Nouveaux acides phosphiniques cycliques comme GABAC ρ Antagonistes du récepteur: conception, synthèse et pharmacologie

γ -Aminobutyrique acide 1 (GABA 1, Figure ​ Figure1) 1) est le neurotransmetteur inhibiteur majeur dans le système nerveux central (SNC) des mammifères et est essentiel pour l’équilibre global entre l’excitation neuronale et l’inhibition.1,2 GABA influence les neurones via trois grandes classes de récepteurs qui sont groupés sur la base de leur composition sous-unité, propriétés de déclenchement et profils pharmacologiques: GABAA, GABAB, et GABAC (GABA &#x003c1 😉 les récepteurs. Les récepteurs GABAA et GABAC sont des récepteurs ionotropes appartenant à la famille des canaux ioniques ligand-dépendants Cys, qui comprennent également l’acétylcholine nicotinique, la glycine sensible à la strychnine, la sérotonine de type 3 et certains récepteurs du glutamate anionique des invertébrés.1,2 GABAA et GABAC les récepteurs sont des canaux chlorure qui interviennent dans l’inhibition synaptique rapide lorsqu’ils sont activés par le GABA. En revanche, les récepteurs GABAB sont des membres des récepteurs métabotropiques de classe 3 de la famille; ces récepteurs se couplent via les protéines G (Gi / o) pour interagir avec le potassium rectifiant vers l’intérieur (GIRK) et les canaux calciques voltage-dépendants, induisant une inhibition synaptique lente et durable en augmentant le potassium et en diminuant les conductances calciques.3Figure 1Structures of GABA (1), composés actifs sur les récepteurs GABA (2 − 7), et synthétisés roman 3-AMOHP (17) et 3-GOHP (19). Les récepteurs GABAA ionotropes sont des complexes protéiniques transmembranaires composé de cinq sous-unités hétéropentamères. Jusqu’à présent, 16 sous-unités du récepteur GABAA humain ont été identifiées, et elles ont été classées dans α (α 1 − α 6) β (β 1 − β 3) γ (γ 1 − γ 3), &#x003b4 ;, ​​&#x003b5 ;, &#x003c0 ;, &#x003b8 ;. Bien qu’un large éventail de différentes combinaisons de récepteurs GABAA existent in vivo, la plus commune est la combinaison de α 1 β 2 γ 2, constituant environ 18% de tous les récepteurs GABAA dans le cerveau humain.4 Les récepteurs GABAB se composent d’hétérodimères, qui sont composés de deux sous-unités, une sous-unité de liaison de ligand (GABAB1), et une sous-unité de transduction de signal (GABAB2) .3 Le récepteur GABAC possède une pharmacologie, une physiologie et une composition sous-unitaire distinctes de celles des récepteurs GABAA et GABAB.1 5,6 Composé de compositions pentamériques homo-oligomériques ou pseudohomo-oligomériques de ρ sous-unités (ρ 1, ρ 2 et ρ 3 sous-unités) chez les mammifères, 5,7 les récepteurs sont fortement exprimés dans de nombreuses parties du cerveau, y compris le colliculus supérieur, 8 cervelet, 9 hippocampe (expression de sous-unité élevée et # x003c1; 2), 10 et, surtout, de la rétine (expression de sous-unité haute ρ 1) 11Le premier antagoniste sélectif des récepteurs GABAC développé était la 1,2,5,6-tétrahydropyridine-4- L’acide yl-méthyl-phosphinique 3 (TPMPA 3, figure ​ Figure 11) .12 TPMPA 3 a été montré pour améliorer la mémoire chez les poussins, 13 inhiber le développement de la myopie chez les poussins, 14 moduler le comportement somnambulique chez les rats, 15 et exercer une influence sur le noyau latéral de l’amygdale (LA) .16 Cependant, TPMPA 3 ne traverse probablement pas la barrière hémato-encéphalique, et aucun rapport ne décrit les effets sur le SNC de TPMPA 3 lors de l’administration