The adenosine A 1 and A 2A receptor affinity of a series of 3,4-dihydropyrimidone derivatives | Katsidzira | Suid-Afrikaanse Tydskrif vir Natuurwetenskap en Tegnologie
Home ▶ Vol 36, No 1 (2017) ▶	Katsidzira
Runako M. Katsidzira
Pharmaceutical Chemistry, North-West University, South Africa
Mietha M. van der Walt
Centre of Excellence for Pharmaceutical Sciences, North-West University, South Africa
Jacobus J. Bergh
Katsidzira, R.M., Van der Walt, M.M., Bergh, J.J. & Terre’Blanche, G., 2017, ‘Die adenosien A1- en A2A-reseptoraffiniteit van ’n reeks 3,4-dihidropirimidoon-analoë’, Suid-Afrikaanse Tydskrif vir Natuurwetenskap en Tegnologie, 36(1), a1381. https://doi.org/10.4102/satnt.v36i1.1381
Die adenosien A1- en A2A-reseptoraffiniteit van ’n reeks 3,4-dihidropirimidoon-analoë
Runako M. Katsidzira, Mietha M. van der Walt, Jacobus J. Bergh, Gisella Terre’Blanche
Received: 10 Mar. 2016; Accepted: 01 Aug. 2016; Published: 28 Feb. 2017
Parkinson se siekte is ’n komplekse neurodegeneratiewe siektetoestand. Huidige behandeling van dié siekte is slegs op simptomatiese verligting gemik, sonder dat die siekteverloop vertraag of gestop word. Sedert die ontdekking dat adenosien A1- en A2A-reseptore potensiële geneesmiddelteikens vir die behandeling van Parkinson se siekte is, het verskeie navorsingsgroepe gepoog om adenosienantagoniste te identifiseer. Benewens die bevinding dat adenosien A2A-reseptorantagoniste die motoriese simptome verminder wat met Parkinson se siekte gepaardgaan, is hulle potensieel ook neurobeskermend. Dit is dus moontlik dat verdere neurodegenerasie met sulke middels voorkom kan word. Verder kan die antagonisme van adenosien A1-reseptore die kognitiewe defekte, wat met Parkinson se siekte geassosieer word, moontlik verlig. Dualistiese antagonisme van adenosien A1- en A2A-reseptore kan dus van groot waarde wees, aangesien dit die moontlikheid bied om beide die motoriese sowel as die kognitiewe verswakking van Parkinson se siekte te behandel. Dit is vasgestel dat ’n reeks 1,4-dihidropiridienderivate affiniteit vir die adenosien A1- en A2A-reseptore besit en gegrond op hierdie bevinding, is die struktureelverwante 3,4-dihidropirimidoon-analoë as adenosien A1- en A2A-reseptorantagoniste in hierdie studie ondersoek. Oor die algemeen is gevind dat die 3,4-dihidropirimidoon-analoë swak adenosien A2A-reseptoraffiniteit besit, maar dat hul affiniteit vir die adenosien A1-reseptor meer belowende resultate opgelewer het, met dissosiasiekonstante-waardes in die lae mikromolêre gebied. Die p-bromofeniel-gesubstitueerde dihidropirimidoon (6b) het die beste adenosien A1-reseptoraffiniteit getoon met ’n Ki-waarde van 7.39 μM. Gevolglik kan dié 3,4-dihidropirimidoon-analoog as leidraadverbinding gebruik word vir die ontwikkeling van nuwe adenosien A1-reseptorantagoniste, alhoewel verdere strukturele veranderinge nodig is om die adenosien A2A-affiniteit te verbeter ten einde ’n kliniese lewensvatbare kandidaat vir die behandeling van Parkinson se siekte te verkry.
