INVESTIGATION OF THE ROLE OF ALPHA7 NICOTINIC ACETYLCHOLINE RECEPTORS IN INFLAMMATORY DISEASES THROUGH THE DESIGN, SYNTHESIS AND BIOLOGICAL EVALUATION OF NEW HETEROCYCLIC DERIVATIVES

The current PhD research project aimed at investigating the role of the alpha7 nAChRs in the cholinergic inflammatory cascade through the design, synthesis and pharmacological evaluation of novel heterocyclic ligands targeting and selectively activating this receptor subtype. To this purpose, new sets of compounds acting as positive allosteric modulators (PAMs) or silent agonists were planned. In order to achieve new alpha7 PAMs endowed with enhanced allosteric activity and selectivity, the molecular hybridization approach was applied to the type I PAMs, 5-hydroxyindole (5-HI) and genistein. Therefore, the heteroaromatic nucleus of 5-HI was connected to a variable substituted phenyl ring by exploring two different positions of linking, the nitrogen and the adjacent carbon atom in position 2, thus obtaining two parallel series of target compounds. In addition, the alpha7 nAChR activation was investigated through compounds characterized by the silent agonism profile, an emerging mode of signal transduction of the alpha7 receptor not involving ion-channel current signaling. To shed light on this new mechanism of alpha7 receptor activation and to clarify the peculiar pharmacological profile of silent agonism in the modulation of inflammatory conditions, three different series of new potential silent derivatives were designed and synthesized. Moreover, the new compounds aimed at elucidating the pharmacophoric requirements for alpha7 nAChR silent agonism. In particular, a first series was obtained by modifying the diEPP compound, a recently emerged alpha7 silent agonist, whereas the other two sets of derivatives were planned to evaluate the pharmacophoric positive center by selecting the azabicyclic quinuclidine nucleus which was inserted as a spirocyclic-Delta2-isoxazoline scaffold or connected to a 1,2,4-oxadiazole heterocyclic system. Electrophysiological assays in Xenopus oocytes expressing human alpha7 nAChRs were performed to investigate the pharmacological profile of the novel derivatives. Within the 5-HI series, three compounds displayed enhanced alpha7 PAM activity compared to the parent compound. As far as concern the alpha7 nAChR silent signaling transduction, many target derivatives are still under investigation. The data so far available highlighted four diEPP analogues endowed with a very promising silent agonism profile which appear to be up to 46-fold greater compared to the reference compound.

La ricerca sviluppata con il presente progetto di Dottorato è rivolta all’approfondimento del ruolo del recettore nicotinico alfa7 nella cascata infiammatoria colinergica attraverso la progettazione, la sintesi e la valutazione farmacologica di nuovi derivati eterociclici in grado di interagire e attivare selettivamente questo sottotipo recettoriale. A tale scopo, sono stati progettati nuovi modulatori allosterici positivi (PAMs) o agonisti silenti del recettore nicotinico alfa7. Per ottenere i nuovi PAMs, caratterizzati da migliore potenza e selettività, è stato applicato l’approccio di ibridizzazione molecolare ai due PAMs di tipo I, il 5-idrossindolo (5-HI) e la genisteina. Il nucleo eteroaromatico del 5-HI è stato connesso a un anello benzenico variamente funzionalizzato sfruttando due diversi posizioni di connessione, l’azoto indolico e il carbonio in posizione 2, e sono state pertanto ottenute due serie parallele di composti. Inoltre, l’attivazione del recettore alfa7 è stata studiata attraverso la preparazione di agonisti silenti, in grado di trasmettere il segnale recettoriale con un meccanismo indipendente dall’apertura del canale e dal passaggio della corrente ionica. Con l’intento di chiarire il modello farmacoforico di tali nuovi agonisti alfa7 e di approfondirne il profilo farmacologico, tre serie di derivati sono state progettate e sintetizzate. La prima comprende derivati strutturalmente correlati al diEPP, recentemente emerso come agonista silente del recettore alfa7. Le altre due serie di composti sono state progettate inserendo il nucleo azabiciclico chinuclidinico, legato in forma spirociclica all’anello Delta2-isossazolinico o connesso a un eterociclo 1,2,4-ossadiazolico, per valutare l’importanza del centro basico quale requisito fondamentale nel modello farmacoforico noto. Il profilo farmacologico dei nuovi derivati è stato studiato in saggi elettrofisiologici su oociti di Xenopus che esprimono il recettore umano alfa7. Nella serie dei derivati del 5-idrossindolo, tre composti hanno mostrato un’attività allosterica positiva migliore rispetto al composto di riferimento. L’indagine farmacologica sui potenziali agonisti silenti è tuttora in corso. Attualmente sono disponibili i dati preliminari solo per la serie dei diEPP derivati e quattro composti si sono rivelati caratterizzati da un agonismo silente fino a 46 volte maggiore rispetto al composto parente.