Matloob AHMAD, Kamran WALAYAT, Sana ASLAM, Noor-ul-Amin MOHSIN

An insight into the therapeutic potential of piperazine-based anticancer agents

The piperazine ring system is among the medicinally important nitrogen-containing heterocyclic ring systemsand is exploited for the synthesis of various drug molecules. A number of FDA-approved anticancer drugs containpiperazine rings and thus it is considered as an attractive scaffold having extraordinary potential for the developmentof new anticancer agents. In recent decades there has been an alarming increase in the number of people suffering fromcancerous diseases all over the world, which resulted in an extraordinary increase in research reports on new anticancerdrug candidates. The aim of this article is to highlight the structural parameters imparting anticancer activity topiperazine derivatives and to indicate future perspectives for the discovery of new anticancer agents.

PDF

___

1. Mareel, M.; Leroy, A. Physiol. Rev .2003, 83, 337-376.
2. Varmus, H. Science 2006, 312, 1162-1165.
3. Siegel, R. L.; Miller, K. D.; Jemal, A. CA-Cancer J. Clin. 2016, 66, 7-30.
4. Jemal, A.; Bray, F.; Center, M. M.; Ferlay, J.; Ward, E.; Forman, D. CA-Cancer J. Clin. 2011, 61, 69-90.
5. Bray, F.; Jemal, A.; Grey, N.; Ferlay, J.; Forman, D. Lancet Oncol. 2012, 13, 790-801.
6. Atkins, J. H.; Gershell, L. J. Nat. Rev. Cancer .2002, 2, 645-646.
7. Jimeno, A.; Hidalgo, M. Crit. Rev. Oncol. Hemat. 2006, 59, 150-158.
8. Szakacs, G.; Paterson, J. K.; Ludwig, J. A.; Booth-Genthe, C.; Gottesman, M. M. Nat. Rev. Drug Discov. 2006, 5, 219-234.
9. Khalili, F.; Henni, A.; East, A. L. J. Chem. Eng. Data 2009, 54, 2914-2917.
10. Khalaj, A.; Adibpour, N.; Shahverdi, A. R.; Daneshtalab, M. Eur. J. Med. Chem. 2004, 39, 699-705.
11. Upadhayaya, R. S.; Sinha, N.; Jain, S.; Kishore, N.; Chandra, R.; Arora, S. K. Bioorgan. Med. Chem.2004, 12, 2225-2238.
12. Chaudhary, P.; Kumar, R.; Verma, A. K.; Singh, D.; Yadav, V.; Chhillar, A. K.; Sharma, G.; Chandra, R. Bioorgan. Med. Chem.2006, 14, 1819-1826.
13. Broekkamp, C.; Leysen, D.; Peeters, B.; Pinder, R. J. Med. Chem. 1995, 38, 4615-4633.
14. Naito, H.; Ohsuki, S.; Atsumi, R.; Minami, M.; Mochizuki, M.; Hirotani, K.; Kumazawa, E.; Ejima, A. Chem. Pharm. Bull .2005, 53, 153-163.
15. Ibarra, M.; Hong, E.; Villalobos-Molina, R. J. Auton. Pharmacol. 2000, 20, 139-145.
16. Yoon, J.; Yoo, E. A.; Kim, J. Y.; Pae, A. N.; Rhim, H.; Park, W. K.; Kong, J. Y.; Choo, H. Y. P. Bioorgan. Med. Chem.2008, 16, 5405-5412.
17. Tollefson, G.; Lancaster, S.; Montague-Clouse, J. Psychopharmacol. Bull. 1991, 27, 163-170.
18. Rotzinger, S.; Fang, J.; Baker, G. B. Drug Metab. Dispos. 1998, 26, 572-575.
19. Rathi, A. K.; Syed, R.; Shin, H. S.; Patel, R. V. Expert Opin. Ther. Pat. 2016, 26, 777-797.
20. Tridente, G. Adverse Events and Oncotargeted Kinase Inhibitors; Academic Press: Cambridge, MA, USA, 2017.
21. Hamilton, E.; Infante, J. R. Cancer Treat. Rev. 2016, 45, 129-138.
22. Boschelli, F.; Arndt, K.; Gambacorti-Passerini, C. Eur. J. Cancer 2010, 46, 1781-1789.
23. Rosell, R.; Gettinger, S. N.; Bazhenova, L. A.; Langer, C. J.; Salgia, R.; Shaw, A. T.; Narasimhan, N. I.; Dorer, D. J.; Kerstein, D.; Camidge, D. R. J. Thorac. Oncol. 2016, 11, S113-S142.
