Design, synthesis and pharmacological evaluation of Enone prodrugs Liu, Danyang

Transcriptie

1 University of Groningen Design, synthesis and pharmacological evaluation of Enone prodrugs Liu, Danyang IMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to cite from it. Please check the document version below. Document Version Publisher's PDF, also known as Version of record Publication date: 2006 Link to publication in University of Groningen/UMCG research database Citation for published version (APA): Liu, D. (2006). Design, synthesis and pharmacological evaluation of Enone prodrugs: orally active precursors of catecholamines with antiparkinsonian activity s.n. Copyright Other than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons). Take-down policy If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim. Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): For technical reasons the number of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum. Download date:

2 Samenvatting In onze hersenen gaat informatie van zenuwcel naar zenuwcel. Deze informatieoverdracht is mogelijk omdat de eerste zenuwcel een specifieke stof afgeeft die door andere zenuwcellen wordt herkend en tot verdere informatieverwerking leidt. Een van deze stoffen, ook wel neurotransmitters genoemd, is het dopamine (DA). Hoofdstuk 1 behandelt de basisprincipes van de dopaminerge neurotransmissie. DA receptoren maken deel uit van de superfamilie van G-eiwit gekoppelde receptoren. Dit G-eiwit is een component van het second-messenger systeem dat, na activatie van de receptor, ervoor zorgt dat het signaal intra-cellulair wordt doorgegeven. Bij DA is het G-eiwit gekoppeld aan het enzym adenylyl cyclase. Gebaseerd op moleculair biologische eigenschappen, kunnen tegenwoordig vijf dopaminereceptor subtypen worden onderscheiden. Deze subtypen behoren tot twee families van dopaminereceptoren, te weten, D 1 -achtige (D 1 en D 5 ) en D 2 -achtige (D 2, D 3, D 4 ). D 1 receptoren zijn positief gekoppeld aan het adenylyl cyclase en D 2 receptoren negatief of niet gekoppeld aan dit enzym. In het centrale zenuwstelsel (CZS) kunnen twee belangrijke dopaminerge systemen gedefinieerd worden, namelijk het mesostriatale systeem en het meso(limbische)corticale systeem. Algemeen wordt aangenomen dat het mesostriatale systeem een activerende werking uitoefent op het bewegingsapparaat. Kortom, degeneratie van dit systeem, zoals bij de ziekte van Parkinson leidt tot tremoren, hypokinesie en rigiditeit. Het tekort aan dopamine bij deze patiënten kan worden aangevuld door een precursor van dopamine te geven (L-dopa) of een dopaminereceptoragonist. Een algemene inleiding over de ziekte van Parkinson en de daarvoor gebruikte geneesmiddelen worden tevens in dit hoofdstuk besproken. Bij het mediëren van kenmerkende spontane dopaminerge gedragingen in proefdieren lijkt het er sterk op dat D 1 en D 2 receptoren synergistisch samenwerken. Extrapolatie van dit concept naar de mens impliceert dat simultane stimulatie van D 1 en D 2 nuttig zou zijn voor een goed klinisch resultaat. Verder geeft Hoofdstuk 1 een verhandeling over de structuur-activiteitsrelaties van dopaminereceptoragonisten. De nadruk wordt gelegd op verbindingen die als uitgangspunt hebben gediend voor de diverse nieuwe DA liganden waarvan de synthese en farmacologie worden beschreven in de hoofdstukken 2 tot en met 6. Tot slot worden in dit hoofdstuk ook de farmacologische modellen besproken die in dit proefschrift zijn gebruikt om de gesynthetiseerde verbindingen te testen. 181

