Structure-Activity Relationships for a Novel Series of Dopamine D2-like

Receptor LigandsBased on N-Substituted 3-Aryl-8-

azabicyclo[3.2.1]octan-3-ol

Fabio AchíGuaria ColombariRodolfo Madrigal

RECEPTORES DOPAMINÉRGICOS

Generalidades

• Familia de GPCRs

• Topografía: 7 segmentos transmembrana relativamente hidrofóbicos, unidos por 3 segmentos extracelulares y 3 intracelulares con un amino terminus inicial externo y un carboxilo terminus intracelular final.

FIGURE 1 Schematic representation of sense strand for the five DA receptor gene structures. Both intronic and exonic polymorphisms mentioned in the text are given and located in relation to the ATG start codon. Introns are shown as grey boxes and exons as diagonally shaded boxes.

FIG. 1. Dopamine receptor structure. Structural features of D1-like receptors are represented. D2-like receptors are characterized by a shorter COOH-terminal tail and by a bigger 3rd intracellular loop. Residues involved in dopamine binding are highlighted in transmembrane domains. Potential phosphorylation sites are represented on 3rd intracellular loop (I3) and on COOH terminus. Potential glycosylation sites are represented on NH2 terminal. E1-E3, extracellular loops; 1-7, transmembrane domains; I2-I3, intracellular loops.

• Al clonar molecularmente receptores de dopamina y basándose en identidad de aminoácidos, especificidad farmacológica y respuestas fisiológicas [1] se han distinguido dos grupos de receptores.

• La familia o clase de receptores D1, al cual pertenecen D1 y D5, en tanto D2, D3 y D4 pertenecen a la clase de receptores D2. De estos, D1 y D2 son los más ampliamente expresados en el SNC.

Familia de D1: estimulan la actividad adenilato ciclasa

Familia D2: inhiben la producción de AMPc al acoplar a proteínas Gi/o

sensibles a la toxina de la pertussis.

Distribución

Tomado de: http://www.cnsforum.com/content/pictures/imagebank/hirespng/hrl_rcpt_sys_DA_dist.png

Receptores D1

• Funciones de memoria, adicción a fármacos y enfermedades neuropsiquiátricas.

• Diferenciación anatómica aún no esclarecida para D1a y D1b .

• En endotelio cerebromicrovascular: Localizados en músculo liso efectos vasodilatadores directos

Receptores D1

Tomado de: http://www.nature.com/npp/journal/v33/n1/images/1301544f1.jpg

Receptores D2

• GPCR

• Oligodendrocitos, astrocitos, células ependimales (plexos coroideos)

• Inhibición de prolactina

• Control de movimiento y conducta

Receptores D2

• Inhibición de la adenilato ciclasa, estimulación de la fosfolipasa C, potenciación de la liberación de ácido araquidónico, regulación de canales de K+ y Ca2+, así como la modulación del intercambiador de Na+/H+.

Tomado de: http://www.cellscience.com/Reviews5/Anjali6.jpg

Receptores D2

• Dos isoformas del receptor denominadas D2S (corto) y D2L (largo).

• El receptor D2L difiere del corto por una inserción de 29 aminoácidos.

• Ampliamente distribuidas en cerebro y muestran pequeñas diferencias en el perfil farmacológico.

• D2 (D2L) acopla eficientemente y de forma promiscua a los 4 subtipos de Gi/o (Gi1, Gi2, Gi3, Go1),

Receptores D2

• Interacciones (acción agonista):

Grupo amino y el Asp 114 (en la región transmembrana III).

Interacciones hidrofóbicas entre el anillo de fenilo y residuos hidrofóbicos en la región TM IV

Puentes de hidrógeno entre los grupos hidroxilo del catecol y residuos de serina en la región TM V.

IMPORTANTE

Anormalidades en la neurotransimisión dopaminérgica están implicadas en la etiología de varios desórdenes neurológicos o psiquiátricos incluyendo la enfermedad de Parkinson, esquizofrenia, Corea de Huntington, desorden de déficit atencional y abuso de drogas.

Receptor D3

• 52 % de homología con el receptor D2, el cual se incrementa al 78 % si solo se consideran las regiones transmembrana.

• Se concentra casi exclusivamente en regiones cerebrales límbicas como el núcleo accumbens, tubérculo olfatorio e islas de Calleja.

• Estas son regiones asociadas a emociones, conducta, funciones cognitivas y mecanismos de recompensa y están implicadas en esquizofrenia, enfermedad de Parkinson y adicción a drogas. Es un blanco terapéutico promisorio para el tratamiento de dichos desórdenes.

Receptor D3

• Acopla eficiente y específicamente a Go1, pero no a los otros subtipos.

• Modulan el flujo de iones a través de canales de potasio o calcio en varios sistemas de expresión

Receptor D3

Farmacóforo del receptor de Dopamina D3. Ar es el sitio preferido para un anillo aromático, non-Ar para un anillo alicíclico, 3 centros

para puentes de hidrógeno y un sitio para un puente salino (N-s).