The adenosine A1 and A2A receptor affinity of a series of 3,4-dihydropyrimidone derivatives. Parkinson’s disease is a complex neurodegenerative condition with current treatment only focussed on symptomatic therapy that does not slow or stop the progression of the disease. Since the discovery that adenosine A1 and A2A receptors are potential drug targets for the therapy of Parkinson’s disease, various research groups have attempted to identify adenosine antagonists. So the possibility exists that the administration of an adenosine A2A receptor antagonist may prevent further neurodegeneration. Furthermore, the antagonism of adenosine A1 receptors has the potential of treating Parkinson’s disease-associated cognitive deficits. Therefore, dual antagonism of adenosine A1 and A2A receptors would be of great benefit since this would potentially treat both the motor as well as the cognitive impairment associated with Parkinson’s disease. Based on the observation that a series of 1,4-dihydropyridine derivatives possess adenosine A1 and A2A receptor affinity, the current study investigated the potential of the structurally related 3,4-dihydropyrimidone analogues as adenosine A1 and A2A receptor antagonists. Overall, the 3,4-dihyropyrimidone analogues were found to possess weak affinity for the adenosine A2A receptor, but more promising adenosine A1 receptor affinity was found, ranging in the low micromolar range. Among the investigated compounds, the p-bromophenyl substituted dihydropyrimidone (6b) possesses the best adenosine A1 receptor affinity with a Ki value of 7.39 μM. In conclusion, this 3,4-dihydropyrimidone derivative can be used as a lead for the design of novel adenosine A1 receptor antagonists, although further structural modifications are required to enhance the adenosine A2A receptor affinity before a clinically viable candidate will be available as potential treatment of Parkinson’s disease.
Parkinson se siekte is ’n progressiewe, neurodegeneratiewe siekte, wat patologies deur ’n merkbare verlies van dopaminergiese neurone van die nigrostriatale senuweebaan gekarakteriseer word (Alexander 2004) en klinies as ’n bewegingsiekte, wat motoriese funksies affekteer, gekenmerk word (Przedborski 2005). Benewens motoriese simptome word Parkinson se siekte ook deur niemotoriese simptome, soos kognitiewe defekte gekenmerk (Chaudhuri et al. 2011).
Die behandeling vir Parkinson se siekte is tans op dopamienvervanging met levodopa (L-dopa), ’n voorloper van dopamien, en dopamienagonis-geneesmiddels gefokus. Alhoewel hierdie strategie effektief is om die vroeë stadiums van die siekte te beheer, word langtermynbehandeling geassosieer met geneesmiddelverwante komplikasies soos verlies van geneesmiddel-effektiwiteit, die aanvang van diskinesie en die voorkoms van psigose en depressie. Benewens die behandeling van motoriese simptome, bied dopamienvervangingsterapie nie verligting van niemotoriese simptome, soos kognitiewe wanfunksie nie (Chaudhuri et al. 2011). Die tekortkominge van dopamienvervangingsterapie het die soeke na alternatiewe geneesmiddelteikens aangewakker. ’n Geneesmiddel wat beide die motoriese en niemotoriese simptome verlig en ook neurobeskermende eienskappe toon, sou die ideale behandeling bied.
Adenosienreseptore speel ’n belangrike rol in verskeie siektetoestande. In die geval van Parkinson se siekte is die adenosien A1- en A2A-reseptorsubtipes as belowende geneesmiddelteikens geïdentifiseer. Antagonisme van die adenosien A2A-reseptor kan moontlik van terapeutiese waarde wees as ’n simptomatiese motoriese behandelingstrategie (Moro et al. 2006). Hierbenewens kan adenosien A2A-antagoniste ook neurobeskermend wees deur die progressie van Parkinson se siekte te vertraag, beskerming te bied teen die onderliggende neurodegeneratiewe prosesse en die ontwikkeling van diskinesie te voorkom, wat normaalweg met L-dopa-gebruik op die lang termyn gepaardgaan (Ikeda et al. 2002; Kalda et al. 2006). Na aanleiding van laasgenoemde, bied adenosien A2A-antagoniste ’n belowende geneesmiddelbehandeling wat saam met dopamienvervangingsterapie gebruik kan word.
