Bioactive marine natural products from the indonesian soft coral Sinularia Sp. (order Alcyonacea family Alcyoniidae)

Natural products have historically been a rich source of “lead compounds” for drug discovery. Although started only fifty years ago, the investigation of marine organisms aimed at searching new biologically active compounds has now gained a recognized role in this kind of studies. My research work, carried out in the frame of the PhD program, has been addressed at this research field and, in particular, at the chemical investigation of the Indonesian soft coral Sinularia sp. (order Alcyonacea, family Alcyoniidae). This investigation resulted in the isolation of eleven new compounds, belonging to different structural classes, some of which possessing interesting pharmacological activities. The structures of all new compounds were elucidated using modern spectroscopic methods including 2D NMR and HR-MS. Chemical analysis of the less polar fractions of the organic extract obtained fromSinularia sp. (order Alcyonacea, family Alcyoniidae) afforded two known and three new C-4 norcembranoids, named chloroscabrolides A and B and prescabrolide. Chloroscabrolide A is a pentacyclic norcembranoid including an unprecedented THF-type ring to connect C-13 and C-15; furthermore, it is only the second chlorinated cembranoid derivative to be reported in the literature. The relative configuration of chloroscabrolide A has been established on the basis of a comparison between experimental 13C NMR data and DFT-calculated 13C NMR chemical shifts. All the isolated norcembranoids have been evaluated for iNOS protein inhibition. The investigation of the steroidal fraction from the same organism, resulted in the isolation of three known and five new sterols, characterized by either 24-methylcholestane or gorgostane skeletons. The isolated steroids have been evaluated for their interaction with the farnesoid X-activated receptor (FXR) and some of them, including the new coumpound 3 and gorgosterol, showed a consistent antagonistic activity, potentially useful for the treatment of cholestasis. The FXR antagonistic activity of gorgosterol was also supported by gene expression experiments. My result represents the first evaluation of soft coral steroids for interaction with nuclear receptors and qualify gorgosterol as a new chemotype of FXR antagonist. Soft coral, particularly those belonging to genera Lobophytum and Sinularia, are well-known producers of diterpenoids and steroids. However, an analysis of more polar fractions of the organic extract obtained from Sinularia sp. revealed the presence of polar metabolites characterized by a glycosidic moiety attached to a sphingosine or to a fatty alcohol moiety. In particular, our analysis resulted in the isolation of a known cerebroside and a new glycolipid, named sinularioside Abstract characterized by a triacetylated diarabinosyl moiety attached to a myristyl alcohol (C14 saturated) residue. This compound is unique, in possessing three acetylated positions of the sugar moiety. The occurrence of naturally acetylated secondary metabolites is reasonably common, however, the naturally acetylated sugars are much more rare. Another polar fraction from Sinularia sp yielded two new alkaloids named sinulasulfoxide and sinulasulfone characterized by long aliphatic chains forming amide linkages with a sulphur-containing moiety. Among these polar metabolites, the new ether lipid proved to consistently inhibit the expression of iNOS protein, a potentially antiinflammatory activity.

Le sostanze naturali sono da sempre una ricca fonte di composti guida per la scoperta di nuovi farmaci. Lo studio di organismi marini volti a cercare nuovi composti biologicamente attivi, iniziato solo cinquanta anni fa, ha ormai assunto un ruolo importante in questo tipo di studi. La mia attività di ricerca, condotta durante il corso di Dottorato, è stata focalizzata sulla ricerca in tale ambito ed in particolare ha riguardato lo studio chimico del soft coral Indonesiano Sinularia sp. (order Alcyonacea, family Alcyoniidae). Tale studio ha condotto all’isolamento di undici nuovi composti, appartenenti a differenti classi strutturali, alcune delle quali dotati di interessanti proprietà farmacologiche. La caratterizzazione stereostrutturale di tutti i composti isolati o sintetizzati è stata effettuata mediante indagini spettroscopiche (UV, IR, NMR mono- e bidimensionale) e spettrometriche (ESI-MS). L’analisi chimica delle frazioni meno polari dell’estratto organico ottenuto da Sinularia sp. ha fornito due noti e tre nuovi C-4 norcembranoidi, chiamati cloroscabrolide A e B e prescabrolide. Cloroscabrolide A è un norcembranoide pentaciclico che comprende un anello tetraidrofuranico senza precedenti che connette il C-13 e il C-15; inoltre, esso è solo il secondo derivato cembranoide clorurato riportato in letteratura finora. La configurazione relativa del cloroscabrolide A è stata determinata attraverso la comparazione dei valori di chimical shift 13C NMR sperimentali e quelli ottenuti da calcoli quantomeccanici. Tutti i norcembranoidi isolati sono stati saggiati per l’inibizione della proteina iNOS. Lo studio della frazione steroidea ottenuta dallo stesso organismo, ha condotto all’isolamento di tre noti e cinque nuovi steroli, caratterizzati da scheletri 24-metilcolestano o gorgostano. Gli steroidi isolati sono stati valutati per la loro interazione con il recettore dei farnesoidi (FXR). Alcuni di essi, incluso il nuovo composto 3 ed il gorgosterolo, hanno mostrato una consistente attività antagonista, potenzialmente utile per il trattamento della colestasi. L’attività antagonista FXR del gorgosterolo è stata anche supportata da esperimenti di espressione genica. La mia ricerca rappresenta la prima valutazione di steroidi da soft coral per l’interazione con recettori nucleari e ha consentito di idenificare il gorgosterolo come un nuovo chemotipo di antagonisti FXR. I soft coral, in particolar modo quelli appartenenti al genere Lobophytum e Sinularia, sono ben noti come produttori di diterpenoidi e steroidi. Tuttavia, un’analisi delle frazioni più polari dell’estratto organico di Sinularia sp. ha rivelato la presenza di metaboliti polari caratterizzati da una porzione Riassunto glicosidica legata ad una sfingosina o ad una porzione di alcol. In particolare, la mia analisi ha condotto all’isolamento di un cerebroside noto e di un nuovo glicolipide, chiamato sinularioside caratterizzato da una porzione diarabinosil-triacetilata legata ad un residuo di alcol miristilico (C14 staturo). Questo composto è unico: in possesso di tre posizioni acetilate sulla porzione zuccherina. La comparsa di metaboliti secondari naturalmente acetilati è ragionevolmente comune, tuttavia, gli zuccheri naturalmente acetilati sono molto più rari. Un'altra frazione polare da Sinularia sp ha fornito due nuovi alcaloidi chiamati sinulasulfoxide e sinulasulfone caratterizzato da lunghe catene alifatiche che formano legami ammidici con la porzione contenente lo zolfo. Tra questi metaboliti polari, i nuovi eteri lipidici hanno mostrato una potenziale attività antiinfiammatoria inibendo in maniera consistente l’espressione della proteina iNOS.