Espectrometria de massas aplicada aos estudos de biossíntese de alcalóides de Senna spectabilis

Abstract

O presente trabalho teve como objetivo o estudo das vias biossintéticas dos alcalóides piperidínicos presentes em Senna spectabilis, motivado pela potente atividade anticolinesterásica e baixa toxicidade observada no derivado (–)-3-O-acetil-espectalina (15), eleito como composto líder para o desenvolvimento de fármacos anti-Alzheimer que estão em fase de estudos pré-clínicos. Por outro lado, o interesse acadêmico no conhecimento das vias metabólicas, pode levar a estudos futuros de engenharia genética para potencializar a produção desses metabólitos uma vez que a síntese é extremamente complexa em função da presença de três centros estereogênicos. Tendo isso em vista, foram selecionadas seis espécies de Senna e Cassia para avaliar a presença dos alcalóides e selecionar aquela que os produz em maior quantidade. Foram estudadas as flores de S. spectabilis, S. multijuga, S. macranthera, S. velutina, C. fistula, C. leptophylla, sendo que só foram detectados alcalóides piperidínicos e piridínicos em S. spectabilis e S. multijuga, respectivamente, utilizando a espectrometria de massas tandem. Embora sejam de classes diferentes, esses metabólitos têm padrão de substituição similar, porém, apresentaram atividade anticolinesterásica diferenciada. De S. spectabilis foram isolados os alcalóides piperidínicos: (–)-cassina (1), (–)-espectalina (9), (–)-3-O-acetil-espectalina (15), (–)-3-O-acetil-cassina (16) e identificados 7-hidroxi-carnavalina (71), 7-hidroxi-cassina (18) e/ou espicigerina (42) utilizando a EM. De S. multijuga foram isolados os alcalóides piridínicos: 7'-multijuguinona (67) e 12'-hidroxi-7'-multijuguinona (69) e identificados 7'-multijuguinol (68) e 12'-hidroxi-7'- multijuguinol (70). Para os estudos biossintéticos dos alcalóides piperidínicos foi inicialmente proposta a biogênese onde lisina e acetato foram eleitos potenciais...

The following work encompass as main goal the study of biosynthetic pathways to produce piperidine alkaloids using Senna spectabilis as natural matrix. Such research was instigated due to the high acetylcholinesterase activity and low toxicity showed by the derivative (–)-3-O-acetyl-spectaline (15), selected as a lead compound against Alzheimer’s disease and currently under pre-clinical trials. Still yet, the academic interest on researching metabolic pathways that may lead to further genetic engineering studies to enhance the production of these metabolites is of extremely importance, due to the inability of producing any commercially viable synthetic strategy for their stereogenic centers. We selected six Senna and Cassia species to evaluate the presence of these metabolites aiming to select which matrix will produce them the most. We studied flowers from S. spectabilis, S. multijuga, S. macranthera, S. velutina, C. fistula and C. leptophylla. From those, we were able to detect piperidine and pyridine alkaloids only in S. spectabilis and S. multijuga, respectively, using tandem mass spectrometry. Regardless of the different structural nature towards 15, those metabolites have similar substitution patterns and showed differential acetylcholinesterase activity. From S. spectabilis were isolated the piperidine alkaloids: (–)-cassine (1), (–)-spectaline (9), (–)-3-O-acetyl-spectaline (15), (–)-3-O-acetyl-cassine (16), and identified 7-hidroxy- carnavaline (71), 7-hidroxy-cassine (18) and/or spicigerine (42) by tandem mass spectrometry and from S. multijuga were isolated the pyridine alkaloids: 7'-multijuguinone (67), 12'-hydroxy-7'-multijuguinone (69) and, identified by MS: 7'-multijuguinol (68) and 12'-hydroxy-7'-multijuguinol (70). We initially proposed the incorporation of lysine and acetate as main precursors of the piperidine alkaloids biosynthetic pathway and thus... (Complete abstract click electronic access below)