Conjugué chromone-acide lipoïque : agent neuroprotecteur ayant des activités acceptables d'inhibition de la butyrylcholinestérase, d'antioxydant et de chélation du cuivre

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Résumé

ObjectifLa maladie d'Alzheimer(MA) est une maladie neurodégénérative aux multiples facettes. Cibler simultanément plusieurs processus pathologiques impliqués dansLa maladie d'Alzheimer,les composés d'origine naturelle avec des caractéristiques uniques sont des échafaudages prometteurs pour développer de nouveaux composés multi-cibles dans le traitement de différentes maladies neurodégénératives, en particulierLa maladie d'Alzheimer. Dans cette étude, de nouveaux hybrides chromone-acide lipoïque ont été préparés pour trouver une nouvelle structure de tête multifonctionnelle pour le traitement de la MA. Méthodes Des hybrides chromone-acide lipoïque ont été préparés par réaction de clic et leur activité neuroprotectrice et anticholinestérasique a été pleinement évaluée. Les activités d'agrégation anti-amyloïde, antioxydante et de chélation des métaux du meilleur composé ont également été étudiées par des méthodes standard pour trouver un nouvel agent multifonctionnel contre la maladie d'Alzheimer. Résultats Le criblage biologique primaire a démontré que tous les composés avaient une activité de neuroprotection significative contre les dommages cellulaires induits par H2O2-dans les cellules PC12. Le composé 19 en tant qu'inhibiteur le plus puissant de la butyrylcholinestérase (BuChE) (IC50=7.55 μM) ayant une activité de neuroprotection significative en tant que médicament de référence a été sélectionné pour d'autres évaluations biologiques. Des études d'amarrage et cinétiques ont révélé une inhibition de type mixte non compétitive de BuChE par le composé 19. Il pourrait réduire de manière significative la formation des espèces réactives de l'oxygène intracellulaire (ROS) et a montré un excellent pouvoir réducteur (85,57 mM Fe plus 2), comparable à la quercétine et l'acide lipoïque. Il pourrait également inhiber modérément l'agrégation A et chélater sélectivement avec des ions cuivre dans un rapport 2: 1 M.

Conclusion Le composé 19 pourrait être considéré comme un agent multifonctionnel prometteur pour le développement ultérieur contre la MA en raison de son activité neuroprotectrice et anti-BuChE acceptable, de son activité d'agrégation anti-A modérée, de son activité antioxydante exceptionnelle ainsi que de sa capacité sélective de chélation du cuivre.

Leili Jalili-Baleh1 & Hamid Nadri2 & Hamid Forootanfar3 & Tuba Tüylü Küçükkılınç4 & Beyza Ayazgök4 & Mohammad Sharifzadeh5 & Mahban Rahimifard6 & Maryam Baeeri6 & Mohammad Abdollahi6 & Alireza Foroumadi1 & Mehdi Khoobi

Groupe des biomatériaux, Centre de recherche pharmaceutique, Institut des sciences pharmaceutiques (TIPS), Université des sciences médicales de Téhéran, Téhéran 1417614411, Iran 2 Faculté de pharmacie et centre de recherche en sciences pharmaceutiques, Université des sciences médicales Shahid Sadoughi, Yazd, Iran 3 Département des sciences pharmaceutiques Biotechnologie, Faculté de pharmacie, Université des sciences médicales de Kerman, Kerman, Iran 4 Faculté de pharmacie, Département de biochimie, Université Hacettepe, Ankara, Turquie 5 Département de pharmacologie et toxicologie, Faculté de pharmacie, centre de recherche sur la toxicologie et les empoisonnements, Université de Téhéran des sciences médicales, Téhéran, Iran 6 Groupe de toxicologie et des maladies, Centre de recherche en sciences pharmaceutiques (PSRC), Institut des sciences pharmaceutiques (TIPS), Université des sciences médicales de Téhéran (TUMS), Téhéran, Iran