systémique. Récemment, nous avons synthétisé série d’acides 3-aminocyclopentane / cyclopentène alkylphosphiniques à restriction conformationnelle d’une structure − Ces acides alkylphosphiniques à restriction conformationnelle sont très puissants et sélectifs pour les récepteurs GABAC.17 (S) -4-ACPBPA 6 est l’antagoniste le plus puissant et le plus sélectif des récepteurs GABAC de cette série. Fait intéressant, le (S) -4-ACPBPA 6 est un analogue restreint conformationnellement de l’antagoniste du récepteur GABAB / C actif par voie orale. L’acide 3-aminopropyl-n-butylphosphinique 7 ({« type »: « entrez-protein », « attrs »: « text »: « CGP36742 », « term_id »: « 877561962 », « term_text »: « CGP36742 »}} CGP36742 ou SGS742) (GABAB, GABAC et GABAA: IC50 = 38, 62 et 508 μ M , respectivement). {« type »: « entrez-protein », « attrs »: {« text »: « CGP36742 », « term_id »: « 877561962 », « term_text »: « CGP36742 »}} CGP36742 ou SGS742 ont atteint les essais cliniques de phase II, améliorer la mémoire chez les sujets avec une légère déficience de la mémoire.18 Cependant, parce que {« type »: « entrez-protein », « attrs »: {« text »: « CGP36742 », « term_id »: « 877561962 », « term_text »: « CGP36742 »}} CGP36742 (SGS742) est environ équipotent sur GABAB comme il est sur les récepteurs GABAC, on ne sait pas si les effets pharmacologiques de {« type »: « entrez-protéine », « attrs »: {« text »: « CGP36742 », « term_id »: « 877561962 « , » term_text « : » CGP36742 « }} CGP36742 sont dues à son activité GABAB ou GABAC. Dans la continuité de nos efforts pour identifier le rôle des récepteurs GABAC dans le SNC, nous avons découvert que les antagonistes sélectifs des récepteurs GABAC, l’acide cis- et trans- (3-aminocyclopentanyl) -n-butylphosphinique (cis-3-ACPBPA 4 et trans- 3-ACPBPA 5; Figure 1), inhibe la progression de la myopie chez les poussins et facilite l’apprentissage et la mémoire dans la tâche de Morris Water Maze chez les rats.19 La découverte d’antagonistes GABAC puissants et sélectifs souligne certaines différences pharmacologiques importantes entre ces Familles de récepteurs GABA. Ainsi, les récepteurs GABAC peuvent présenter un intérêt clinique et pharmacologique comme cibles thérapeutiques potentielles pour la myopie, pour améliorer la cognition et gérer les troubles liés à la mémoire, et sa présence dans l’amygdale pourrait être une cible alternative pour le développement de médicaments anti-anxiété.16 À ce jour, Les manipulations structurales réalisées dans des analogues du GABA en développement pour le récepteur GABAC ont été principalement confinées à l’extrémité acide carboxylique de la molécule ou restreignant les conformations du squelette flexible du GABA. Comme le profil de la relation structure-activité (SAR) des ligands sélectifs du récepteur GABAC est limité, il existe un besoin de développer des ligands du récepteur GABAC plus structurellement divers pour comprendre le rôle physiologique de ces récepteurs. Au cours de notre recherche en cours, nous avons envisagé un nouveau modèle pour le récepteur GABAC en modifiant l’azote terminal pour incorporer une fonction guanidino, qui est connue pour agir sur les récepteurs GABA20 avec la restriction de la fraction d’acide phosphinique (bioisostere de l’acide carboxylique ). Par conséquent, dans la présente étude, nous rapportons la conception, la synthèse et l’évaluation pharmacologique d’analogues de l’acide phosphinique cycliques difficiles à synthétiser en tant