Bewyse uit epidemiologiese studies dui op ’n beduidende verwantskap tussen die inname van koffie en ’n verlaagde risiko van Parkinson se siekte binne verskeie bevolkingsgroepe (Gale & Martyn 2003). Boonop is daar opgemerk dat pasiënte met Parkinson se siekte, wat gereeld koffie drink, minder kenmerkende simptome toon, gemeet teenoor diegene met Parkinson se siekte wat nie koffie drink nie (Ross et al. 2000; Ascherio et al. 2001). Kafeïen kom natuurlik voor in koffie en word geklassifiseer as ’n nieselektiewe antagonis van die adenosien A1- en A2A-reseptore (Ferre et al. 2008). Die kognitiewe effekte van kafeïen kan merendeels toegeskryf word aan sy vermoë om adenosien A1-reseptore in die hippokampus en prefrontale korteks van die brein te antagoniseer (Ribeiro & Sebastião 2010). Hierdie breinareas word normaalweg met kognitiewe funksies geassosieer (Maemoto et al. 2004). Adenosien A1-antagoniste depolariseer neurone wat postsinapties voorkom en verhoog die presinaptiese vrystelling van ’n aantal neurotransmitters soos asetielcholien, glutamaat, serotonien en norepinefrien. Om dié rede kan adenosien A1-antagoniste gebruik word by die behandeling van kognitiewe defekte soos waargeneem in die geval van Parkinson se siekte en Alzheimer se siekte. Die motoriese effekte wat deur kafeïen uitgeoefen word, kan nie slegs aan adenosien A2A-antagonisme toegeskryf word nie en die rol van adenosien A1-reseptore in dié verband moet nie buite rekening gelaat word nie (Jacobson et al. 1993). Navorsing het ook aangetoon dat die dualistiese antagonisme van adenosien A1- en A2A-reseptore tot ’n sinergistiese motoriese effek lei (Nikodijevic et al. 1991). Afgesien van die verligting van motoriese effekte kan gelyktydige blokkering van adenosien A1- en A2A-reseptore ook verligting vir niemotoriese simptome (kognitief) bied, via adenosien A1-antagonisme en neurobeskerming deur adenosien A2A-antagonisme.
1,4-Dihidropiridienderivate (1,4-DHP) is as aktiewe L-tipe kalsiumkanaalremmers en -aktiveerders ontwikkel. Party van hierdie kalsiumkanaalblokkeerders word vir die behandeling van hipertensie en koronêre hartsiektes gebruik (Borchard 1994). Strukturele veranderings aan 1,4-DHP het tot aktiwiteit van hierdie verbindings vir ander geneesmiddelteikens gelei, byvoorbeeld binding aan α1a-adrenergiese reseptore en plaatjiegeaktiveerde faktorreseptore (Wetzel et al. 1995; Sunkel et al. 1990). Daarbenewens besit verskeie dihidropiridienderivate ook affiniteit vir adenosien A1-reseptore in die rotbrein (Fredholm, Hu & Lindgren 1986; Hu et al. 1987). Nifedipien (Figuur 1a) en felodipien (Figuur 1b) is twee dihidropiridien-kalsiumkanaalantagoniste met dissosiasiekonstante-waardes (Ki-waardes) van 4.2 μM en 8.7 μM respektiewelik vir die adenosien A1-reseptor (Hu et al. 1987). Verskeie dihidropiridienderivate is voorheen deur Van Rhee en medewerkers (1996) gesintetiseer en daar is gevind dat hierdie verbindings affiniteit toon vir die adenosien A1-, A2A- en A3-reseptore in rotbreine. Laasgenoemde studie het aangetoon dat die para-gesubstituteerde metoksiederivaat (Figuur 1c) die beste adenosien A1-affiniteit besit (A1Ki = 2.75 μM), dat die ongesubstitueerde 4-fenielverbinding (Figuur 1d) die hoogste adenosien A2A-affiniteit besit (A2AKi = 2.74 μM) en dat die 4-trans-sterielderivaat (Figuur 1e) ’n ideale leidraadverbinding vir adenosien A3-affiniteit is (A3Ki = 0.67 μM) (Figuur 1). Na aanleiding van die bevindinge dat 1,4-DHP affiniteit vir adenosienreseptore toon, het die huidige studie ’n reeks struktureelverwante 3,4-dihydropirimidoon-analoë as potensiële adenosien A1 en A2A antagoniste ondersoek (Figuur 2).