3 Hoofdstuk 2 beschrijft de synthese van een enone prodrug van benzo[g]chinoline. Verschillende syntheseroutes zijn onderzocht. Het racemisch eindproduct is met behulp van chirale preparatieve HPLC gesplitst in zijn enantiomeren. Receptor binding heeft aangetoond dat de prodrug, zoals te verwachten, in vitro geen affiniteit bezit voor DA D 1 - en D 2 -receptoren. Echter met behulp van microdialyse is gevonden dat er in vivo een bioactivering plaatsvindt, d.w.z. de inactieve prodrug wordt in het proefdier omgezet in een bijzonder potente dopamineagonist. De gevormde actieve verbinding blijkt de catechol analoog van GMC6650 te zijn. Zijn lange werkingsduur maakt deze verbinding tot een interessante kandidaat voor de behandeling van de ziekte van Parkinson. Vooral ook omdat de verbinding, in tegenstelling tot apomorfine en andere catecholen, waaronder de actieve metaboliet, ook oraal een hoge activiteit bezit. Via X-ray analyse is gevonden dat de actieve (-)-enantiomeer de (4aR,10aR)-configuratie bezit. Na in Hoofdstuk 2 te hebben aangetoond dat GMC-6650 in vivo wordt omgezet in een catechol, was het voor verder onderzoek noodzakelijk deze actieve metaboliet (TL-334) zuiver in handen te krijgen. Hoofdstuk 3 beschrijft dan ook de synthese van TL-334. Hoewel de verbinding reeds door Cannon et al. was gesynthetiseerd, zijn wij er niet in geslaagd deze synthese te reproduceren en waren wij daarom genoodzaakt een alternatieve synthese te ontwikkelen. Dit is gelukt via een 11-staps synthese. In een functioneel model (stimulering van camp productie in CHO cellen met gekloneerde D 1 of D 2 receptoren) blijkt TL-344 een volle agonist te zijn voor zowel de dopamine D 1 als D 2 receptor. Het in vitro activiteitsprofiel wordt bevestigd door in vivo experimenten. Subcutane toediening geeft een sterke afname van de dopamineafgifte in het striatum te zien wat er op wijst dat de verbinding de lichaamseigen neurotransmitter nabootst. De conclusie kan getrokken worden dat de verbinding potenter is dan de standaardverbinding apomorfine. Verder vertoont de rat na toediening van TL-334 een sterk stereotiep gedrag, veroorzaakt door stimulatie van vooral de DA D 2 receptor. In Hoofdstuk 4 wordt de synthese van de enone prodrug van benzo[f]chinoline en de corresponderende catecholamine beschreven. Dit kan opgevat worden als een uitbreiding van het enone prodrug concept. Ook hier vertoont de prodrug in vitro, in een functioneel model, geen intrinsieke activiteit. Met behulp van microdialyse is ook weer het effect op de dopamineafgifte bepaald. Opnieuw wordt er gevonden dat de verbinding voor in vivo activiteit een bioactivering moet ondergaan tot een catechol. De in vivo activiteit van deze prodrug is duidelijk geringer dan die van de prodrugs van benzo[g]chinolines, Hetgeen in overeenstemming is met het verschil in activiteit tussen de twee metabolieten (catecholen). Apomorfine en N-propylapomorfine (NPA) zijn beiden effectieve dopamineagonisten met een hoge activiteit zowel aan de D 1 als de D 2 receptor. Apomorfine is 182

4 een interessante verbinding omdat het nu al toegepast wordt bij de ziekte van Parkinson. Het wordt vooral gebruikt bij patiënten bij wie de ziekte al in een vergevorderd stadium verkeert. Deze patiënten krijgen op den duur last van het zogenaamde on-off syndroom hetgeen betekent dat de normale motoriek van de patiënt in enkele seconden terugvalt in een onvermogen zich te kunnen bewegen (bevroren). Een injectie of infuus met apomorfine kan deze bewegingloosheid weer onmiddellijk opheffen. Apomorfine is in deze situaties bijzonder effectief en een prodrug van deze verbinding met een verbeterde biologische beschikbaarheid zou daarom een goede aanvulling zijn op de bestaande farmacotherapie. Hoofdstuk 5 beschrijft de synthese van de enone prodrugs van apomorfine en N- propylapomorfine. Hoewel we duidelijk aangetoond hebben dat de synthese van de enone precursors van apomorfine en NPA uitvoerbaar is, moeten we toch concluderen dat de doelstelling niet is bereikt. Het gevormde tetracyclische ringsysteem lijkt onvoldoende stabiel. X-ray analyse ondersteunt de hypothese dat de stuwende kracht achter deze instabiliteit waarschijnlijk torsiespanning van een aantal bindingen is, resulterend in aromatisering van de B-ring. Bovendien hebben we niet kunnen aantonen dat er in vivo bij deze enonen een omzetting naar de catecholen plaatsvindt. Wel werd er in vivo een metaboliet gevonden met een geopende heterocyclische ring. In de vorige hoofdstukken is de metabolismegevoelige catecholgroep gemaskeerd in de vorm van een enone prodrug. Een tweede manier om deze kwetsbare groep te behoeden tegen metabolisme, is het aanbrengen van een beschermende groep aan deze catecholfunctie. Uit literatuurstudies is gebleken dat di-esters van apomorfine een lagere in vivo activiteit bezitten dan de moederstof. De reden hiervoor is waarschijnlijk een te trage hydrolyse van de di-esters. Daarom hebben we gekozen voor een mono-ester. In Hoofdstuk 6 is de synthese van de monopivaloyl-ester van apomorfine beschreven. Tijdens de synthese werd er een mengsel van regio-isomeren verkregen dat moeilijk te scheiden was. Hersenmicrodialyse studies hebben aangetoond dat de monopivaloyl-ester een sterke en bovendien langdurige afname van de dopamine-afgifte in het striatum veroorzaakt. Subcutane toediening van 10µmol/kg van de prodrug geeft een aanzienlijke daling van de dopamine-afgifte die langer dan 6 uur aanhield. We kunnen dus concluderen dat verestering van één van de hydroxylgroepen een opmerkelijk positief effect heeft op de activiteit als ook op de werkingsduur. Concluderend kunnen we zeggen dat zowel het enone prodrug concept als de mono-esters van apomorfine mogelijkheden lijken te bieden om de biologische beschikbaarheid te vergroten. Beide prodrug-concepten blijken interessante en veelbelovende activiteitsprofielen op te leveren. De resultaten wijzen erop dat verder onderzoek in deze richting werkbare perspectieven zou kunnen opleveren voor de 183

5 ontwikkeling van een dopamine-agonist in de behandeling van de ziekte van Parkinson. 184