qu’antagonistes du récepteur GABAC. Le noyau d’acide phosphinique cyclique n’a jamais été utilisé auparavant pour les analogues du GABA, et un seul article a décrit des dérivés d’acide phosphinique cycliques similaires aux agonistes du récepteur du glutamate.21La synthèse du 3- (aminométhyl) -1-oxo-1-hydroxy-phospholane 17 ( 3-AMOHP) est représenté sur le schéma 1. L’intermédiaire isopropoxy-1-oxophosphorinan-4-one 12 a été préparé en cinq étapes à partir d’acide hypophosphorique sans eau, avec quelques modifications comme décrit précédemment par Verkade et al.22 L’acide hypophosphorique a été traité Le diester 9 a été traité avec de l’acrylate de méthyle dans de l’isopropanol pour donner le triester 10, qui a été cyclisé en présence de base pour donner le composé 11. L’hydrolyse sélective du composé 11 est une étape clé pour obtenir l’isopropoxy-l-oxophosphorinan-4-one intermédiaire 12. La sélectivité repose sur la différence de réactivité du carboxyle. esters ic et phosphiniques. Nous avons étudié plusieurs conditions de réaction différentes (telles que différentes concentrations de HCl dans l’isopropanol à température ambiante / élevée), et la meilleure condition, qui donnait un rendement raisonnable de l’intermédiaire 12, était le traitement du composé 11 avec de l’acide chlorhydrique 3N dans L’acide phospholane-1-oxyde carboxylique 13 a été synthétisé à partir du céto-phosphinane-1-oxyde 12 via une contraction annulaire avec une réaction d’oxydation en une étape23. Cette observation peut être de synthèse. utilité pour la formation d’hétérocycles à cinq chaînons; quant aux connaissances des auteurs, il s’agit de la première démonstration d’un accès direct en une étape à un acide carboxylique hétérocyclique à cinq chaînons à partir d’une cétone hétérocyclique à six chaînons. L’acide carboxylique 13 a été réduit en alcool primaire 14 en utilisant du NaBH4 par l’anhydride d’acide carboxylique carbonique mélangé in situ. Finalement, l’aminé a été générée par une réaction de Staudinger à un pot, suivie d’une hydrolyse d’ester de phosphinate en utilisant du HCl aqueux et le produit brut a été purifié par Chromatographie d’échange d’ions et recristallisation pour donner l’aminé libre 17 (Schéma 1). Les composés 15 et 16 ont été préparés par hydrolyse des esters de phosphinate correspondants en utilisant du HCl aqueux. Les synthèses de 3- (amino) -1-oxo-1-hydroxy-phospholane (3-AOHP) 18 et 3- (guanido) -1-oxo On décrit le -1-hydroxy-phospholane (3-GOHP) 19 dans le schéma 2. Le réarrangement modifié de Curtius de l’acide 13 et l’hydrolyse des isocyanates intermédiaires avec du HCl aqueux donnent l’aminé 18. Le composé 19 est préparé par guanylation de l’amine 18 en utilisant du formamidinesulfinique. acide en présence d’une base.Schéma 2 Synthèse des composés 18 et 19 La caractérisation fonctionnelle des acides phosphiniques cycliques au niveau des récepteurs GABA a été réalisée en utilisant une pince de tension à deux électrodes sur les récepteurs GABA humains recombinants exprimés dans les ovocytes Xenopus.17,24 Les acides phosphiniques cycliques (15 Ȣ évalué pour l’activité seule et en présence de GABA sur GABAA (α 1 β 2 γ 2L), GABAB (1b / 2), et GABAC (ρ 1 et ρ 2) récepteurs pour déterminer s’ils se comportent comme des agonistes, des antagonistes ou des modulateurs. On a précédemment observé que les orientations de l’acide, du squelette et du groupe amine sont importantes pour l’activité antagoniste des récepteurs GABA, mais la distance