Selectively Charged and Zwitterionic Analogues of the Smallest Immunogenic Structure of Streptococcus Pneumoniae Type 14

Zwitterionic polysaccharides (ZPs) have been shown in recent years to display peculiar immunological properties, thus attracting the interest of the carbohydrate research community. To fully elucidate the mechanisms underlying these properties and exploit the potential of this kind of structures, in depth studies are still required. In this context, the preparation of two cationic, an anionic, as well as two zwitterionic tetrasaccharide analogues of the smallest immunogenic structure of Streptococcus pneumoniae type 14 (SP14) capsular polysaccharide are presented. By exploiting a block strategy, the negative charge has been installed on the non-reducing end of the lactose unit of the tetrasaccharide and the positive charge either on the non-reducing end of the lactosamine moiety or on an external linker. These structures have then been tested by competitive ELISA, showing that the structural variations we made do not modify the affnity of the neutral compound to binding to a specific antibody. However, lower effcacies than the natural SP14 compound were observed. The results obtained, although promising, point to the need to further elongate the polysaccharide structure, which is likely too short to cover the entire epitopes

SYNTHESIS AND BIOLOGICAL EVALUATION OF IMMUNOLOGICALLY ACTIVE OLIGOSACCHARIDES

Vaccines are one of the most powerful means for preventing epidemiological diseases. However, despite the high number of vaccines there are still many diseases that strike indiscriminately old and new generations, often carrying much more serious side effects causing great inconvenience and high costs. Nowadays Pneumonia infections still represent one of the major causes of worldwide death, and in particular Streptococcus pneumoniae and its capsular polysaccharides are classified as one of the worst enemy, and the development of effective vaccines against these pathogens is one of the first aims of the World Health Organization. This PhD work is focused on the synthesis of zwitterionic oligosaccharide analogues of the smallest immunogenic structure of the capsular polysaccharide repeating unit of Streptococcus pneumoniae type 14, as hypothetical proposal for the development of new vaccines

Sintesi di mimici disaccaridici contenenti 1-desossinojirimicina e loro attività come agonisti di cellule Natural Killer

La 1-desossinojiromicina (DNJ) è un mimico del D-glucosio, in cui un atomo di N sostituisce quello dell’O piranosico. Una crescente attenzione è stata rivolta negli ultimi due decenni alla DNJ, a causa delle sue proprietà inibitorie delle glucosidasi che hanno portato allo sviluppo di farmaci anti-diabetici e contro il morbo di Gaucher, ed alle riconosciute proprietà anti-tumorali ed anti-AIDS. Molto poco, invece, si conosce delle interazioni di DNJ sul sistema immunitario. Nell’ambito di una ricerca sviluppata nel Laboratorio dove è stata svolta questa tesi, sulla sintesi e le proprietà agonistiche di oligosaccaridi su un comparto chiave del sistema immunitario innato, le cellule Natural Killer (NK), è stata messa a punto la sintesi dei due mimici disaccaridici 1 e 2 costituiti da un’unità di DNJ glicosilata in 4 con una N-acetil--D-mannosamina (1) e -D-glucosamina (2). L’approccio sintetico comune usato per la sintesi di 1 e 2 è stato basato, come passaggio chiave per la costruzione del nucleo poliidrossipiperidico, impegnando in reazioni di doppia amminazione riducente intramolecolare (amminociclizzazione) i precursori 1,5-dicarbonilici del tipo 3 e 4 a configurazione D-xilo, glicosilati in 4 con le opportune unità esosamminiche. La sintesi di un derivato 1,5-dicarbonilco di tipo 3 ha previsto una prima sequenza di 6 reazioni che, partendo dal lattosio commerciale, porta all’intermedio 5 precedentemente noto, in resa complessiva del 35%. La sequenza successiva ha previsto preliminarmente l’epimerizzazione al C-4’ di 5, passando, per l’unità non riducente, dalla stereochimica D-talopiranosidica a quella D-manno-piranosidica (6), attraverso una metodica basata sull’eliminazione basica di acetone dalla posizione 3’,4’ seguita da idroborazione-ossidazione del risultante enol etere es-4’-enopiranosidico. La rimozione selettiva del gruppo 5,6-isopropilidenico, seguita da un’ossidazione regioselettiva con NBS di un intermedio acetale stannilidenico non isolabile a dare 7 ed, infine, da idrolisi acida dei due gruppi acetalici residui, porta alla 5-cheto-aldeide 8 desiderata. Per la sintesi di un analogo D-glucosaminico di 8, si è proceduto, previa protezione del gruppo OH-2’ come etere p-metossibenzilico, alla epimerizzazione al C-4’ dell’unita -D-talopiranosidica del conosciuto derivato 9, mediante il metodo già sopra citato basato sulla idroborazione-ossidazione regio- e stereoselettiva del derivato enol etereo es-4’enopiranosidico ottenuto per eliminazione basica di acetone dal gruppo 3’,4’ isoprolidenico. Il derivato -D-mannopiranosidico 10 è stato, quindi, sottoposto a O-p-metossidebenzilazione per trattamento con DDQ e successivamente ad amminazione con inversione di configurazione mediante formazione dell’imidazilsolfonato (NaH, Im2SO2) seguita da sostituzione nucleofila con NaN3, deprotezione in 5,6, ossidazione regioselettiva al C-5 mediata da acetali stannilidenici ed, infine, deprotezione completa a dare la 5-cheto-aldeide 11, avente il gruppo azido in 2’ come precursore della funzione acetammidica. I derivati -dicarbonilici 8 e 11 sono stati poi sottoposti a reazione di doppia amminazione riducente intramolecolare con cloridrato di benzilammina e NaBH3CN in MeOH, per ottenere i corrispondenti azadisaccaridi. Nel caso di 11, dopo rimozione di tutti i gruppi protettivi, è stato ottenuto il mimico disaccaridico 1. nel caso di 11, invece, non è stato ancora possibile, per mancanza di tempo, effettuare la completa de protezione, anche se è stata completamente chiarita la struttura del composto di amminociclizzazione. L’azadisaccaride 1, sotto forma di cloridrato, è stato testato dal Prof. V. Křen dell’Accademia Ceca delle Scienze (Praga) come agonista dei recettori NKR-P1 e CD69 delle cellule NK, rispettivamente di ratto ed umane. I risultati ottenuti sono stati molto promettenti, infatti, usando come agonista di riferimento, a riconosciuta elevata attività, la D-glucosamina (-logIC50 = 5.7 per il recettore NKR-P1 e 3.9 per il recettore CD69), le proprietà agoniste di 1 risultano leggermente più elevate nei confronti del recettore NKR-P1 (-logIC50 = 6.6) e addirittura superiore di circa 2 ordini di grandezza verso il recettore umano CD69 (-logIC50 = 5.7)

