Potansiyel anti-alzheimer 1,4-dihidropiridin türevleri üzerinde sentez ve biyoaktivite çalışmaları
Synthesis and anti-alzheimer activity studies of potential 1,4-dihydropyridine derivatives
Yazar: SÜLÜNAY PARLAR
Danışman: DOÇ. DR. VİLDAN ALPTÜZÜN
Ege Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Eczacılık Bölümü / Farmasötik Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Eczacılık ve Farmakoloji = Pharmacy and Pharmacology
Dizin: Alzheimer hastalığı = Alzheimer disease ; Demans = Dementia ; Dihidropiridin = Dihydropyridine ; Kolinesteraz inhibitörleri = Cholinesterase inhibitors ; Kolinesterazlar = Cholinesterases ; İlaçlar = Drugs ; İlaçlar-araştırma safhasında = Drugs-investigational

Özet:
Alzheimer hastalığı (AH), kolinerjik sistemin hasarı ile karakterize nörodejeneratif bir hastalık olup yaşlılarda görülen demansın en sık nedenidir. AH'de görülen başlıca patalojik bulgular; nörofibriler yumaklar, ß-amiloid plaklar ve beynin belirli bölgelerinde kolinerjik transmisyonda önemli ölçüde kayıptır. Hastalığın semptomatik tedavisinde günümüzde en başarılı yaklaşım kolinerjik hasarın onarılmasıdır. Kolinesteraz (AChE ve BuChE) inhibitörleri ACh'yi hidroliz eden enzimi inhibe ederek dolaylı olarak kolinerjik transmisyonu arttırırlar. AChE inhibitörleri hastalığın bilişsel ve fonksiyonel semptomlarını azaltmada ve kolinerjik eksikliği düzeltmede belirli bir başarı oranının elde edildiği en etkili ilaç grubudur.AChE enzimi sadece nörotransmitter ACh'nin hidrolizinde etkili olmayıp aynı zamanda Aß'nın amiloid fibrillere agregasyonunu da arttırmaktır. Son çalışmalarda, senil plaklar içerisinde AChE ve BuChE'nin yer alması, Aß fibrillerin oluşmasında her iki enzimin de rolü olabileceği sonucunu doğurmuştur. BuChE'nin inhibe edilmesinin Aß oluşum sürecini azalttığına dair bazı çalışmalar mevcutsa da bu aktivitenin mekanizması henüz tam olarak anlaşılamamıştır. AChE'de ise, enzimin giriş kısmındaki periferik yörenin (PAS) amiloid oluşumunda katkısı olduğu saptanmıştır. AChE'nin PAS yöresi vasıtasıyla Aß ile etkileştiği ve bu sayede oluşan AChE-Aß kompleksin fibrilasyon oluşum sürecini başlattığı saptanmıştır. Dual yöre bağlanma özelliği gösteren yani enzimin hem PAS bölgesi hem de aktif yöresi ile etkileşebilen moleküllerin AChE'yi inhibe etmelerinin yanı sıra Aß agregasyonu da inhibe ettiği bulunmuştur. Bu bağlamda aktif ve periferik yöre inhibitörlerinin tedaviye girmesi ile hem kolinerjik transmisyonun arttırılması hem Aß oluşumunun inhibisyonu daha etkili bir yol olarak düşünülebilir. Dual yöre bağlanan AChE inhibitörleri olarak adlandırılan bu bileşikler son zamanlarda anti-Alzheimer ilaç adayları arasında AH'nin seyrini değiştirebilecek potansiyele sahip yeni bir sınıf olarak ortaya çıkmıştır.1,4-dihidropiridin-benzilidenhidrazon türevi bileşikler önceki literatür çalışmalarından bilindiği üzere AChE inhibisyonu yanında Aß fibril oluşumunun inhibisyonu ile fibril yıkımı etkisine sahip anti-Alzheimer aktivite sergilemişlerdir. Bu nedenle çalışmamızda yeni anti-Alzheimer bileşiklerin dizaynı için 1,4-dihidropiridin-benzilidenhidrazon yapısı çekirdek yapı olarak seçilmiştir. Böylelikle 42 adet final bileşiği dizayn edilmiş ve sentezleri gerçekleştirilmiştir.Hedef bileşiklerin sentezi üç basamakta gerçekleştirilmiştir. İlk basamakta 4-kloropiridin HCl ile hidrazinyum hidroksit tepkimeye sokularak 4-hidrazinilpiridin elde edilmiştir. Bu 4-hidrazinilpiridin, nonsübstitüe ve fenil halkasının çeşitli konumlarından sübstitüe benzaldehitlerle (4-metil, 4-metoksi, 4-bromo, 4-nitro, 2,6-dimetil and 2,6-dimetoksi) kondensasyon tepkimesine sokularak benzaldehit-hidrazon yapılarına dönüştürülmüştür. Elde edilen hidrazon yapısındaki ara ürünler farklı alkil halojenürler ile (benzil klorür, 2-fenetil bromür, 3-fenilpropil bromür, 4-fenilbutil bromür, 5-fenilpentil bromür, 2,6-diklorobenzil klorür) tepkimeye tabi tutularak katerner piridinyum bileşikleri sentezlenmiştir. Katerner piridinyum türevi bileşikler NaOH ile muamele edilerek 1,4-dihidropiridin yapısına sahip final bileşiklerine dönüştürülmüşlerdir.Sentezlenen ve saflaştırılan bileşiklerin molekül yapıları UV, IR, 1H NMR, kütle spektrumları ve elementel analiz sonuçları yorumlanarak aydınlatılmıştır.AChE/BuChE üzerindeki inhibitör etkileri modifiye edilmiş Ellman testi ile, fibril oluşumunun inhibisyonu ve fibril yıkımı üzerindeki etkileri ise tiyoflavin T testi ile tayin edilmiştir.Sentezlenen tüm bileşikler değişen oranlarda AChE veya BuChE üzerinde inhibisyon aktivite gösterirken, bazı bileşikler Aß agregasyonu üzerinde değişen değerlerde etkili inhibisyon oluşturmuşlardır. Tüm seri içerisinde E3 kod'lu bileşik hem en iyi AChE inhibisyonu (IC50= 0.09 µ hem de en etkili Aß fibril inhibisyonu (fibril oluşumunun inhibisyonu IC50= 1.6 µ, fibril yıkımı IC50= 2.2 µ) göstermiştir. BuChE enzimine karşı en iyi inhibitör etki gösteren bileşikler ise B6 (IC50= 0.63 µ)ve C6 kod'lu (IC50= 0.64 ) türevler olmuştur.Ayrıca önemli fizikokimyasal parametrelerden biri olan Log P değeri final bileşikleri için MOE 2011.10 (Molecular Operating Environment) programı ile hesaplanmış ve aktiviteyle olan ilişkisi değerlendirilmiştir.Tez kapsamında elde edilen final bileşikler literatürde kayıtlı olmayıp ilk kez bu çalışmada rapor edilmektedir.

Abstract:
Alzheimers Disease (AD) is a neurodegenerative disorder of the central nervous system (CNS) which is the most common cause of dementia in the elderly. It is characterized by the deficits in the cholinergic system and the presence of characteristic hallmarks; neurofibrillary tangles and amyloid plaques. Since the cholinergic system plays an important role in the regulation of learning and memory processes, it became a target for the design of anti-Alzheimer drugs. Cholinesterase (AChE and BuChE) inhibitors enhance cholinergic transmission indirectly by inhibiting the enzyme which hydrolyses ACh. Among the different possible strategies, inhibition of the enzyme responsible for ACh hyrolysis by AChE is the only one effective method which has been proved in treating the cognitive and functional symptoms of AD.The role of AChE is not only the hydrolysis of the neurotransmitter ACh, but also the acceleration of the aggregation of Aß into amyloid fibrils. Recent studies show that AChE and BuChE are mostly located within senile plaques and both seem to be associated with the formation of Aß fibrils. There are some evidences proving that inhibiting BuChE can influence the process of reduction of Aß formation, however, the mechanism of this particular activity has not yet been discovered. Regarding to AChE, it has been determined that the peripheral anionic binding site, located at the entrance of the enzyme, is involved in amyloid formation. AChE interacts with Aß via PAS and forms a stable complex that initiates Aß fibrillogenesis. Within this contex, application of the ligands of catalytic and peripheral active sites can be an effective way of enhancing cholinergic transmission but also inhibiting Aß formation. The so-called dual binding site AChE inhibitors have recently emerged as a new class of anti-Alzheimer drug candidates that may have the potential to positively modify the course of AD.Literature survey indicated that 1,4-dihydropyridine-benzylydenhydrazone derivatives, which inhibit AChE as well as Aß fibril and have fibril destruction potency, exhibited anti-Alzheimer activity. In this study 1,4-dihydropyridine-benzylydenhydrazone scaffold was chosen as a core structure for designing new anti-Alzheimer compounds. For this purpose 42 final compounds were designed and synthesized.The target compounds were prepared by three-step synthesis. In the first step, 4-chloropyridine HCl and hydrazinium hydroxide were reacted to obtain 4-hydazinylpyridine. The 4-hydrazinylpyridine was condensed with nonsubstitued and various substitued aldehydes on phenyl ring (4-methyl, 4-methoxyl, 4-bromo, 4-nitro, 2,6-dimethyl and 2,6-dimethoxy) to convert into benzaldehyde-hydrazone structures. Finally, after the hydrazone intermediates were reacted to different alkyl halides (benzyl chloride, 2-phenylethyl bromide, 3-phenylpropyl bromide, 4-phenylbutyl bromide, 5-phenylpentyl bromide, 2,6- dichlorobenzyl chloride) to obtain quaternary compounds, they were converted to 1,4-dihydropyridine final compounds by treating with sodium hydroxide solution.The title compounds were purified and their structures were identified by UV, IR, 1H NMR, ESI-MS spectroscopic methods and elemental analysis.The inhibitory potency against AChE/BuChE was investigated by a modified colorimetric Ellmans test. The inhibition of fibril building and the destruction of already preformed fibrils were determined by thioflavin T test.Most of the synthesized compounds display inhibition against AChE or BuChE enzymes while some of the compounds show Aß aggregation inhibition with different values. Among the series, compound E3 exhibit the best inhibitory potency against both AChE (IC50= 0.09 µ) and Aß aggregation (fibril building inhibition IC50= 1.6 µ, fibril destruction IC50= 2.2 µ) whereas the most active compound against BuChE is B6 and C6 with 0.63 µ, 0.64 µ IC50 values, respectively.In addition, Log P values of target compounds were also determined by using MOE 2011.10 (Molecular Operating Environment) programme and evaluated for structure-activity relationship.The final compounds obtained in this thesis have been reported for the first time.