Synthesis of novel scaffolds as selective ligands for the alpha-beta interface of the GABA-A receptor

Abstract

GABAA receptors are ligand-gated ion channels that play an important role in neurotransmission, and additionally, they are very important drug targets for the treatment of different neuropsychiatric conditions. These receptors have a very diverse composition since they can be composed of different subunits (six alpha, three beta, three gamma, three rho, one delta, one theta, one epsilon, and one pi) making up the pentameric core structure. Additionally, up to 9 binding pockets have been described in this receptor, where several molecules of completely different chemical families can interact, either by modulating the activity of the gamma-aminobutyric acid (GABA) or by activating or inhibiting the channel by themselves.From all ligands that have been currently described as modulators of the GABAA receptor, pyrazoloquinolinones are a very interesting compound family to be highlighted, since they are the only family of compounds that modulate the channel in the binding pocket located at the alpha+beta- interface of the GABAA receptor, in the extracellular domain, giving rise to a completely new pharmacological profile, by addressing groups of receptors not accessible to current drugs in use. Modulators that act on this particular binding site can potentially have a broader action than other drugs, such as benzodiazepines. Additionally, from these modulators, several radioligands could be developed, which will enable to have tool compounds to detect GABAA receptor subtypes in different living organisms and study their abundance and distribution in different tissues. Our research group has dedicated extensive efforts to developing novel derivatives of pyrazoloquinolinones that modulate the GABAA receptor. In the present work, we focused on developing the synthesis and characterization of a systematic library of p-phenylhydrazineylthienopyridine derivatives and 3-ethynyl-1H-indole-2-substituted derivatives. The design of these modulators was done considering former SAR available studies and their synthetic accessibility and versatility. This led to the generation of a library of 56 final compounds. Some final compounds were preliminarily tested for biological activity via voltage-clamp electrophysiology in Xenopus laevis oocytes. These oocytes expressed GABAA receptors containing alpha1beta3 subunit subtypes. Overall, this project led to a very diverse library of interesting candidates for new modulators of the GABAA receptor that is currently exploited in a translational program.

eine phi, GABAA-Rezeptoren sind ligandengesteuerte Ionenkanäle, die eine wichtige Rolle bei der Neurotransmission spielen und darüber hinaus sehr wichtige Angriffspunkte für die Behandlung verschiedener neuropsychiatrischer Erkrankungen darstellen. Diese Rezeptoren sind sehr unterschiedlich zusammengesetzt, da sie aus verschiedenen Untereinheiten bestehen können (sechs alpha, drei beta, drei gamma, drei rho, eine delta, eine epsilon und eine pi), welche die pentamere Grundstruktur bilden. Außerdem wurden bis zu 9 Bindungstellen in diesem Rezeptor beschrieben, in denen mehrere Moleküle völlig unterschiedlicher chemischer Familien interagieren können, indem sie entweder die Aktivität der Gamma-Aminobuttersäure (GABA) modulieren oder den Kanal selbst aktivieren oder hemmen. Von allen Liganden, die derzeit als Modulatoren des GABAA-Rezeptors beschrieben wurden, sind Pyrazolochinolinone eine sehr interessante Familie von Verbindungen, die hervorzuheben ist, da sie die einzige Familie von Verbindungen sind, die den Kanal über die alpha+beta- Bindungstelle modulieren, die sich an der Schnittstelle des GABAA-Rezeptors in der extrazellulären Domäne befindet, was zu einem völlig neuen pharmakologischen Profil führt, da sie Rezeptorgruppen ansprechen, die für die derzeit verwendeten Arzneimittel nicht zugänglich sind. Modulatoren, die auf diese spezielle Bindungsstelle einwirken, können potenziell eine breitere Wirkung haben als andere Medikamente wie Benzodiazepine. Darüber hinaus könnten aus diesen Modulatoren verschiedene Radioliganden entwickelt werden, die es ermöglichen, GABAA-Rezeptor-Subtypen in verschiedenen lebenden Organismen nachzuweisen und ihre Häufigkeit und Verteilung in verschiedenen Geweben zu untersuchen. Unsere Forschungsgruppe hat sich intensiv mit der Entwicklung neuartiger Derivate von Pyrazolochinolinonen beschäftigt, die den GABAA-Rezeptor modulieren. In der vorliegenden Arbeit konzentrierten wir uns auf die Entwicklung der Synthese und Charakterisierung einer systematischen Bibliothek von p-Phenylhydrazineylthienopyridin-Derivaten und 3-Ethynyl-1H-indol-2-substituierten Derivaten. Das Design dieser Modulatoren erfolgte unter Berücksichtigung früherer SAR-Studien und ihrer synthetischen Zugänglichkeit und Vielseitigkeit. Dies führte zu einer Substanz-Bibliothek von 56 Verbindungen. Einige der endgültigen Verbindungen wurden vorläufig auf ihre biologische Aktivität mittels Spannungsklemmen-Elektrophysiologie in Xenopus laevis-Oozyten getestet. Diese Eizellen exprimierten GABAA-Rezeptoren mit alph1beta3 Untereinheiten. Insgesamt führte dieses Projekt zu einer sehr vielfältigen Bibliothek interessanter Kandidaten für neue Modulatoren des GABAA-Rezeptors, die derzeit in einem translationalen Forschungsprogramm weiter verfolgt werden.