FIGUUR 1: Die chemiese strukture van nifedipien (a), felodipien (b) en die 1,4-dihidropiridien-analoë (c), (d) en (e).
FIGUUR 2: Die strukturele verwantskap tussen (a) die 1,4-dihidropiridien-analoë en (b) die 3,4-dihidropirimidoon-analoë.
’n Biginelli-eenpotsintese is gebruik om die teikenstrukture (6a-i) onder oplosmiddelvrye kondisies te berei (Kadre et al. 2012). In kort, ’n mengsel van β-diketoon (10 mmol), aldehied (10 mmol), urea (10 mmol) en tetra-butiel-ammoniumbromied (TBAB; 0.05 g, 1.5 M) is vir ’n geskikte tyd by 80–100 °C onder refluks gekook. Die reaksie is deur middel van dunlaag-chromatografie gemoniteer. Nadat die reaksie volledig verloop het, is die produk gefiltreer en gewas met water (3 mL x 10 mL) om van die TBAB ontslae te raak. Daarna is die produk vanuit etanol gerekristalliseer om die gewenste 3,4-dihidropirimidoon-analoë, met ’n goeie opbrengs, te verkry, (Figuur 3). Elke gesintetiseerde teikenverbinding se struktuur is deur 1H KMR, 13C KMR en massaspektrometrie geverifieer. Die strukture is ook bevestig deur die KMR-data met ooreenstemmende literatuurdata te vergelyk (Kadre et al. 2012; Heravi, Derikvand & Bamoharram 2005; Kalita & Phukan 2007; Ma et al. 2000).
FIGUUR 3: Die sinteseroete om die gewenste 3,4-dihidropirimidoon-analoë (6a-i) te berei. Reagense en eksperimentele kondisies: a, TBAB refluks teen 80°C – 100°C.
Die affiniteit van die 3,4-dihidropirimidoon-analoë (6a-i) vir die adenosien A1- en A2A-reseptorsubtipes is bepaal deur gebruik te maak van ’n radioligandbindingsprotokol wat voorheen in die literatuur beskryf is (Van der Walt et al. 2015). Die verplasing van 1,3-[3H]-dipropiel-8-siklopentielxantien ([3H]DPCPX), vanuit rot-volbreinmembrane en N-[3H]etieladenosien-5’-uronamied ([3H]NECA), vanuit striatale rotmembrane, is gemeet om onderskeidelik die adenosien A1- en A2A-bindingsaffiniteit te bepaal. Die resultate word as Ki-waardes weergegee wat uitgedruk word as die gemiddeld ± standaardafwyking (SD) en is in Tabel 1 gedokumenteer.
TABEL 1: Die dissosiasiekonstante-waardes (Ki-waardes), aan rot-adenosien A1- en A2A-reseptore, vir die teikenverbindings (6a-i) en verwysingstandaarde (DPCPX en CPA).
Funksionele karakterisering van verbinding 6b en twee verwysingsverbindings, DPCPX en CPA, is deur middel van ’n GTP-verskuiwingstoets gedoen. Die GTP-verskuiwingstoets is in triplikaat met kortikale rotmembrane uitgevoer, soos voorheen beskryf (Van der Walt & Terre’Blanche 2015). Die affiniteite is met 0.4 nM [3H]DPCPX, as radioligand, in die afwesigheid en teenwoordigheid van 0.1 mM guanosientrifosfaat (GTP) bepaal. ’n Opsomming van die resultate word in Tabel 2 gegee.
TABEL 2: Die affiniteite (Ki-waardes met rot-adenosien A1-reseptore in die afwesigheid en teenwoordigheid van GTP) en GTP-verskuiwings van verbinding 6b, CPA (A1-agonis) en DPCPX (A1 -antagonis).