24. Bates, M.; Lieu, D.; Zagari, M.; Spiers, A.; Williamson, T. Clin. Ther. 1997, 19, 167-184.
25. Cortes, J.; Rousselot, P.; Kim, D. W.; Ritchie, E.; Hamerschlak, N.; Coutre, S.; Hochhaus, A.; Guilhot, F.; Saglio, G.; Apperley, J. et al. Blood 2007, 109, 3207-3213.
26. Druker, B. J. Trends Mol. Med. 2002, 8, S14-S18.
27. Andre, T.; Boni, C.; Mounedji-Boudiaf, L.; Navarro, M.; Tabernero, J.; Hickish, T.; Topham, C.; Zaninelli, M.; Clingan, P.; Bridgewater, J. et al. New Engl. J. Med. 2004, 350, 2343-2351.
28. Tutt, A.; Robson, M.; Garber, J. E.; Domchek, S. M.; Audeh, M. W.; Weitzel, J. N.; Friedlander, M.; Arun, B.; Loman, N.; Schmutzler, R. K. et al. Lancet 2010, 376, 235-244.
29. Barroso-Sousa, R.; Shapiro, G. I.; Tolaney, S. M. Breast Care 2016, 11, 167-173.
30. Cadoo, K. A.; Gucalp, A.; Traina, T. A. Breast Cancer (Dove Med. Press) 2014, 6, 123-133.
31. Falco, V. D.; Buonocore, P.; Muthu, M.; Torregrossa, L.; Basolo, F.; Billaud, M.; Gozgit, J. M.; Carlomagno, F.; Santoro, M. J. Clin. Endocr. Metab. 2013, 98, E811-E819.
32. Sequist, L. V.; Soria, J. C.; Goldman, J. W.; Wakelee, H. A.; Gadgeel, S. M.; Varga, A.; Papadimitrakopoulou, V.; Solomon, B. J.; Oxnard, G. R.; Dziadziuszko, R. et al. New Engl. J. Med. 2015, 372, 1700-1709.
33. Jones, J. A.; Mato, A. R.; Wierda, W. G.; Davids, M. S.; Choi, M.; Cheson, B. D.; Furman, R. R.; Lamanna, N.; Barr, P. M.; Zhou, L. et al. Lancet Oncol. 2018, 19, 65-75.
34. Sanctis, R. D.; Marrari, A.; Marchetti, S.; Mussi, C.; Balzarini, L.; Lutman, F. R.; Daolio, P.; Bastoni, S.; Bertuzzi, A. F.; Quagliuolo, V. et al. Drug Des. Dev. Ther. 2015, 9, 5785-5791.
35. Abd-El-Aziz, A. S.; Abdelghani, A. A.; Pearson, J. K.; Awad, M. K.; Overy, D. P.; Kerr, R. G. Macromol. Chem. Physic. 2016, 217, 987-996.
36. Abd-El-Aziz, A. S.; Abdelghani, A. A.; El-Sadany, S. K.; Overy, D. P.; Kerr, R. G. Eur. Polym. J. 2016, 82, 307-323.
37. Wang, X.; Guo, Z. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 202-224.
38. Monneret, C. Ann. Pharm. Fr. 2011, 69, 286-295.
39. Al-Asbahy, W. M.; Usman, M.; Arjmand, F.; Shamsi, M.; Tabassum, S. Inorg. Chim. Acta 2016, 445, 167-178.
40. Khan, S. Z.; Amir, M. K.; Ullah, I.; Aamir, A.; Pezzuto, J. M.; Kondratyuk, T.; Belanger-Gariepy, F.; Ali, A.; Khan, S.; Zia-ur-Rehman Appl. Organomet. Chem. 2016, 30, 392-398.
41. Arjmand, F.; Yousuf, I.; Zaidi, Y.; Toupet, L. RSC Adv. 2015, 5, 16250-16264.
42. Bacher, F.; Domotor, O.; Chugunova, A.; Nagy, N. V.; Filipovic, L.; Radulovic, S.; Enyedy, E. A.; Arion, V. B. Dalton. T. 2015, 44, 9071-9090.