Receptores D4

• Familia de receptores D2.

• La expresión de receptores D4 es mayor en regiones corticales y límbicas del cerebro humano frontal, con niveles variables en cerebelo y tálamo y cantidades sustancialmente menores en ganglios basales.

• Asociado al desorden de déficit atencional e hiperactividad

Receptores D4

Anclaje de la dopamina:

• Puentes de hidrógeno entre nitrógeno con un residuo de cisteína en el final del segmento del carboxilo terminal (o con dos residuos de serina en el tercer dominio citoplasmático )

• Oxígeno del catecol a dos residuos de aspartato dentro del segundo y tercer segmentos transmembrana.

Receptores D5

• Distribución y perfil farmacológico análogo al receptor D1.

Objetivo

Proveer herramientas para explorar más profundamente las interacciones ligando-

sitio activo en los receptores D2 y D3

Objetivos Específicos

• Desarrollar ligandos de alta afinidad por estos subtipos específicos de receptores

• Desarrollar ligandos con distinta proporción de afinidad por dichos subtipos

• Analizar la afinidad de estos ligandos por el receptor 5-HT para evaluar sus posibles efectos secundarios

Haloperidol

Estrategia

Estrategia

Librería de compuestos

Seleccionar compuestos

Comparar

vs.

Síntesis

Síntesis

Resultados

Piperidinol vs. tropano

• Aumento de afinidad• Inversión de la selectividad

• Rigidez invierte selectividad

Piperidinol vs. tropano

Sustituyentes

• Grupo naftil muy voluminoso• Puente de hidrógeno

intramolecular

Análogos con S

• No hay ventajas considerables

Análogos con O

Comparación Haluros

• Selección de cuatro análogos de tropina. Con mayor afinidad a D3R.

• Evaluó eficacia funcional en D2R y D3R

así como la afinidad de unión con D4R, 5 HT1A, 5 HT2A y 5 HT2C.

•Confirmación de que los compuestos son antagonistas de D2R y D3R.

•Todos presentan de manera uniforme baja afinidad por 5 HT1A, 5 HT2C, D1R.

•Compuesto 41 presenta mayor afinidad por 5 HT2A y buena selectividad por D3R.

•Compuesto 44 presenta mayor afinidad tanto para D2R y D3R. Además de moderada afinidad por 5 HT2A y D4R.

•El compuesto 31 respecto al compuesto 1(piperidinol) presenta una disminución importante en cuanto a unión al receptor 5 HT2A.

Cristalografía Rayos X

• Para recolectar información adicional, se analizaron las sales de oxalato de 1 y 31.

• Debido a la interacción estérica con el puente de etileno no presente en los análogos de piperidinol como 1, la posición 8 sustituida del análogo 31 de tropina puede tener acceso a un modo de unión de energía baja diferente a los análogos de piperidinol, resultando en la SAR de los análogos de tropina descrito en la serie.

Cristalografía Rayos X

Resumen

Compuesto inicial 1.Sustituir anillo piperidina por tropano.

Hacer serie de cambios y crea librería de compuestos.

Observa una inversión en la selectividad, de D2R a D3R.

Resumen

Seleccionan compuestos. Confirma que los compuestos son

antagonistas de D2R y D3R.Baja afinidad por 5 HT1A, 5 HT2C, D1R.41 presenta mayor afinidad por 5 HT2A y

buena selectividad por D3R.

Resumen44 presenta mayor afinidad tanto para

D2R y D3R. Además de moderada afinidad por 5 HT2A y D4R.

31 respecto al compuesto 1 presenta una disminución importante en cuanto a unión al receptor 5 HT2A.

Conclusiones

• La preferencia por los receptores D2 de los análogos de piperidinol fue invertida o completamente eliminada al darse la sustitución por un anillo de tropano.

• Al utilizar un anillo de tropano en lugar de un piperidinol disminuye la afinidad por los receptores serotoninérgicos 5 HT2A.

Conclusiones

• Estos compuestos al tener baja afinidad sobre D1 no se presentarían efectos ligados a este receptor, como lo son trastornos de memoria, efecto adictivo y trastornos neuropsiquiátricos.

• Al ser antagonistas de D2 con buena afinidad por este receptor podrían provocar como efecto secundario parkinsonismo.

• Por este antagonismo podrían emplearse en el tratamiento de adicción a las drogas.

Conclusiones

• Los compuestos con mayor afinidad por D3 son candidatos para el tratamiento de la enfermedad de Parkinson, enfermedades psiquiátricas y adicción a drogas.

• Estos compuestos poseen de moderada a baja afinidad por D4, por lo que no serían útiles en el tratamiento de déficit atencional y/o hiperactividad.

Conclusiones

• Los compuestos con baja afinidad por receptores 5-HT evitarían la aparición de efectos secundarios como trastornos del estado de ánimo, gastrointestinales, de la coagulación y de la presión arterial.

Gracias