Al die kommersieel beskikbare chemikalieë is vanaf Sigma-Aldrich aangeskaf en is sonder verdere suiwering gebruik. Smeltpunte is met ’n Buchi M-545-smeltpuntapparaat bepaal. Kernmagnetieseresonansspektrometrie (KMR): Die proton (1H) en koolstof- (13C) KMR-spektra is met ’n Bruker Avance III 600-spektrometer bepaal. Die chemiese verskuiwings is in dele per miljoen (δ) weergegee, met tetrametielsilaan (TMS) as interne standaard. Koppelingskonstantes (J waarde) word in hertz (Hz) aangetoon. Spinkoppeling word soos volg aangedui: s (singulet), d (doeblet), t (triplet), q (kwartet) of m (multiplet). Hoëresolusie-massaspektrometrie (HRMS) is met ’n Bruker micrOTOF-Q II-massaspektrometer by atmosferiese druk, met chemiese ionisasie (APCI) bepaal.
6a: Opbrengs 87%: smeltpunt 205.8 °C – 206.6 °C (etanol). 1H KMR (Bruker Avance III 600, DMSO-d6) δ 1.08 (t, 3H, J = 7.15 Hz), 2.24 (s, 3H), 3.97 (q, 2H, J = 7.15 Hz ), 5.13 (d, 1H, J = 3.39 Hz), 7.22-7.31 (m, 5H), 7.74 (s, 1H), 9.19 (s, 1H). 13C KMR (Bruker Avance III 600, DMSO-d6) δ 14.1, 17.8, 54.0, 59.2, 99.3, 126.3, 127.3, 128.4, 144.9, 148.4, 152.2, 165.3; APCI-HRMS m/z: bereken vir C14H17N2O3, 261.1234, gevind (MH+) 261.1229.
6b: Opbrengs 90%: smeltpunt 222.9 °C – 223.2 °C (etanol). 1H KMR (Bruker Avance III 600, DMSO-d6) δ 1.08 (t, 3H, J = 7.15 Hz), 2.23 (s, 3H), 3.97 (q, 2H, J = 7.15), 5.11 (d, 1H, J = 3.39 Hz), 7.17 (d, 2H, J = 8.66 Hz), 7.52 (d, 2H, J = 8.66 Hz), 7.77 (s, 1H), 9.24 (s, 1H). 13C KMR (Bruker Avance III 600, DMSO-d6) δ 14.1, 17.8, 53.5, 59.3, 98.7, 120.3, 128.6, 131.3, 144.2, 148.8, 151.9, 165.2; APCI-HRMS m/z: bereken vir C14H16BrN2O3, 339.0339, gevind (MH+) 339.0299.
6c: Opbrengs 95%: smeltpunt 215.1 °C – 216.2 °C (etanol). 1H KMR (Bruker Avance III 600, DMSO-d6) δ 1.08 (t, 3H, J = 7.15 Hz), 2.23 (s, 3H), 3.96 (q, 2H, J = 7.15 Hz), 5.13 (d, 1H, J = 3.39 Hz), 7.23 (d, 2H, J = 8.28 Hz), 7.38 (d, 2H, J = 8.28 Hz), 7.76 (s, 1H), 9.23 (s, 1H). 13C KMR (Bruker Avance III 600, DMSO-d6) δ 14.1, 17.9, 53.5, 59.4, 98.9, 128.3, 128.5, 131.9, 143.8, 148.8, 152.0, 165.3; APCI-HRMS m/z: bereken vir C14H16ClN2O3, 295.0844, gevind (MH+) 295.0836.
6d: Opbrengs 94%: smeltpunt 205.3 °C – 206.4 °C (etanol). 1H KMR (Bruker Avance III 600, DMSO-d6) δ 1.09 (t, 3H, J = 7.15), 2.23 (s, 3H), 3.70 (s,3H), 3.96 (q, 2H, J = 7.15), 5.08 (d, 1H, J = 3.39 Hz), 6.86 (d, 2H, J = 8.66 Hz), 7.13 (d, 2H, J = 8.66 Hz), 7.66 (s, 1H), 9.14 (s, 1H). 13C KMR (Bruker Avance III 600, DMSO-d6) δ 14.1, 17.8, 53.3, 55.1, 59.2, 99.6, 113.7, 127.4, 137.1, 148.0, 152.2, 158.5, 165.4; APCI-HRMS m/z: bereken vir C15H19N2O4, 291.1339, gevind (MH+) 291.1331.