entre les homologues aminés acides et l’utilisation des acides alkylphosphiniques comme bio-isostère d’un acide carboxylique sont C’est aussi un critère important pour développer des antagonistes sélectifs du GABAC.17 Comme l’indique le tableau 1, nous avons examiné les effets des acides phosphiniques cycliques (15 Ȣ 19) sur les récepteurs GABAA, GABAB et GABAC. Les composés 15 et 16, qui n’ont pas l’azote terminal, n’ont montré aucun effet à 100 ° C sur les trois récepteurs du GABA. Il a prouvé que les homologues acides et aminés sont importants pour l’affinité du ligand à ces récepteurs. Le 3-AMOHP 17 s’est avéré être un antagoniste puissant (IC50 = 19,91 μ M) aux récepteurs GABAC ρ inactif (à 600 μ M) à α 1 β 2 γ récepteurs GABAA 2L, et un faible agoniste aux récepteurs GABAB (1b / 2). La figure 2A2A montre l’effet de 3-AMOHP 17 sur les récepteurs GABAB (1b / 2) exprimés dans des ovocytes de Xenopus. Le 3-AMOHP 17 montre l’activation elle-même à 100 (33,22 ± 4,65%) et 600 μ M (45,17 ± 5,23%), indiquant sa faible activité agoniste au niveau des récepteurs GABAB (1b / 2). 3-GOHP 19 a été développé sur la base des activités observées de l’acide 4-guanidinobutanoïque 2 (4-GBA), qui est un antagoniste des récepteurs GABAA et GABAC sans effets sur les récepteurs GABAB.20 ω -Les acides guanidino sont connus pour agissent comme le GABA au niveau des récepteurs GABA, indiquant que les acides guanidino se comportent comme si le groupe guanidino était équivalent à la fonctionnalité amino de nature plus basique. 3-GOHP 19 est un antagoniste puissant et sélectif (KB = 10.0 ± # x003bc; M) au niveau du récepteur GABAC ρ 1. Le 3-GOHP 19 a une activité réduite (inhibition de 29% à 600 μ M) aux récepteurs GABAA 2L et était inactif (à 600 μ M) chez GABAB ( 1b / 2), indiquant que la substitution de la fonctionnalité amine par un fragment guanidino est bien tolérée au niveau du site de liaison au ligand du récepteur GABAC. Le 3-AOHP 18 était inactif aux trois récepteurs du GABA, ce qui indique que la distance entre le groupe acide et l’azote terminal des ligands du récepteur GABA semble être importante pour l’affinité du ligand au niveau de ces récepteurs. La figure 2B2B montre les courbes de réponse inhibitrices de concentration pour les analogues actifs (TPMPA 3, 3-AMOHP 17 et 3-GOHP 19) contre GABA (1 μ M) à ρ Les récepteurs GABAC. Les composés actifs ont été en outre testés au niveau des récepteurs humains GABAC. La figure 2C2C montre la concentration inhibitrice et les courbes de réponse pour le TPMPA 3 (IC50 = 22,09 μ M), 3-AMOHP 17 (IC50 = 57,13 μ M), et 3-GOHP 19 (CI50 = 51,31 μ M) contre les récepteurs GABA (1 μ M) au niveau de ρ 2 GABAC. Les deux composés (17 et 19) sont des antagonistes modérément puissants au niveau des récepteurs GABAC de ρ De plus, le 3-GOHP 19 a provoqué un déplacement vers la droite parallèle des courbes de réponse de la concentration de GABA et de la présence de trois concentrations d’antagonistes, indiquant sa nature compétitive (Figure2D; 2D; KB = 10.0 &#x000b1 ; 1.6 μ M) .Figure 2 (A) Courbe de l’échantillon montrant les effets du 3-AMOHP 17 sur les récepteurs GABAB (1b / 2) humains co-exprimés avec les canaux GIRK1 / 4 dans les ovocytes Xenopus en utilisant un tampon K + 45 mM. barre hachurée) 3-AMOHP 17 n’a eu aucun effet à 10 μ M (barre noire) mais activé … Tableau 1 Données pharmacologiquesPour délimiter les principales interactions responsables des différences d’affinité de liaison, les structures de TPMPA 