Thesis (M.Sc.) -Cairo University, 2023.

Bibliography: pages 121-137.

The ubiquitous enzymes carbonic anhydrases (CAs) are a family of enzymes that play a crucial role in the regulation of acid-base balance. Amongst their eight genetically unrelated gene families, only α-CA is expressed in humans with 16 isoforms. These zinc metalloenzymes catalyze the reversible hydration of carbon dioxide to bicarbonate and proton. Traditionally, CA inhibition has been clinically applied in the development of diuretic and antiglaucoma agents, with subsequent use for their inhibitors to treat a wide range of other disorders including obesity, Alzheimer's disease, osteoporosis, bacterial and fungal infections, as well as cancer. The dysregulation of pH is a hallmark of many tumors, and carbonic anhydrases contribute to the maintenance of the acidic tumor microenvironment, which can facilitate tumor growth, invasion, and metastasis. As a result, carbonic anhydrase inhibitors (CAIs) have emerged as potential therapeutic agents in cancer treatment.
Isatin sulfonamide-based scaffolds have been massively investigated for their anticipated anti-tumor activity via CA inhibition.
In this study, different isatin-based scaffolds were designed and synthesized preserving the acidic aryl sulfonamide moiety, varying the substitution on (C5) of the isatin ring Va-e and reacting different aryl hydrazines with the carbonyl group (C3) via a condensation reaction VIIa-p.
The synthesized derivatives were tested for their anti-tumor activity against NCI-60 human cell panel at 10 μM single dose. The remarkable antitumor activity of compounds VIIa, VIId, VIIe, VIIg, VIIi, VIIk, VIIl, VIIn and VIIp against the majority of cell lines of the NCI 60 cell panel made them proper candidates for further investigation using five doses with concentrations of 0.01, 0.1, 1, 10 and 100 μM.
Furthermore, the newly synthesized compounds were assessed for their carbonic anhydrase inhibitory activity against four human CA isoforms hCA I, hCA II, hCA IX and hCA XII compared to acetazolamide (AAZ).
Interestingly, compounds Vd, VIIa, VIIe, VIIg and VIIk displayed the most potent inhibitory activity against hCA IX (Ki = 16.8, 8.0, 17.3, 9.4 and 24.5 nM, respectively) compared to AAZ (Ki = 25 nM), whereas compounds VIIi, VIIm and VIIn showed a promising inhibition against hCA XII (Ki = 7.1, 4.8 and 10.8 nM, respectively) compared to AAZ (Ki = 5.7 nM). It’s worth mentioning that the aforementioned hCA IX and XII isoforms are known to be tumor related.
Molecular docking and ADME prediction studies were adopted to illustrate the interaction of the potent derivatives with the hot spots of the active site of hCA IX and hCA XII along with the prediction of their pharmacokinetic and physicochemical properties.

إنزيمات الكاربونيك انهيدريز الواسعة الانتشار هي عائلة من الإنزيمات التي تلعب دورًا حاسمًا في تنظيم التوازن الحمضي القاعدي. من بين عائلات الجينات الثمانية غير المرتبطة وراثيًا، يتم التعبير عن α-CA فقط في البشر بـ 16 شكلًا اٍسويا. تعمل هذه الإنزيمات المعتمدة على معدن الزنك على تحفيز اضافة المياه العكسية لثاني أكسيد الكربون إلى البيكربونات والبروتونات. تم تطبيق تثبيط CA سريريًا في تطوير عوامل مدرة للبول ومضادات الجلوكوما، مع الاستخدام اللاحق لمثبطاتها أو منشطاتها لعلاج مجموعة واسعة من الاضطرابات الأخرى: بما في ذلك السمنة ومرض الزهايمر وهشاشة العظام والالتهابات البكتيرية والفطرية، وكذلك سرطان. يعد خلل تنظيم الرقم الهيدروجيني سمة مميزة للعديد من الأورام، وتساهم الكاربونيك انهيدريز في الحفاظ على البيئة الدقيقة للورم الحمضية، والتي يمكن أن تسهل نمو الورم و انتشاره. ونتيجة لذلك، ظهرت مثبطات الأنهيدراز الكربونيك كعوامل علاجية محتملة في علاج السرطان.
تم فحص المقالات المعتمدة على ايزاتين السلفوناميد على نطاق واسع لمعرفة نشاطها المتوقع المضاد للورم عن طريق تثبيط الكاربونيك انهيدريز.
في هذه الدراسة، تم تصميم وتشييد نواة أساسها الإيزاتين مع الحفاظ على جزء الأريل سلفوناميد الحمضي، بالاٍضافة اٍلى تغيير الاستبدال على (C5) لحلقة الإيزاتين (المركبات Va-e) وتفاعل هيدرازينات الأريل المختلفة مع مجموعة الكربونيل (C3) عبر تفاعل التكثيف (المركبات VIIa-p).
تم اختبار المشتقات الجديدة للنشاط المضاد للسرطان ضد لوحة الخلايا البشرية NCI-60 (جرعة واحدة 10 μM) وتم تقييم نشاطها المثبط للأنهيدراز الكربوني ضد أربعة أشكال إسوية بشرية hCA I وhCA II وhCA IX وhCA XII بالمقارنة بأسيتازولاميد (AAZ).
إن النشاط المضاد للسرطان و الملحوظ للمركبات VIIa، VIId، VIIe، VIIg، VIIi، VIIk، VIIl، VIIn وVIIp ضد معظم خطوط الخلايا في لوحة الخلايا NCI 60 جعلها مرشحة مناسبة لمزيد من الاختبار باستخدام خمس جرعات بتركيزات μM 0.01، 0.1، 1، 10 و 100.
ومن المثير للاهتمام أن المركباتVd و VIIa و VIIe و VIIg و VIIk كانت الأكثر فعالية ضد hCA IX (Ki = 16.8 nM، 8 nM، 17.3 nM، 9.4 nM و 24.5 nM، على التوالي) مقارنة بـأسيتازولاميد (Ki = 25 nM). أظهرت المركبات VIIi وVIIm وVIIn تثبيطًا واعدًا ضد hCA XII (Ki = 7.1nM، 4.8 nM، 10.8 nM، على التوالي) مقارنة بـأسيتازولاميد ( Ki = 5.7 nM). ومن الجدير بالذكر أن الأشكال الإسوية hCA المذكورة أعلاه معروفة بأنها مرتبطة بالأورام السرطانية.
تم اعتماد دراسات الارساء الجزيئي والتنبؤ بـ ADME لتوضيح تفاعل المشتقات القوية مع النقاط الساخنة للموقع النشط لـ hCA IX وhCA XII جنبًا إلى جنب مع التنبؤ بخصائصها الدوائية والكيميائية الفيزيائية.

Issued also as CD

Text in English and abstract in Arabic & English.