Introduction

La maladie d'Alzheimer(MA), une maladie neurodégénérative multiforme et irréversible, est la principale cause de démence et l'un des plus grands défis de la recherche pharmaceutique actuelle [1]. Au cours des dernières décennies, malgré des efforts substantiels pour découvrir les mécanismes pathogènes deLa maladie d'Alzheimer, l'étiologie exacte de cette maladie est encore complexe. Les facteurs pathologiques jouant un rôle remarquable dans le développement de la MA sont la déficience au niveau des neurotransmetteurs cholinergiques cérébraux, l'accumulation de plaques séniles notamment sous forme de dépôts extracellulaires d'amyloïde (A), l'agrégation hyperphosphorylée des protéines τ [2], la dyshoméostasie des biométaux, le stress oxydatif, et la neuroinflammation [3]. Malgré toutes les tentatives effectuées pour trouver des solutions innovantes pour contrôler les caractéristiques de la maladie comme la thérapie génique et par cellules souches, ce type de thérapie reste une méthode prospective pour le traitement de la MA et il reste encore de nombreux problèmes non résolus avant de pouvoir être utilisé dans des applications cliniques. 4, 5]. La méthode thérapeutique actuellement disponible est principalement basée sur l'augmentation de la neurotransmission cholinergique, par le biais des inhibiteurs de l'acétylcholinestérase (AChEI). Comme l'AChE, la butyrylcholinestérase (BuChE) en tant que corégulateur de la dégradation de l'ACh, est une enzyme importante impliquée dans la neurotransmission [6]. Le rôle de la BuChE dans la pathologie de la MA est inconnu, mais des études in vivo ont révélé que la BuChE associée aux plaques A joue un rôle clé dans la maturation des plaques de la MA [7, 8]. Pour compléter les approches symptomatiques, il est nécessaire de cibler simultanément plusieurs processus pathologiques impliqués dans la MA [9, 10].

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Actuellement, la stratégie du ligand dirigé multi-cibles (MTDL) a été complètement acceptée comme stratégie principale pour la conception et la découverte de médicaments dans la MA, qui est basée sur une combinaison de groupes pharmacophoriques appropriés dans une molécule fournissant des réponses pharmacologiques efficaces pour divers récepteurs potentiels. ou des cibles enzymatiques [11]. Ces dernières années, de nombreux agents multifonctionnels potentiels ont été conçus sur la base de la stratégie des MTDL contre la MA [12–16]. De plus, une quantité considérable de produits d'origine naturelle est utilisée soit comme produits pharmaceutiques commercialisés, soit comme fragments moléculaires bioactifs dans le développement de médicaments hybrides pour lutter contre les principaux facteurs de risque susmentionnés impliqués dans la pathogenèse de la MA [17]. Les chromones sont omniprésentes dans les plantes et sont connues comme des composés phytochimiques avec une structure benzo- -pyrone, qui possède de multiples gammes d'effets pharmacologiques [18]. Des études récentes ont révélé que les composés à base de chromone étaient efficaces contre la démence grâce au piégeage des radicaux libres et à la chélation des ions métalliques [19-22]. Les chromones ont également montré des propriétés anticholinestérases [23, 24], neuroprotectrices [25, 26], anti-inflammatoires [27] et pourraient perturber efficacement l'agrégation amyloïde [28, 29]. Fernandez-Bachiller et ses collègues ont introduit des hybrides tacrine chromone ayant une meilleure inactivation inhibitrice de ChE, ainsi qu'antioxydante, par rapport à la tacrine [30]. L'acide lipoïque (LA), en tant qu'antioxydant naturel chez les animaux, les humains et les plantes, agit comme un cofacteur essentiel dans de nombreuses voies biochimiques [31]. Une gamme variée de propriétés pharmacologiques a été rapportée à propos de cet organosoufré. Il peut contrôler la pathogenèse ou la progression de la MA en augmentant le niveau d'acétylcholine ainsi qu'en diminuant le stress oxydatif, l'inflammation et la formation de plaques A [32–34]. Apocrine est un hybride de LA et de tacrine introduit par Rosini comme candidat-médicament efficace contre la MA en raison de ses multiples propriétés biologiques, telles que l'activité d'inhibition de l'AChE et de la BChE, l'inhibition de l'agrégation A induite par l'AChE et la protection cellulaire contre les ROS [35].