43. Filak, L. K.; Kalinowski, D. S.; Bauer, T. J.; Richardson, D. R.; Arion, V. B. Inorg. Chem. 2014, 53, 6934-6943.
44. Shaheen, F.; Sirajuddin, M.; Ali, S.; Zia-ur-Rehman; Dyson, P. J.; Shah, N. A.; Tahir, M. N. J. Organomet. Chem. 2018, 856, 13-22.
45. Tietze, L. F.; Bell, H. P.; Chandrasekhar, S. Angew. Chem. Int. Edit. 2003, 42, 3996-4028.
46. Newman, D. J.; Cragg, G. M.; Snader, K. M. J. Nat. Prod. 2003, 66, 1022-1037.
47. Mao, Z.; Zheng, X.; Qi, Y.; Zhang, M.; Huang, Y.; Wan, C.; Rao, G. RSC Adv. 2016, 6, 7723-7727.
48. Mistry, B.; Keum, Y. S.; Noorzai, R.; Gansukh, E.; Kim, D. H. J. Iran. Chem. Soc. 2016, 13, 531-539.
49. Mistry, B.; Patel, R. V.; Keum, Y. S.; Kim, D. H. Saudi J. Biol. Sci. 2017, 24, 36-44.
50. Singh, B.; Kumar, A.; Joshi, P.; Guru, S. K.; Kumar, S.; Wani, Z. A.; Mahajan, G.; Hussain, A.; Qazi, A. K.; Kumar, A. et al. Org. Biomol. Chem. 2015, 13, 5674-5689.
51. Sun, W. X.; Ji, Y. J.; Wan, Y.; Han, H. W.; Lin, H. Y.; Lu, G. H.; Qi, J. L.; Wang, X. M.; Yang, Y. H. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2017, 27, 4066-4074.
52. Amujuri, D.; Siva, B.; Poornima, B.; Sirisha, K.; Sarma, A. V. S.; Nayak, V. L.; Tiwari, A. K.; Purushotham, U.; Babu, K. S. Eur. J. Med. Chem. 2018, 149, 182-192.
53. Chen, H.; Liang, X.; Sun, T.; Qiao, X.; Zhan, Z.; Li, Z.; He, C.; Ya, H.; Yuan, M. Steroids 2018, 134, 101-109.
54. Rapozzi, V.; Ragno, D.; Guerrini, A.; Ferroni, C.; Pietra, E. D.; Cesselli, D.; Castoria, G.; Donato, M. D.; Saracino, E.; Benfenati, V. et al. Bioconjugate Chem. 2015, 26, 1662-1671.
55. Yang, X.; Qin, X.; Wang, Q.; Huang, Y. Heterocycl. Commun. 2015, 21, 233-237.
56. Mustafa, M. S.; El-Abadelah, M. M.; Zihlif, M. A.; Naffa, R. G.; Mubarak, M. S. Molecules 2011, 16, 4305-4317.
57. Yu, Z.; Wang, R.; Xu, L.; Xie, S.; Dong, J.; Jing, Y. PLoS One 2011, 6, e15843.
58. Kamal, A.; Sreekanth, K.; Shankaraiah, N.; Sathish, M.; Nekkanti, S.; Srinivasulu, V. Bioorg. Chem. 2015, 59, 23-30.
59. Sun, R.; Liu, R.; Zhou, C.; Ren, Z.; Guo, L.; Ma, Q.; Fan, W.; Qiu, L.; Yu, H.; Shao, G. et al. MedChemComm 2015, 6, 2170-2174.
60. Huang, L. H.; Xu, H. D.; Yang, Z. Y.; Zheng, Y. F.; Liu, H. M. Steroids 2014, 82, 1-6.
61. Fytas, C.; Zoidis, G.; Tsotinis, A.; Fytas, G.; Khan, M. A.; Akhtar, S.; Rahman, K. M.; Thurston, D. E. Eur. J. Med. Chem. 2015, 93, 281-290.
62. Abbas, S. E.; Awadallah, F. M.; Ibrahin, N. A.; Said, E. G.; Kamel, G. M. Eur. J. Med. Chem. 2012, 53, 141-149.
63. Nagesh, H. N.; Suresh, N.; Prakash, G. V. S. B.; Gupta, S.; Rao, J. V.; Sekhar, K. V. G. C. Med. Chem. Res. 2015, 24, 523-532.
