Synthesis of steroid analogs as potential CDK8 inhibitors using (S)-hydroxyalkyl azide in a stereoselective ring expansion

Abstract

CDK8 har en viktig rolle i regulering av celletranskripsjon gjennom enzymets tilknytning til mediatorkomplekset eller ved fosforylering av transkripsjonsfaktorer. CDK8-mediert aktivering av onkogener har vist seg å være viktig i en rekke krefttyper, inkludert akutt myelogen leukemi (AML). Det har vært rapportert om at flere forbindelser med steroid-struktur har antikrefteffekter, og kan fungere som CDK8-hemmere. Eksempler på CDK8 hemmere er cortistatin A og CCT251545. Likheten mellom forbindelsene og steroid-strukturen tyder på at at A-ringen og D-ringen kan danne interaksjoner med CDK8. Forbindelsene ble derfor forenklet ved å ta utgangspunkt i steroid-strukturen, samtidig som A- og D-ringen ble modifisert. A-ringen ble utvidet til en heterosyklisk syv-ring i en regioselektiv ringutvidelse, og D-ringen ble påsatt ulike aromatiske heterosykler som tidligere har vist lovende resultater under biologisk testing.

I det første trinnnet ble et hydroksylalkylazid syntetisert i en SN2 reaksjon. A-ringen i steroid-strukturen ble utvidet til en syvring ved at ketonet i 5a-dihydrotestosteron ble omgjort til et amid i en Schmidt reaksjon med hydroksylalkylazidet. Hydroksyl-gruppene ble oksidert av PCC, for så å kunne utføre beta-eliminasjon av aryl alkyl ketonet med NaH som base. D-ringen ble påsatt et triflat i en syntese med NaHMDS og N-fenyl-bis(trifluormetansulfonimid). 17-posisjonen ble videre påsatt ulike heterosykliske ringer som har vist lovende resultater tidligere i en Suzuki-Miyaura krysskobling. Syntesen resulterte i dannelse av fem forbindelser, som skal testes biologisk som mulige CDK8-hemmere.

CDK8 plays an important role in regulating cell transcription either through the enzymes attachment to the mediator complex or through phosphorylation of transcription factors. CDK8-mediated activation of oncogenes is important in several cancers, including acute myelogenous leukemia (AML). Several compounds with a steroid core have been reported to have anticancer effects and can act as CDK8 inhibitors. Examples of effective CDK8 inhibitors are cortistatin A and CCT251545. The similarity between these compounds and the steroid structure suggest that the A-ring and the D-ring potentially can interact with CDK8. The compounds were therefore simplified by starting with the steroid structure and modifying the A- and D-ring. The A-ring was extended to a heterocyclic seven-membered ring in a regioselective ring expansion. The D-ring was introduced to various aromatic heterocycles that prior had shown promising result in biological evaluation.

In the first step, a hydroxyalkyl azide was synthesized in an SN2 reaction. The A-ring in the steroid core was extended to a seven-membered ring by converting the ketone in 5α-dihydrotestosterone to an amide in a Schmidt reaction with the hydroxyalkyl azide. The hydroxyl groups were oxidized using PCC, and an beta-elimination of the aryl alkyl ketone was performed with NaH in THF. The D-ring was applied to a triflate in a synthesis with NaHMDS and N-phenyl-bis (trifluoromethanesulfonimide). The 17-position was further introduced to various heterocyclic rings which have shown promising results previously in a Suzuki-Miyaura cross-couplings. The synthesis resulted in the formation of five potential inhibitors to be biological evaluated as CDK8 inhibitors.