الخلية وموت الخلايا المبرمج (Apoptosis)، بالإضافة إلى تأثيراتها المثبطة لإنزيم PI3Kα. كما يتضمن القسم دراسة هيكلية لتوضيح العلاقة بين التركيب والنشاط الحيوي لهذه المركبات.
4. الاستنتاج
5. التجارب المعملية
أولا:- الكيمياء :
يشرح هذا القسم الإجراءات التجريبية المتبعة في تخليق المركبات الوسيطة والمركبات النهائية الجديدة. كما يتضمن تحاليل العناصر والبيانات الفيزيائية والطيفية.
ثانيا:- التقييم البيولوجي :
يستعرض هذا القسم التقييم التجريبي لنشاط المركبات المستهدفة باستخدام اختبار الجرعة العالية الفردية ضمن برنامج NCI. بالإضافة إلى ذلك، تم تقييم السمية الخلوية، وتحليل دورة الخلية، ونشاط الموت الخلوي المبرمج، وتأثيرات تثبيط إنزيم PI3Kα.

Issues also as CD.

Text in English and abstract in Arabic & English.