G. Nesi et al. rivastigmine combinée avec LA et chromone. Ils ont découvert que la combinaison conduisait à l'ajout d'antioxydants et de propriétés d'agrégation anti-amyloïde des échafaudages LA et chromone à l'activité anticholinestérase de la rivastigmine en tant que médicaments actuellement utilisés, et entraînait la formation du composé multifonctionnel pour traiter la MA [28 ]. Sur la base des découvertes ci-dessus, l'échafaudage de chromone est un pharmacophore important jouant un rôle important dans l'inhibition des ChE avec des activités antioxydantes et de chélation des métaux. LA est également la structure principale prometteuse améliorant l'activité d'inhibition de BuChE, le pouvoir de neuroprotection, l'agrégation anti-amyloïde, les activités antioxydantes et de chélation des métaux (Fig. 1). Ces caractéristiques uniques de la chromone et de l'AL en ont fait des échafaudages prometteurs pour développer de nouveaux composés multi-cibles ayant une efficacité thérapeutique améliorée dans le traitement de différents troubles neurodégénératifs, en particulier la MA [36–42]. Compte tenu des effets biologiques bénéfiques des échafaudages chromone et LA et de l'efficacité du noyau triazole en tant que pharmacophore attrayant pour connecter divers agents thérapeutiquement actifs [43–45], dans ce travail, nous avons encouragé à conjuguer ces précieux pharmacophores les uns aux autres et à évaluer leur efficacité. contre diverses cibles. Deux séries de dérivés de chromone conjugués à LA ont été synthétisés par réaction de clic (Fig. 1, composés 9–17 et 18–20) et l'activité neuroprotectrice et l'activité d'inhibition de ChEs de tous les composés ont été évaluées. Les activités antioxydante, de chélation des métaux et anti-amyloïde du composé sélectionné ont également été évaluées. À notre connaissance, il s'agit du premier travail rapportant la synthèse d'hybrides chromone-LA et leurs activités biologiques contre la MA.

résultats et discussion

Chimie Comme illustré dans le schéma 1, le composé 3 a été initialement synthétisé via la réaction de la 2′-hydroxy acétophénone substituée avec le 4-méthoxy benzaldéhyde via une réaction d'oxydation domino aldol-Michael catalysée par la pyrrolidine et l'iode dans le diméthylsulfoxyde (DMSO). Le composé 3 a été converti en dérivés 2-(4-hydroxyphényl)-4H-chrome-4-one correspondants (4a-d) par BBr3 dans du dichlorométhane. Le composé 5 a également été préparé en une étape à partir de la réaction de la 2,4- dihydroxyacétophénone et de l'orthoformiate de triéthyle en présence d'acide perchlorique à 70 % conduisant à la formation de sel de perchlorate qui a ensuite été hydrolysé pour atteindre le composé cible (5) . Les intermédiaires bromoalcoxy 6a-i et 8a-c ont ensuite été préparés via la réaction de 4a-d ou 5 avec la quantité appropriée de dibromoalcanes dans une solution acétonique de K2CO3 anhydre sous reflux pendant 4 h. Le composé 7 a été synthétisé séparément par la réaction d'amidation entre LA et la propargylamine en présence de 4- diméthyl aminopyridine (DMAP) et de N, N'-dicyclohexylcarbodimide (EDCI).

Les composés cibles 9–20 ont finalement été préparés par une réaction à trois composants en un seul pot entre les composés 6a-i ou 8a-c, l'azoture de sodium et le composé 7 catalysé par le cuivre (II). Dosage biologique Principalement, les activités de neuroprotection et d'inhibition de la cholinestérase de tous les composés cibles 9 à 20 ont été évaluées afin de trouver le meilleur composé puissant pour des études ultérieures. Pouvoir de neuroprotection contre les dommages cellulaires PC12 induits par H2O2 Les dommages oxydatifs et la neurotoxicité créés par H2O2 sont considérés comme le facteur le plus important contrôlant la progression des troubles neurodégénératifs [60]. Par conséquent, l'activité de neuroprotection des conjugués chromone-LA préparés 9 à 20 a été testée à différentes concentrations de 1, 5, 10, 20 et 50 μM à l'aide du test MTT. Tous les composés, à toutes les concentrations, pourraient augmenter significativement la viabilité cellulaire des cellules PC12 de manière dose-dépendante, même à une faible concentration de 1 μM (tableau 1, p <>