6e: Opbrengs 93%: smeltpunt 216.3 °C – 216.9 °C (etanol). 1H KMR (Bruker Avance III 600, DMSO-d6) δ 1.08 (t, 3H, J = 7.15 Hz), 2.22 (s, 3H), 2.24 (s, 3H), 3.96 (q, 2H, J = 7.15 Hz), 5.09 (d, 1H, J = 3.39 Hz), 7.10 (s, 4H), 7.68 (s, 1H), 9.14 (s, 1H). 13C KMR (Bruker Avance III 600, DMSO-d6) δ 14.2, 17.8, 20.7, 53.7, 59.3, 99.5, 126.2, 129.0, 136.5, 142.0, 148.2, 152.3, 165.4; APCI-HRMS m/z: bereken vir C15H19N2O3, 275.1390, gevind (MH+) 275.1381.
6f: Opbrengs 92%: smeltpunt 206.9 °C – 209.6 °C (etanol). 1H KMR (Bruker Avance III 600, DMSO-d6) δ 1.08 (t, 3H, J = 7.15 Hz), 2.25 (s, 3H), 3.97 (q, 2H, J = 7.15 Hz), 5.26 (d, 1H, J = 3.39 Hz), 7.49 (d, 2H, J = 8.66 Hz), 7.89 (s, 1H), 8.21 (d, 2H, J = 8.66 Hz), 9.35 (s, 1H). 13C KMR (Bruker Avance III 600, DMSO-d6) δ 14.1, 17.9, 53.7, 59.4, 98.2, 123.9, 127.7, 146.7, 149.4, 151.8, 152.0, 165.1; APCI-HRMS m/z: bereken vir C14H16N3O5, 306.1084, gevind (MH+) 306.1078.
6g: Opbrengs 90%: smeltpunt 232.7 °C – 234.2 °C (etanol). 1H KMR (Bruker Avance III 600, DMSO-d6) δ 1.08 (t, 3H J = 7.15 Hz), 2.21 (s, 3H), 3.96 (q, 2H, J = 7.15), 5.02 (d, 1H, J = 3.01 Hz), 6.67 (d, 2H, J = 8.66 Hz), 7.0 (d, 2H, J = 8.66 Hz), 7.61 (s, 1H), 9.10 (s, 1H), 9.36 (s, 1H). 13C KMR (Bruker Avance III 600, DMSO-d6) δ 14.2, 17.8, 53.5, 59.2, 99.8, 115.1, 127.5, 135.5, 147.8, 152.3, 156.6, 165.5; APCI-HRMS m/z: bereken vir C14H17N2O4, 277.1183, gevind (MH+) 277.1172.
6h: Opbrengs 91%: smeltpunt 182.2 °C – 183.2 °C (etanol). 1H KMR (Bruker Avance III 600, DMSO-d6) δ 1.07 (t, 3H, J = 7.15 Hz), 2.24 (s, 3H), 3.95 – 3.98 (m, 2H), 5.13 (d, 1H, J = 3.01 Hz), 7.14 (t, 2H), 7.24 - 7.26 (m, 2H), 7.74 (s, 1H), 9.22 (s, 1H). 13C KMR (Bruker Avance III 600, DMSO-d6) δ 14.1, 17.8, 53.3, 59.2, 99.1, 115.1, 115.2, 128.2, 128.3, 141.1, 148.5, 152.0, 160.5, 162.1, 165.3; APCI-HRMS m/z: bereken vir C14H16FN2O3, 279.1139, gevind (MH+) 279.1129.
