C-Glycosyl flavonoids as potential anticoronavirus drugs with dual action

Abstract

The ongoing COVID-19 pandemic, caused by Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2), has spread all over the world, causing millions of deaths, and became a major global concern. Although protective vaccines have been developed and administered, efficient antiviral agents for the prevention and treatment of SARS-CoV-2 are not yet available. Moreover, since new and deadly CoVs can emerge at any time with the potential of becoming pandemics, it is crucial the development of therapeutic agents against these potentially deadly CoVs. The scientific research and the medical challenges to save lives revealed the genetic evolution and the biochemistry of SARS-CoV-2 life cycle in comparison with other coronaviruses. The SARS-CoV-2 attacks primarily the respiratory tract, through its binding of Spike glycoprotein to angiotensin converting enzyme 2 (ACE2) of the host cell, initiating the replication and transcription of viral genome by 3CLpro. There have been developed some strategies towards SARS-CoV-2 inhibition, which target the Spike glycoprotein and 3CLpro. In the search for anti-coronaviral drugs, researchers soon turned their heads towards glycosylated flavonoids. Glycosyl flavonoids, widespread in the plant kingdom, have received a lot of attention due to their widely recognized antioxidant, anti-inflammatory, anticarcinogenic, antidiabetic activities, and to their ability to modulate key cellular enzymes function. Recently, glycosyl flavonoids have also shown promising antiviral activity against SARS-CoV-2. Despite O-glycosyl flavonoids are by far the most common in nature, C-glycosyl flavonoids have attracted much recent interest, due to their enhanced stability to chemical and enzymatic hydrolysis. Thus, the first aim of this work was the synthesis of new C-glycosyl flavonoids to evaluate their antiviral activity towards the SARS-CoV-2. The synthesis of C-glycosyl flavonoids was achieved through the cross-coupling Heck reaction between a 3-bromo flavonoid and a modified sugar alkene. Although the synthesis of C-glycosyl flavones was not well-succeeded, it was possible to synthesize C-glycosyl 2-styryl-4H-chromen-4-ones, although, the presence of isomers was observed. The new synthesized compounds were unequivocally characterized by mono- (1H and 13C) and two-dimensional (HSQC, HMBC, NOESY) nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy techniques. Whenever possible, they were also characterized by mass spectrometry and high-resolution mass spectrometry. Since the new synthesized C-glycosyl 2-styryl-4H-chromen-4-ones were obtained as a mixture of isomers, the evaluation of the antiviral activity could not be performed. Further studies to separate the isomers are needed, as well as the evaluation of the antiviral activity towards the 3CLpro and α-glucosidases. Furthermore, molecular docking studies will be conducted to understand the interactions of the new synthesize C-glycosyl flavonoids with SARS-CoV-2 3CLpro and the α-glucosidases.

A pandemia da COVID-19 que decorre atualmente, causada pela Síndrome Respiratória Aguda Grave Coronavírus 2 (SARS-CoV-2), espalhou-se por todo o mundo, causando milhões de mortes, e tornou-se uma preocupação global. Apesar de terem sido desenvolvidas e administradas vacinas, a doença continua ativa e ainda não estão disponíveis terapêuticas antivirais eficazes para a prevenção e o tratamento da SARS-CoV-2. Além disso, uma vez que novos e potencialmente mortais coronavírus (CoVs) podem surgir a qualquer momento com o potencial de se tornarem pandémicos, é crucial o desenvolvimento de agentes terapêuticos contra estes vírus. A pesquisa científica e os desafios médicos para salvar vidas revelaram a evolução genética e a bioquímica do ciclo de vida do SARS-CoV-2 em comparação com outros coronavírus. O SARS-CoV-2 ataca principalmente o trato respiratório, por meio da sua ligação da glicoproteína Spike à enzima conversora de angiotensina 2 (ACE2) da célula hospedeira, iniciando a replicação e transcrição do genoma viral pela 3CLpro. Deste modo, têm vindo a ser desenvolvidas algumas estratégias para a inibição da SARS-CoV-2, que têm como alvo a glicoproteína Spike e a 3CLpro. Na busca por medicamentos anticoronavírus, alguns grupos de investigação têm-se focado no estudo de flavonoides glicosilados. Os glicosil flavonoides, distribuídos abundantemente pelo reino vegetal, têm recebido muita atenção devido às suas atividades antioxidantes, anti-inflamatórias, anti carcinogénicas e antidiabéticas amplamente reconhecidas, e pela sua capacidade de modular a função de enzimas celulares essenciais. Recentemente, os glicosil flavonoides também mostraram atividade antiviral promissora contra o SARS-CoV-2. Apesar de os O-glicosil flavonóides serem os mais comuns na natureza, os C-glicosil flavonoides têm atraído recentemente muito interesse, devido à sua estabilidade à hidrólise química e enzimática. Assim, o primeiro objetivo deste trabalho foi a síntese de novos C-glicosil flavonóides para avaliar sua atividade antiviral contra o SARS-CoV-2. A síntese dos C-glicosil flavonóides foi efetuada através da reação acoplamento de Heck entre um 3-bromo flavonóide e um alceno de açúcar modificado. Embora a síntese de C-glicosil flavonas não tenha sido conseguida, foi possível sintetizar C-glicosil 2-estiril-4H-cromen-4-onas, embora a reação origine uma mistura de isómeros. Os novos compostos obtidos foram caracterizados por técnicas de espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN) mono- (1H e 13C) e bi-dimensionais (HSQC, HMBC, NOESY). Sempre que possível, foram também caracterizados por espectrometria de massa e espectrometria de massa de alta resolução. Visto que os novos C-glicosil 2-estiril-4H-cromen-4-onas sintetizados possuem isómeros, a avaliação da atividade antiviral não pôde ser efetuada. Mais estudos para separar os isômeros formados são necessários, bem como a avaliação da atividade antiviral frente à 3CLpro e α-glucosidases. Além disso, estudos de docking molecular serão conduzidos para entender as interações dos novos C-glicosil flavonóides sintetizados com a 3CLpro da SARS-CoV-2 e as α-glucosidases.