64. Solomon, V. R.; Hu, C.; Lee, H. Bioorgan. Med. Chem. 2010, 18, 1563-1572.
65. Murty, M.; Rao, B. R.; Katiki, M. R.; Nath, L. R.; Anto, R. J. Med. Chem. Res. 2013, 22, 4980-4991.
66. Vanguru, S.; Jilla, L.; Sajja, Y.; Bantu, R.; Nagarapu, L.; Nanubolu, J. B.; Bhaskar, B.; Jain, N.; Sivan, S.; Manga, V. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2017, 27, 792-796.
67. Mishra, C. B.; Mongre, R. K.; Kumari, S.; Jeong, D. K.; Tiwari, M. ACS Chem. Biol. 2017, 12, 753-768.
68. Ibrahim, H. A.; Awadallah, F. M.; Refaat, H. M.; Amin, K. M. Bioorg. Chem. 2018, 77, 457-470.
69. Abdelatef, S. A.; El-Saadi, M. T.; Amin, N. H.; Abdelazeem, A. H.; Omar, H. A.; Abdellatif, K. R. Eur. J. Med. Chem. 2018, 150, 567-578.
70. Vianello, P.; Botrugno, O. A.; Cappa, A.; Zuffo, R. D.; Dessanti, P.; Mai, A.; Marrocco, B.; Mattevi, A.; Meroni, G.; Minucci, S. et al. J. Med. Chem. 2016, 59, 1501-1517.
71. Li, Y. T.; Wang, J. H.; Pan, C. W.; Meng, F. F.; Chu, X. Q.; Ding, Y. H.; Qu, W. Z.; Li, H. Y.; Yang, C.; Zhang, Q. et al. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2016, 26, 1419-1427.
72. Li, S.; Li, G.; Yang, X.; Meng, Q.; Yuan, S.; He, Y.; Sun, D. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2018, 28, 2275-2278.
73. Kassab, A. E.; Gedawy, E. M. Eur. J. Med. Chem. 2018, 150, 403-418.
74. Chung, K. S.; Han, G.; Kim, B. K.; Kim, H. M.; Yang, J. S.; Ahn, J.; Lee, K.; Song, K. B.; Won, M. Cancer Chemoth. Pharm. 2013, 72, 1315-1324.
75. Torrente, E.; Parodi, C.; Ercolani, L.; Mei, C. D.; Ferrari, A.; Scarpelli, R.; Grimaldi, B. J. Med. Chem. 2015, 58, 5900-5915.
76. Gurdal, E. E.; Durmaz, I.; Cetin-Atalay, R.; Yarim, M. J. Enzym. Inhib. Med. Ch. 2014, 29, 205-214.
77. Yarim, M.; Koksal, M.; Durmaz, I.; Atalay, R. Int. J. Mol. Sci. 2012, 13, 8071-8085.
78. Abate, C.; Niso, M.; Contino, M.; Colabufo, N. A.; Ferorelli, S.; Perrone, R.; Berardi, F. ChemMedChem 2011, 6, 73-80.
79. Abdel-Jalil, R. J.; Momani, E. Q. E.; Hamad, M.; Voelter, W.; Mubarak, M. S.; Smith, B. H.; Peters, D. G. Monatsh. Chem. 2010, 141, 251-258.
80. Chetan, B.; Bunha, M.; Jagrat, M.; Sinha, B. N.; Saiko, P.; Graser, G.; Szekeres, T.; Raman, G.; Rajendran, P.; Moorthy, D. et al. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2010, 20, 3906-3910.
81. Bhat, M. A.; Lone, S. H.; Butcher, R. J.; Srivastava, S. K. J. Mol. Struct. 2018, 1168, 242-249.
82. Valente, S.; Mellini, P.; Spallotta, F.; Carafa, V.; Nebbioso, A.; Polletta, L.; Carnevale, I.; Saladini, S.; Trisciuoglio, D.; Gabellini, C. et al. J. Med. Chem. 2016, 59, 1471-1491.
83. Gao, J.; Fang, C.; Xiao, Z.; Huang, L.; Chen, C. H.; Wang, L. T.; Lee, K. H. MedChemComm 2015, 6, 444-454.
84. Murty, M.; Ram, K. R.; Rao, B. R.; Rao, R. V.; Katiki, M. R.; Rao, J. V.; Pamanji, R.; Velatooru, L. Med. Chem. Res. 2014, 23, 1661-1671.