3, (S) -4-ACPBPA 6, et chaque stéréoisomère de 3-AMOHP 17, 3-AOHP 18 et 3-GOHP 19 ont été ancrés de manière flexible dans le site de liaison au ligand d’un modèle d’homologie GABAC (voir l’information de support pour Les figures 3B, C3B, C montrent les stéréoisomères S et R des deux 3-AMOHP 17 et 3-GOHP 19. Ces composés sont prédictifs. ed pour se lier de manière similaire à TPMPA 3 et (S) -4-ACPBPA 6 (Figure ​ (Figure 3A) .3A).L’affinité de liaison est largement attribuée à diverses interactions électrostatiques, comprenant (i) une interaction de pont salin entre l’acide phosphinique et l’Arg104, 25 (ii) une interaction de pont salin entre l’aminé basique / guanidino et le Glu196, 25 (iii) des contacts de liaison hydrogène à Ser168 et Thr244 et au carbonyle de squelette de Tyr198,26,27 et (iv) un cation · · π l’attraction entre l’amine basique et le Tyr247, une interaction déterminée expérimentalement.28 Alors que des énergies de liaison similaires sont prédites pour les structures de 3-AMOHP 17 et 3-GOHP 19 (voir l’information de support), le plus grand groupe guanidino de 3-GOHP 19 encourt une pénalité de contrainte de ligand légèrement plus élevée (∼ 3 − 4 kcal / mol) que 3-AMOHP 17, ce qui peut expliquer son activité légèrement diminuée sur l’activité GABAC de ρ L’inactivité complète de 3-AOHP 18 sur & GABAC est probablement due au fait que ni le stéréoisomère S ni le stéréoisomère R ne peuvent s’étendre de façon optimale sur la largeur du site de liaison (Figure 3D). 3D); par conséquent, ils sont incapables d’interagir simultanément avec Arg104 et Glu196, les acides aminés connus pour être importants pour la liaison au GABA. De plus, ils ne peuvent pas établir un cation favorable · · · π attraction avec Tyr247. Parmi tous les ligands amarrés, la plus grande différence est observée avec le (S) -4-ACPBPA 6, qui insère en outre une chaîne butyle dans une poche hydrophobe entourée par Tyr198, Leu166 et Arg158 (C &#x003b1 ;, C &#x003b2 ;, C &#x003b3 ;, et C δ atomes) (Figure ​ (Figure3A) .3A). Cette fraction libère potentiellement des eaux thermodynamiquement défavorables29 et met en évidence une région pour une optimisation supplémentaire du plomb. En conclusion, la synthèse du nouveau modèle d’acide phosphinique cyclique a été développée. L’activité de ces composés a été étudiée dans les trois grandes familles de récepteurs GABA, et on a découvert le 3-AMOHP 17 et le 3-GOHP 19 (acide -guanidino) en tant qu’antagonistes du récepteur GABAC puissants et sélectifs. Ceci est la première démonstration d’un acide ω -guanidino en tant qu’antagoniste sélectif du récepteur GABAC. Ces résultats offrent de nouvelles connaissances sur l’architecture du ligand du récepteur GABAC pour des études concernant le site de liaison et la flexibilité du récepteur. Dans de futures études, il pourrait être utile de générer des DAS complets de ce nouveau modèle pour se développer en antagonistes des récepteurs GABAC plus puissants et sélectifs.Figure 3Vue du site de liaison du ligand GABAC avec des modes de liaison prédits. (A) TPMPA 3 (carbones verts) et (S) -4-ACPBPA 6 (carbones jaunes). (B) Stéréoisomère de 3-AMOHP 17: (R) -3-AMOHP (carbones verts) et (S) -3-AMOHP (carbones jaunes). (C) Stéréoisomère … RemerciementsNous remercions Bruce Tattam et Keith Fischer pour leur assistance technique en mesures de spectrométrie de masse. Nous remercions également Hye-Lim Kim pour son assistance technique avec la méthode de la pince de tension à deux électrodes.