6i: Opbrengs 92%: smeltpunt 179.0 °C – 180.9°C (etanol). 1H KMR (Bruker Avance III 600, DMSO-d6) δ 1.07 (t, 3H, J = 7.15), 2.25 (s, 3H), 3.96–3.99 (m, 2H), 5.22 (d, 1H, J = 3.39 Hz), 7.44 (d, 2H, J = 8.28 Hz), 7.70 (d, 2H, J = 8.28 Hz), 7.84 (s, 1H), 9.30 (s, 1H). 13C KMR (Bruker Avance III 600, DMSO-d6) δ 14.1, 17.9, 53.8, 59.4, 98.6, 123.4, 125.2, 125.5, 127.2, 127.9, 128.1, 149.1, 149.3, 151.9, 165.2, 165.2; APCI-HRMS m/z: bereken vir C15H16F3N2O3, 329.1108, gevind (MH+) 329.1090.
Adenosien A1- en A2A-reseptoraffiniteit
Oor die algemeen is gevind dat die teikenverbindings (6a-i) beter affiniteit vir die adenosien A1-subtipe as vir die adenosien A2A-subtipe getoon het (Tabel 1). Ses van die 3,4-dihidropirimidoon-analoë het Ki-waardes kleiner as 20 μM getoon. Die orde van adenosien A1-affiniteit was soos volg: 6b>6d>6a>6h>6c>6e>6i>6f>6g. Verbindings 6b (4-Br) en 6d (4-OCH3) het onderskeidelik Ki-waardes van 7.39 μM en 8.53 μM getoon en het as die twee verbindings met die beste A1-affiniteit na vore getree. Soos reeds genoem, het die studie deur Van Rhee en medewerkers (1996) die 1,4-DHP-derivaat (Figuur 1c) (A1Ki = 2.75 μM), as die verbinding met beste adenosien A1-reseptoraffiniteit geïdentifiseer. Deur die 3,4-dihidropirimidoon-analoog (6d, AlKi = 8.53 μM) te vergelyk met verbinding (Figuur 1c) (A1Ki = 2.75 μM), waar beide ‘n 4-OCH3-substitusie op die fenielring bevat, is slegs ’n tweevoudige verlaging in adenosien A1-affiniteit waargeneem.
Van die nege gesintetiseerde 3,4-dihidropirimidoon-analoë, het slegs vier verbindings affiniteit vir die adenosien A2A-reseptor getoon. Verbinding 6h, met ’n 4-F substitusie op die fenielring, is as die verbinding met die beste adenosien A2A-reseptoraffiniteit geïdentifiseer (A2A Ki = 28.71 μM) onder die teikenverbindings (6a-i). Naas 6h, het verbinding 6a, met ‘n ongesubstitueerde fenielring, die tweede hoogste affiniteit vir die adenosien A2A-subtipe (A2A Ki = 94.72 μM) getoon. Die 3,4-dihidropirimidoon-analoog 6a het ‘n 10-voudige verlaging getoon in adenosien A2A-affiniteit in vergelyking met die 1,4-DHP-derivaat 4 (A2A Ki = 2.74 μM).
Dit is verwag dat die 3,4-dihidropiri midoon-analoë 6d en 6h ‘n hoër affiniteit as die dihidropiridienderivate (1,4-DHP-analoë) (Figuur 1c en d), vir die adenosien A1- en A2A-reseptore sou toon. Hierdie verhoging is verwag aangesien ’n ondersoek van ’n reeks piridien- en pirimidienderivate, deur Gillepsie en medewerkers (2009), getoon het dat ’n vermeerdering van stikstofatome in die heterosikliese ring (van piridien na pirimidien) ’n verhoging van adenosien A1- en A2A-affiniteit teweegbring. Die resultate van laasgenoemde studie het ook aangedui dat die teenwoordigheid van twee stikstofatome in die ring (pirimidienderivate) optimale adenosien A1- en A2A-affiniteit bewerkstellig. In teenstelling met hierdie verwagting, het die 3,4-dihidropirimidoon-analoë, wat twee stikstofatome in die heterosikliese ring bevat, nie ‘n verhoging in adenosien A1- of A2A-reseptoraffiniteit getoon teenoor die dihidropiridien-analoë wat slegs een stikstof in die heterosikliese ring bevat nie.