85. Abadleh, M. M.; El-Abadelah, M. M.; Sabri, S. S.; Mohammed, H. H.; Zihlif, M. A.; Voelter, W. Z. Naturforsch. B 2014, 69b, 811-816.
86. Kumar, K. S. S.; Hanumappa, A.; Hegde, M.; Narasimhamurthy, K. H.; Raghavan, S. C.; Rangappa, K. S. Eur. J. Med. Chem. 2014, 81, 341-349.
87. Yurttas, L.; Demirayak, S.; Ilgin, S.; Atli, O. Bioorgan. Med. Chem. 2014, 22, 6313-6323.
88. Arnatt, C. K.; Adams, J. L.; Zhang, Z.; Haney, K. M.; Li, G.; Zhang, Y. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2014, 24, 2319-2323.
89. El-Miligy, M. M.; Razik, H. A. A. E.; Abu-Serie, M. M. Future Med. Chem. 2017, 9, 1709-1729.
90. Köksal Akkoc, M.; Yüksel, M. Y.; Durmaz, İ.; Çetin Atalay, R. Turk. J. Chem. 2012, 36, 515-525.
91. Al-Ghorbani, M.; Pavankumar, G.; Naveen, P.; Thirusangu, P.; Prabhakar, B.; Khanum, S. A. Bioorg. Chem. 2016, 65, 110-117.
92. Elkamhawy, A.; Al-Sanea, M. M.; Song, C.; Sim, T.; Roh, E. J. B. Korean Chem. Soc. 2015, 36, 1863-1873.
93. Lipinski, C. A.; Lombardo, F.; Dominy, B. W.; Feeney, P. J. Adv. Drug Deliver. Rev. 1997, 23, 3-25.
94. Abbas, S. E. S.; Aly, E. I.; Awadallah, F. M.; Mahmoud, W. R. Chem. Biol. Drug Des. 2015, 85, 608-622.
95. Gurdal, E. E.; Durmaz, I.; Cetin-Atalay, R.; Yarim, M. J. Enzym. Inhib. Med. Ch. 2015, 30, 649-654.
96. Mallesha, L.; Mohana, K. N.; Veeresh, B.; Alvala, R.; Mallika, A. Arch. Pharm. Res. 2012, 35, 51-57.
97. Lee, Y. B.; Gong, Y. D.; Yoon, H.; Ahn, C. H.; Jeon, M. K.; Kong, J. Y. Bioorgan. Med. Chem. 2010, 18, 7966-7974.
98. Anderson, R. F.; Yadav, P.; Shinde, S. S.; Hong, C. R.; Pullen, S. M.; Reynisson, J.; Wilson, W. R.; Hay, M. P. Chem. Res. Toxicol. 2016, 29, 1310-1324.
99. Wu, H.; Xie, X.; Liu, G. J. Comb. Chem. 2010, 12, 346-355.
100. Wang, K. R.; Qian, F.; Sun, Q.; Ma, C. L.; Rong, R. X.; Cao, Z. R.; Wang, X. M.; Li, X. L. Chem. Biol. Drug Des. 2016, 87, 664-672.
101. Byrappa, S.; Raj, M. H.; Kungyal, T.; Salimath, B. P.; Rai, K. L. Eur. J. Med. Chem. 2017, 126, 218-224.
102. Rong, R. X.; Wang, S. S.; Liu, X.; Li, R. F.; Wang, K. R.; Cao, Z. R.; Li, X. L. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2018, 28, 742-747.
103. Venkatesh, R.; Kasaboina, S.; Bidayat, D.; Kumar, U. N.; Jain, N.; Tangeda, S. J.; Bantu, R.; Janardhan, S.; Nagarapu, L. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2017, 27, 354-359.
104. Boddu, L.; Pagudala, A. K.; Gandamalla, D.; Balabadra, S.; Manga, V.; Yellu, N. R.; Subhashini, N. J. P. J. Mol. Struct. 2018, 1166, 362-368.
105. Sun, J.; Ren, S. Z.; Lu, X. Y.; Li, J. J.; Shen, F. Q.; Xu, C.; Zhu, H. L. Bioorgan. Med. Chem. 2017, 25, 2593-2600.
106. Kamal, A.; Reddy, M. K.; Ramaiah, M. J.; Srikanth, Y. V. V.; Rajender; Reddy, V. S.; Kumar, G. B.; Pushpavalli, S. N. C. V. L.; Bag, I.; Juvekar, A. et al. ChemMedChem 2011, 6, 1665-1679.