Fait intéressant, les composés 15, 16 et 17 ayant des longueurs de chaîne à cinq carbones (n=5) ont présenté une activité neuroprotectrice supérieure à celle de la quercétine en tant que médicament de référence à toutes les concentrations. Par comparaison entre les composés 9, 11 et 15 portant un simple 2-phényl-4H-chromène-4-un fragment et une longueur de chaîne carbonée différente (n=3, 4 et 5 pour les composés 9, 11 et 15, respectivement), cela pourrait impliquer que l'augmentation de la taille de l'agent de réticulation pourrait augmenter l'activité de neuroprotection des composés cibles (tableau 1). Le même comportement a également été observé pour les composés 18 à 20 en tant que dérivés du 4H-chromène-4-one substitués en 7 positions. Notamment, les dérivés de chrome non substitués avaient moins d'activité neuroprotectrice sur la mort cellulaire induite par H2O 2- que les analogues substitués par halo (comparer le composé 9 avec le composé 10, le composé 11 avec les composés 12-14 et le composé 15 avec les composés 16 et même 17 à des concentrations particulièrement élevées). Activité inhibitrice de la cholinestérase L'activité inhibitrice de l'AChE et de la BuChE de tous les conjugués chromone–LA 9–20 a été étudiée. Le tableau 2 montre les valeurs IC50 des composés par rapport au médicament standard donépézil. Aucun effet significatif n'a été observé contre l'AChE à 100 μM pour la plupart des composés, à l'exception des 7-dérivés fluorés (13) d'activité modérée (IC50=56.50 μM). Les résultats ont révélé que l'activité des dérivés substitués en position 7- (18–20) contre BuChE était meilleure que celle des dérivés modifiés en position 2- (9–17).

Parmi les dérivés 7-substitués, seuls les composés 18 et 19 avec des longueurs de chaîne de 3 ou 4 atomes ont montré une activité anti-BuChE appropriée (IC50=15.32 et 7,55 μM, respectivement). Le composé 20 avec un espaceur à 5 carbones (n=5) n'a révélé aucune activité contre BuChE confirmant le grand effet de l'agent de réticulation et la taille de la molécule pour occuper le site actif de l'enzyme. Par conséquent, l'extension du lieur n'a aucun effet positif sur le pouvoir inhibiteur de BuChE. Lorsque la tacrine portant un substituant halogène a été conjuguée à LA par un espaceur à 3 carbones, les activités d'inhibition de l'AChE et de la BuChE, en particulier l'activité de l'AChEI, ont été améliorées par rapport à la tacrine [35]. L'étude a confirmé le rôle important de la longueur de l'agent de réticulation sur l'activité d'inhibition ChEs des composés cibles. Une étude précédente a également révélé que l'hybridation de la tacrine avec un échafaudage de chromone améliore l'activité d'inhibition de la BuChE plus que celle de l'AChEI, ce qui est en bon accord avec l'obtention de nos résultats [30]. Le même résultat a également été observé lorsque d'autres pharmacophores bien connus ont été combinés. La fixation de LA et/ou de la chromone à la rivastigmine a entraîné une activité d'inhibition de la BuChE supérieure à celle de l'AChE [28]. Il semble que LA puisse améliorer l'activité d'inhibition de la BuChE de l'échafaudage mère plus que l'activité d'inhibition de l'AChE. Sur la base des résultats, il semble que les groupes donneurs d'électrons sur l'échafaudage de chromone et également l'utilisation d'un espaceur approprié pour empêcher le repliement moléculaire peuvent faciliter des interactions appropriées avec l'enzyme transformant les composés cibles en inhibiteurs plus puissants.