Stereoselective synthesis of beta-D-GlcNAc-(1->4)-D-Glc disaccharide starting from lactose

The stereoselective preparation of the beta-D-GlcNAc-(1->4)-D-Glc disaccharide starting from known 4-O-[6-O-(1-methoxy-1-methylethyl)-3,4-O-isopropylidene-beta-D-talopyranosyl]-2,3:5,6-di-O-isopropylidene-aldehydo-D-glucose dimethyl acetal (2), in turn easily obtained from lactose, is reported. Key steps of this new procedure, that avoids the glycosylation reaction, are (a) a first epimerization at C-4' through an unusual procedure involving a completely stereospecific hydroboration–oxidation of the enol ether group of the hex-4-enopyranoside 4, obtained from 3 by base promoted acetone elimination, (b) an amination with inversion by SN2 reaction on an imidazylate intermediate, and, finally, (c) N-acetylation followed by complete deprotection

Stereoselective Access to the beta-D-N-Acetylhexosaminyl-(1->4)-1-deoxy-D-nojirimycin Disaccharide Series Avoiding the Glycosylation Reaction

The synthesis of β-D-GlcNAc-, β-D-GalNAc-, β-D-ManNAc-, and β-D-TalNAc-(1->4)-DNJ iminosugar disaccharides has been achieved, avoiding the glycosylation reaction, using a mixed tetracetonide of lactose [2,3:5,6:3',4'--tri-O-isopropylidene-( 6'-O-2-methoxy-2-methylethyl)-lactose dimethyl acetal] as starting material. The synthetic process is based on the transformation of the reducing unit of suitably protected β-D-hexosaminyl-(1->4)-aldehydo-D-glucose dimethyl acetal disaccharides into a deoxynojirimycin derivative. Key steps of the synthesis are: (a) the selective oxidation of the 5-position of the D-glucose unit, (b) release of the aldehydo function, (c) double reductive aminocyclisation of the 1,5-dicarbonyl disaccharide intermediate, and (d) complete deprotection

Improvement on the Synthesis of Primary Amino Sugar Derivatives via N-Benzyl Intermediates

Primary tosylates 1a-d were converted to the corresponding amino species 3a-d. Benzylamine was proved effective for the substitution of tosylates, using acetonitrile (MeCN) as the solvent of choice and citric acid to remove excess of the reagent from crude products 2a-d. Debenzylation was carried out at circa (ca.) atmospheric pressure of hydrogen gas in the presence of acetic acid (AcOH). The method was also demonstrated in a demo batch experiment for the synthesis of compound 3a on a 50 g scale of 1a