Die verlaging in adenosien A2A-affiniteit kan toegeskryf word aan die afwesigheid van ’n aromatiese, heterosikliese ring. Die aminosuur, Phe-168, speel ’n belangrike rol in die adenosien A2A-reseptorbindingsetel, waar dit gewoonlik aromatiese π-π-stapelingsinteraksies met die aromatiese heterosikliese ringstelsels van bekende agoniste en antagoniste vorm (Jaakola et al. 2010). Aangesien die dihidropirimidoonring, in die teikenverbindings (6a-i), nie aromaties is nie, is die vorming van aromatiese π-π-stapelingsinteraksies met Phe-168 hoogs onwaarskynlik. Die 3,4-dihidropirimidoon-analoë se adenosien A2A-affiniteit kan moontlik verhoog word deur die dihidropirimidoonring te vervang met ‘n planêre aromatiese pirimidienring wat π-π-stapelingsinteraksies met Phe-168 kan ondergaan. ‘n Soortgelyke tendens is ook waargeneem waar ‘n planêre konformasie deur nie-xantienderivate verbeterde adenosien A1-affiniteit opgelewer het, maar geen verbetering in adenosien A2A-affiniteit bewerkstellig het nie (Siddiqi et al. 1996).
Verdere studies deur Jiang en medewerkers (1996) het ook aangedui dat piridienderivate, wat ‘n meer planêre konformasie besit, affiniteit verloor vir die adenosien A3-subtipe, maar dat affiniteit vir die adenosien A1-reseptor verhoog. Om hierdie rede kan verdere studies die 3,4-dihidropirimidoon-analoë (6a-i), wat ‘n meer nieplanêre konformasie besit, moontlik ondersoek vir adenosien A3-affiniteit.
Funksionele karakterisering van verbinding 6b
‘n GTP-verskuiwing van ongeveer 1 dui op die teenwoordigheid van ‘n antagonis en ‘n groter GTP-verskuiwing is ‘n indikasie van ‘n agonis. ‘n Vol agonis besit ‘n groter berekende GTP-verskuiwing as ‘n gedeeltelike agonis (Gütshow et al. 2012). Vir die verwysingsverbindings, DPCPX en CPA, is ‘n berekende GTP-verskuiwing van 1 en 14 respektiewelik verkry soos verwag van ‘n antagonis en agonis, (Tabel 2, Figuur 4). Die verbinding met die hoogste affiniteit (6b), is ook getoets om te bepaal of die verbinding as ’n adenosien A1-agonis of -antagonis optree. Die resultate het getoon dat verbinding 6b as ’n antagonis optree, aangesien die berekende GTP-verskuiwing ongeveer 1 was. Hieruit kan afgelei word dat die gesintetiseerde 3,4-dihidropirimidoon-analoë moontlik as adenosien A1-antagoniste optree.
FIGUUR 4: (a) Die bindingskurwe vir CPA, ’n adenosien A1-agonis, met ’n berekende GTP-verskuiwing van ongeveer 14; (b) Die bindingskurwe vir DPCPX, ’n adenosien A1-antagonis, met ’n berekende GTP-verskuiwing van ongeveer 1; (c) Die bindingskurwe vir 6b met ’n berekende GTP-verskuiwing van ongeveer 1 wat daarop dui dat 6b optree as ’n adenosien A1-reseptor antagonis.
Oor die algemeen is gevind dat die 3,4-dihidropirimodoon-analoë meer selektief is vir die adenosien A1-reseptor as vir die adenosien A2A-reseptor. Die resultate het ook daarop gedui dat die 3,4-dihidropirimidoon-analoë moontlik as adenosien A1-reseptorantagoniste optree. Onder die teikenverbindings (6a-i) is gevind dat 6b (A1Ki = 7.39 μM) en 6d (A1Ki = 8.53 μM) se adenosien A1-affiniteit van dieselfde orde is as dié van die leidraadverbinding, felodipien (Figuur 1b) (A1Ki = 8.7 μM). