We report an extensive structure-activity relationship optimization of polysubstituted pyrimidines that led to the discovery of 5-butyl-4-(4-benzyloxyphenyl)-6-phenylpyrimidin-2-amine, and its difluorinated analogue. These compounds are sub-micromolar inhibitors of PGE2 production (IC50 as low as 12 nM). In order to identify the molecular target of anti-inflammatory pyrimidines, we performed extensive studies including enzymatic assays, homology modeling and docking. The difluorinated analogue simultaneously inhibits two key enzymes of the arachidonic acid cascade, namely mPGES-1 and COX-2, with mPGES-1 inhibition being the principal mechanism of action. Other pyrimidines studied are potent mPGES-1 inhibitors with no observed inhibition of COX-1/2 enzymes. Moreover, the two most potent compounds proved to be significantly effective in vivo in a model of acute inflammation, suppressing carrageenan-induced rat paw edema by 36 and 46 %. The promising results of this study warrant further preclinical evaluation of selected anti-inflammatory candidates.

Department of Organic Chemistry Faculty of Science Charles University Hlavova 8 128 43 Prague 2 Czech Republic

Institute of Experimental Medicine of the Czech Academy of Sciences Vídeňská 1083 142 20 Prague 4 Czech Republic

Institute of Organic Chemistry and Biochemistry of the Czech Academy of Sciences Flemingovo nám 2 166 10 Prague 6 Czech Republic

Zobrazit více v PubMed

C. Pereira-Leite, C. Nunes, S. K. Jamal, I. M. Cuccovia, S. Reis, Med. Res. Rev. 2017, 37, 802-859.

D. L. Simmons, Pharmacol. Rev. 2004, 56, 387-437.

A. L. Blobaum, L. J. Marnett, J. Med. Chem. 2007, 50, 1425-1441.

W. L. Smith, Y. Urade, P. J. Jakobsson, Chem. Rev. 2011, 111, 5821-5865.

B. J. R. Whittle, Fundam. Clin. Pharmacol. 2003, 17, 301-313.

G. Coruzzi, N. Venturi, S. Spaggiari, Acta Bio Med. Atenei Parmensis 2007, 78, 96-110.

P. N. P. Rao, E. E. Knaus, T. P. Road, L. Jolla, J. Pharm. Pharm. Sci. 2008, 11, 81-110.

J.-M. Dogné, C. T. Supuran, D. Pratico, J. Med. Chem. 2005, 48, 2251-2257.

A. S. Kalgutkar, A. B. Marnett, B. C. Crews, R. P. Remmel, L. J. Marnett, J. Med. Chem. 2000, 43, 2860-2870.

A. S. Kalgutkar, B. C. Crews, S. W. Rowlinson, A. B. Marnett, K. R. Kozak, R. P. Remmel, L. J. Marnett, Proc. Mont. Acad. Sci. 2000, 97, 925-930.

A. Palomer, F. Cabré, J. Pascual, J. Campos, M. A. Trujillo, A. Entrena, M. A. Gallo, L. García, D. Mauleón, A. Espinosa, J. Med. Chem. 2002, 45, 1402-1411.

A. S. Kalgutkar, B. C. Crews, S. Saleh, D. Prudhomme, L. J. Marnett, Bioorg. Med. Chem. 2005, 13, 6810-6822.

N. Yamakawa, S. Suemasu, M. Matoyama, A. Kimoto, M. Takeda, K. I. Tanaka, T. Ishihara, T. Katsu, Y. Okamoto, M. Otsuka, T. Mizushima, J. Med. Chem. 2010, 53, 7879-7882.

N. Yamakawa, S. Suemasu, Y. Okamoto, K. I. Tanaka, T. Ishihara, T. Asano, K. Miyata, M. Otsuka, T. Mizushima, J. Med. Chem. 2012, 55, 5143-5150.

S. K. Suthar, M. Sharma, Med. Res. Rev. 2015, 35, 341-407.

S. Fiorucci, L. Santucci, E. Distrutti, Dig. Liver Dis. 2007, 39, 1043-1051.

L. M. Lichtenberger, J. J. Romero, E. J. Dial, J. E. Moore, Inflammopharmacology 2009, 17, 1-5.

L. M. Lichtenberger, J. J. Romero, E. J. Dial, Br. J. Pharmacol. 2009, 157, 252-257.

L. Huang, G. G. MacKenzie, N. Ouyang, Y. Sun, G. Xie, F. Johnson, D. Komninou, B. Rigas, Br. J. Pharmacol. 2011, 162, 1521-1533.

A. H. Abadi, G. H. Hegazy, A. A. El-Zaher, Bioorg. Med. Chem. 2005, 13, 5759-5765.

U. K. Bandarage, L. Chen, X. Fang, D. S. Garvey, A. Glavin, D. R. Janero, L. G. Letts, G. J. Mercer, J. K. Saha, J. D. Schroeder, M. J. Shumway, S. W. Tam, J. Med. Chem. 2000, 43, 4005-4016.

C. Cena, P. Tosco, E. Marini, L. Lazzarato, M. Piccinini, C. Ramondetti, E. Lupino, R. Fruttero, A. Gasco, ChemMedChem 2011, 6, 523-530.

C. Cena, M. L. Lolli, L. Lazzarato, E. Guaita, G. Morini, G. Coruzzi, S. P. McElroy, I. L. Megson, R. Fruttero, A. Gasco, J. Med. Chem. 2003, 46 (5), 747-754.

K. Chegaev, L. Lazzarato, P. Tosco, C. Cena, E. Marini, B. Rolando, P. A. Carrupt, R. Fruttero, A. Gasco, J. Med. Chem. 2007, 50, 1449-1457.

S. Consalvi, G. Poce, R. Ragno, M. Sabatino, C. La Motta, S. Sartini, V. Calderone, A. Martelli, C. Ghelardini, L. Di Cesare Mannelli, M. Biava, ChemMedChem 2016, 11, 1804-1811.

Z. Huang, C. A. Velázquez, K. R. A. Abdellatif, M. A. Chowdhury, J. A. Reisz, J. F. Dumond, S. B. King, E. E. Knaus, J. Med. Chem. 2011, 54, 1356-1364.

M. L. Lolli, C. Cena, C. Medana, L. Lazzarato, G. Morini, G. Coruzzi, S. Manarini, R. Fruttero, A. Gasco, J. Med. Chem. 2001, 44, 3463-3468.

R. R. Ranatunge, M. Augustyniak, U. K. Bandarage, R. A. Earl, J. L. Ellis, D. S. Garvey, D. R. Janero, L. G. Letts, A. M. Martino, M. G. Murty, S. K. Richardson, J. D. Schroeder, M. J. Shumway, S. W. Tam, A. M. Trocha, D. V. Young, J. Med. Chem. 2004, 47, 2180-2193.

R. R. Ranatunge, M. E. Augustyniak, V. Dhawan, J. L. Ellis, D. S. Garvey, D. R. Janero, L. G. Letts, S. K. Richardson, M. J. Shumway, A. M. Trocha, D. V. Young, I. S. Zemtseva, Bioorg. Med. Chem. 2006, 14, 2589-2599.

I. T. Schiefer, S. Abdul-Hay, H. Wang, M. Vanni, Z. Qin, G. R. J. Thatcher, J. Med. Chem. 2011, 54, 2293-2306.

C. A. Velázquez, P. N. P. Rao, E. E. Knaus, J. Med. Chem. 2005, 48, 4061-4067.

C. A. Velázquez, P. N. Praveen Rao, M. L. Citro, L. K. Keefer, E. E. Knaus, Bioorg. Med. Chem. 2007, 15, 4767-4774.

C. A. Velázquez, Q.-H. Chen, M. L. Citro, L. K. Keefer, E. E. Knaus, J. Med. Chem. 2008, 51, 1954-1961.

J. Kaur, A. Bhardwaj, Z. Huang, E. E. Knaus, ChemMedChem 2012, 7, 144-150.

D. Basudhar, G. Bharadwaj, R. Y. Cheng, S. Jain, S. Shi, J. L. Heinecke, R. J. Holland, L. A. Ridnour, V. M. Caceres, R. C. Spadari-Bratfisch, N. Paolocci, C. A. Valázquez-Martínez, D. A. Wink, K. M. Miranda, J. Med. Chem. 2013, 56, 7804-7820.

L. Lazzarato, K. Chegaev, E. Marini, B. Rolando, E. Borretto, S. Guglielmo, S. Joseph, A. Di Stilo, R. Fruttero, A. Gasco, J. Med. Chem. 2011, 54, 5478-5484.

J. Sidhapuriwala, L. Li, A. Sparatore, M. Bhatia, P. K. Moore, Eur. J. Pharmacol. 2007, 569, 149-154.

M. Magierowski, K. Magierowska, M. Surmiak, M. Hubalewska-Mazgaj, S. Kwiecien, J. L. Wallace, T. Brzozowski, J. Physiol. Pharmacol. 2017, 68, 749-756.

A. E. Dief, D. K. Mostafa, G. M. Sharara, T. H. Zeitoun, Eur. Rev. Med. Pharmacol. Sci. 2015, 19, 1537-1546.

M. V. Chan, J. L. Wallace, AJP Gastrointest. Liver Physiol. 2013, 305, G467-G473.

S. Fiorucci, S. Orlandi, A. Mencarelli, G. Caliendo, V. Santagada, E. Distrutti, L. Santucci, G. Cirino, J. L. Wallace, Br. J. Pharmacol. 2007, 150, 996-1002.

J. L. Wallace, G. Caliendo, V. Santagada, G. Cirino, Br. J. Pharmacol. 2010, 159, 1236-1246.

S. Jain, S. Tran, M. A. M. El Gendy, K. Kashfi, P. Jurasz, C. A. Velázquez-Martínez, J. Med. Chem. 2012, 55, 688-696.

B. Samuelsson, R. Morgenstern, P. Jakobsson, Pharmacol. Rev. 2007, 59, 207-224.

J. Bauer, B. Waltenberger, S. M. Noha, D. Schuster, J. M. Rollinger, J. Boustie, M. Chollet, H. Stuppner, O. Werz, ChemMedChem 2012, 7, 2077-2081.

F. Rörsch, I. Wobst, H. Zettl, M. Schubert-Zsilavecz, S. Grösch, G. Geisslinger, G. Schneider, E. Proschak, J. Med. Chem. 2010, 53, 911-915.

F. Rörsch, E. La Buscató, K. Deckmann, G. Schneider, M. Schubert-Zsilavecz, G. Geisslinger, E. Proschak, S. Grösch, J. Med. Chem. 2012, 55, 3792-3803.

A. Koeberle, E. M. Haberl, A. Rossi, C. Pergola, F. Dehm, H. Northoff, R. Troschuetz, L. Sautebin, O. Werz, Bioorg. Med. Chem. 2009, 17, 7924-7932.

G. Lauro, P. Tortorella, A. Bertamino, C. Ostacolo, A. Koeberle, K. Fischer, I. Bruno, S. Terracciano, I. M. Gomez-Monterrey, M. Tauro, F. Loiodice, E. Novellino, R. Riccio, O. Werz, P. Campiglia, G. Bifulco, ChemMedChem 2016, 11, 612-619.

S. He, C. Li, Y. Liu, L. Lai, J. Med. Chem. 2013, 56, 3296-3309.

J. G. Luz, S. Antonysamy, S. L. Kuklish, B. Condon, M. R. Lee, D. Allison, X. P. Yu, S. Chandrasekhar, R. Backer, A. Zhang, M. Russell, S. S. Chang, A. Harvey, A. V. Sloan, M. J. Fisher, J. Med. Chem. 2015, 58, 4727-4737.

K. M. Partridge, S. Antonysamy, S. N. Bhattachar, S. Chandrasekhar, M. J. Fisher, A. Fretland, K. Gooding, A. Harvey, N. E. Hughes, S. L. Kuklish, J. G. Luz, P. R. Manninen, J. E. McGee, D. R. Mudra, A. Navarro, B. H. Norman, S. J. Quimby, M. A. Schiffler, A. V. Sloan, A. M. Warshawsky, J. M. Weller, J. S. York, X.-P. Yu, Bioorg. Med. Chem. Lett. 2017, 27, 1478-1483.

A. J. Liedtke, P. R. W. E. F. Keck, F. Lehmann, A. Koeberle, O. Werz, S. A. Laufer, J. Med. Chem. 2009, 52, 4968-4972.

R. W. Friesen, J. A. Mancini, J. Med. Chem. 2008, 51, 4059-4067.

A. Kats, T. Båge, P. Georgsson, J. Jönsson, H. C. Quezada, A. Gustafsson, L. Jansson, C. Lindberg, K. Näsström, T. Yucel-Lindberg, FASEB J. 2013, 27, 2328-2341.

A. Wiegard, W. Hanekamp, K. Griessbach, J. Fabian, M. Lehr, Eur. J. Med. Chem. 2012, 48, 153-163.

S. Chandrasekhar, A. K. Harvey, X.-P. Yu, M. G. Chambers, J. L. Oskins, C. Lin, T. W. Seng, S. J. Thibodeaux, B. H. Norman, N. E. Hughes, M. A. Schiffler, M. J. Fisher, J. Pharmacol. Exp. Ther. 2016, 356, 635-644.

A. Koeberle, O. Werz, Biochem. Pharmacol. 2015, 98, 1-15.

S. Di Micco, S. Terracciano, V. Cantone, K. Fischer, A. Koeberle, A. Foglia, R. Riccio, O. Werz, I. Bruno, G. Bifulco, Eur. J. Med. Chem. 2018, 143, 1419-1427.

K. Ding, Z. Zhou, S. Zhou, Y. Yuan, K. Kim, T. Zhang, X. Zheng, F. Zheng, C.-G. Zhan, Bioorg. Med. Chem. Lett. 2018, 28, 858-862.

S. L. Kuklish, S. Antonysamy, S. N. Bhattachar, S. Chandrasekhar, M. J. Fisher, A. J. Fretland, K. Gooding, A. Harvey, N. E. Hughes, J. G. Luz, P. R. Manninen, J. E. McGee, A. Navarro, B. H. Norman, K. M. Partridge, S. J. Quimby, M. A. Schiffler, A. V. Sloan, A. M. Warshawsky, J. S. York, X.-P. Yu, Bioorg. Med. Chem. Lett. 2016, 26, 4824-4828.

A. Koeberle, E. Muñoz, G. B. Appendino, A. Minassi, S. Pace, A. Rossi, C. Weinigel, D. Barz, L. Sautebin, D. Caprioglio, J. A. Collado, O. Werz, J. Med. Chem. 2014, 57, 5638-5648.

D. L. Flynn, H. Capiris, W. J. Cetenko, D. T. Connor, R. D. Dyer, C. R. Kostlan, D. E. Nies, D. J. Schrier, J. C. Sircar, J. Med. Chem. 1990, 33, 2070-2072.

M. Inagaki, T. Tsuri, H. Jyoyama, T. Ono, K. Yamada, M. Kobayashi, Y. Hori, A. Arimura, K. Yasui, K. Ohno, S. Kakudo, K. Koizumi, R. Suzuki, M. Kato, S. Kawai, S. Matsamuto, J. Med. Chem. 2000, 43, 2040-2048.

J. M. Janusz, P. A. Young, J. M. Ridgeway, M. W. Scherz, K. Enzweiler, L. I. Wu, L. Gan, R. Darolia, R. S. Matthews, D. Hennes, D. E. Kellstein, S. A. Green, J. L. Tullich, T. Rosario-Jansen, I. J. Magrisso, K. R. Wehmeyer, D. L. Kuhlenbeck, T. H. Eichhold, R. L. M. Dobson, S. P. Sirko, R. W. Farmer, J. Med. Chem. 1998, 41, 1112-1123.

D. Lokwani, R. Azad, A. Sarkate, P. Reddanna, D. Shinde, Bioorg. Med. Chem. 2015, 23, 4533-4543.

M. Zheng, Z. Zhang, W. Zhu, H. Liu, X. Luo, K. Chen, H. Jiang, Bioorg. Med. Chem. 2006, 14, 3428-3437.

M. Elkady, R. Nieß, A. M. Schaible, J. Bauer, S. Luderer, G. Ambrosi, O. Werz, S. A. Laufer, J. Med. Chem. 2012, 55, 8958-8962.

T. Hanke, F. Dehm, S. Liening, S. D. Popella, J. MacZewsky, M. Pillong, J. Kunze, C. Weinigel, D. Barz, A. Kaiser, M. Wurglick, M. Lämmerhofer, G. Schneider, L. Sautebin, M. Schubert-Zsilavecz, O. Werz, J. Med. Chem. 2013, 56, 9031-9044.

A. Koeberle, H. Zettl, C. Greiner, M. Wurglics, M. Schubert-Zsilavecz, O. Werz, J. Med. Chem. 2008, 51, 8068-8076.

F. Bruno, S. Errico, S. Pace, M. B. Nawrozkij, A. S. Mkrtchyan, F. Guida, R. Maisto, A. Olgaç, M. D′Amico, S. Maione, M. De Rosa, E. Banoglu, O. Werz, A. Fiorentino, R. Filosa, Eur. J. Med. Chem. 2018, 155, 946-960.

S.-Y. Cheung, M. Werner, L. Esposito, F. Troisi, V. Cantone, S. Liening, S. König, J. Gerstmeier, A. Koeberle, R. Bilancia, R. Rizza, A. Rossi, F. Roviezzo, V. Temml, D. Schuster, H. Stuppner, M. Schubert-Zsilavecz, O. Werz, T. Hanke, S. Pace, Eur. J. Med. Chem. 2018, 156, 815-830.

G. Lauro, S. Terracciano, V. Cantone, D. Ruggiero, K. Fischer, S. Pace, O. Werz, I. Bruno, G. Bifulco, ChemMedChem 2020, 15, 481-489.

M. Bertinaria, M. A. A. G. Shaikh, C. Buccellati, C. Cena, B. Rolando, L. Lazzarato, R. Fruttero, A. Gasco, M. Hoxha, V. Capra, A. Sala, G. E. Rovati, ChemMedChem 2012, 7, 1647-1660.

G. Palermo, A. D. Favia, M. Convertino, M. De Vivo, ChemMedChem 2016, 11, 1252-1258.

R. Scarpelli, O. Sasso, D. Piomelli, ChemMedChem 2016, 11, 1242-1251.

P. Jansa, A. Holý, Z. Zídek, E. Kmoníčková, Z. Janeba, Pyrimidine Compounds Inhibiting the Formation of Nitric Oxide and Prostaglandin E2, Method of Production Thereof and Use Thereof. 2012, WO2012/116666.

P. Jansa, A. Holý, M. Dračínský, V. Kolman, Z. Janeba, P. Kostecká, E. Kmoníčková, Z. Zídek, Med. Chem. Res. 2014, 23, 4482-4490.

P. Jansa, A. Holý, M. Dračínský, V. Kolman, Z. Janeba, E. Kmoníčková, Z. Zídek, Med. Chem. Res. 2015, 24, 2154-2166.

V. Kolman, P. Jansa, F. Kalčic, Z. Janeba, Z. Zídek, Nitric Oxide 2017, 67, 53-57.

V. Kolman, F. Kalčic, P. Jansa, Z. Zídek, Z. Janeba, Eur. J. Med. Chem. 2018, 156, 295-301.

M. C. Carreno, J. L. Garcia Ruano, G. Sanz, M. A. Toledo, A. Urbano, J. Org. Chem. 1995, 60, 5328-5331.

W. Li, D. P. Nelson, M. S. Jensen, R. S. Hoerrner, D. Cai, R. D. Larsen, P. J. Reider, J. Org. Chem. 2002, 67, 5394-5397.

K. Harada, K. Makino, N. Shima, H. Okuyama, T. Esumi, M. Kubo, H. Hioki, Y. Asakawa, Y. Fukuyama, Tetrahedron 2013, 69, 6959-6968.

O. Saku, M. Saki, M. Kurokawa, K. Ikeda, T. Takizawa, N. Uesaka, Bioorg. Med. Chem. Lett. 2010, 20, 1090-1093.

D. Bogdal, M. Warzala, Tetrahedron 2000, 56, 8769-8773.

Y. Yamaguchi, I. Akimoto, K. Motegi, T. Yoshimura, K. Wada, N. Nishizono, K. Oda, Chem. Pharm. Bull. 2013, 61, 997-1001.

J. H. Musser, U. Chakraborty, K. Bailey, S. Sciortino, C. Whyzmuzis, D. Amin, C. A. Sutherland, J. Med. Chem. 1987, 30, 62-67.

K. Raddassi, J. F. Petit, G. Lemaire, Cell. Immunol. 1993, 149, 50-64.

M. G. Schwacha, S. D. Somers, J. Leukocyte Biol. 1998, 63, 51-58.

Z. Zídek, M. Kverka, A. Dusilová, E. Kmoníčková, P. Jansa, Nitric Oxide 2016, 57, 48-56.

K. Ding, Z. Zhou, S. Hou, Y. Yuan, S. Zhou, X. Zheng, J. Chen, C. Loftin, F. Zheng, C.-G. Zhan, Sci. Rep. 2018, 8, 5205.

T. Sjögren, J. Nord, M. Ek, P. Johansson, G. Liu, S. Geschwindner, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2013, 110, 3806-3811.

D. Li, N. Howe, A. Dukkipati, S. T. Shah, B. D. Bax, C. Edge, A. Bridges, P. Hardwicke, O. M. Singh, G. Giblin, A. Pautsch, R. Pfau, G. Schnapp, M. Wang, V. Olieric, M. Caffrey, Cryst. Growth Des. 2014, 14, 2034-2047.

A. Hamza, X. Zhao, M. Tong, H. H. Tai, C. G. Zhan, Bioorg. Med. Chem. 2011, 19, 6077-6086.