title: Pre-clinical evaluation of the binding properties of potential muscarinic acetylcholine receptor ligands
Creators: name: Pacher, Katharina
Publisher: name: :none
Year: 2019

description: Die muskarinischen Acetylcholinrezeptoren (mAChR) gehören zur Familie der G-Protein- gekoppelten Rezeptoren und befinden sich hauptsächlich im zentralen Nervensystem. Die mAChR spielen eine wichtige Rolle in verschiedenen neuronalen Funktionen und stellen deswegen ein interessantes Target in neurodegenerative Krankheiten, wie Alzheimer oder Parkinson, dar. Obwohl es bereits etablierte Tracer für die Bildgebung mittels Positronen- Emissions-Tomographie (PET) gibt, sind diese noch verbesserungswürdig, vor allem im Bereich der Subtypenselektivität. Diese Masterarbeit beschäftigt sich mit den Bindungseigenschaften neuer möglicher Liganden für eben diese Rezeptoren. Die verwendeten Liganden sind Derivate des natürlich vorkommenden Liganden Arecolin, welcher in der Betelnuss vorkommt. Zu Beginn wurde die Affinität der Arecolin-Derivate mit Hilfe eines kompetitiven Radioligandenbindungsassays mit Hilfe der Filtrationsmethode bestimmt. Der Ki- Wert wurde anschließend über die Cheng-Prussoff-Gleichung berechnet. Im nächsten Schritt wurden die Interaktionen der Arecolin-Derivate mit dem unerwünschten Target Acetylcholinesterase analysiert. Hierfür wurden zwei unterschiedliche Experimente durchgeführt, um festzustellen ob die Arecolin-Derivate als Substrat oder als Inhibitor der Acetylcholinesterase fungieren. Aus diesen Experimenten gingen vier Strukturen mit vielversprechenden Bindungseigenschaften zum mAChR hervor, die überdies keine Interaktionen mit der strukturell verwandten Acetylcholinesterase zeigten. Zum Schluss wurde die Bindungskinetik der besten Verbindungen mittels LigandTracer® Technologie analysiert. Die Experimente zeigten widersprüchliche Ergebnisse. Infolgedessen wurde das experimentelle Setup der LigandTracer® Experimente genauer betrachtet in Bezug auf unspezifische Bindung, potentielle Anreicherungen der Substanzen in den Zellen und ob andere Effekte vorliegen. Weitere Experimente werden nötig sein, um ein valides experimentelles Setup aufzusetzen. Weitere zukünftige Schritte umfassen die Entwicklung von weniger lipophilen Verbindungen, welche eine gleichbleibend gute Affinität und Selektivität zeigen und gleichzeitig minimale unspezifische Bindung aufweisen.
description: The muscarinic acetylcholine receptors (mAChRs) are a family of G-protein-coupled receptors and are found mainly in the central nervous system. They play an important role in neuronal functions and are an interesting target in a variety of neurodegenerative diseases, like Parkinson’s or Alzheimer’s dementia. Even though, there are some already established tracers for positron emission tomography (PET) imaging of mAChRs, there is still the need to improve them, mostly in regard to subtype selectivity. Within this thesis the binding properties of novel potential ligands for this receptor are analysed and evaluated for their structure-activity relationships. The ligands are derivatives of the natural ligand arecoline, which is found in the betel nut. In the beginning the derivatives of arecoline were tested for their affinity using a competitive radioligand binding assay with the filtration method. The Ki was calculated using the Cheng-Prussoff-equation. In the next step the interaction with the off-target acetylcholinesterase was analysed. Therefore, two different experiments were set up, to determine if the arecoline derivatives were an inhibitor or a substrate for the acetylcholinesterase. From these experiments four structures with promising Ki values against the muscarinic acetylcholine receptors but with no interaction to the off target acetylcholinesterase, were identified. In the end, the binding kinetics of the compounds with the highest affinity were studied using a LigandTracer®. These experiments showed contradictory results. Consequently, the set up of the experiment was examined in order to analyse if the results occur from unspecific binding, accumulation of the tracer or other effects. However, further experiments should be used to establish a new set up for the LigandTracer® experiment. Apart from that, different, less lipophilic structures will be tested for their binding affinities to overcome unspecific binding of the here investigated substances.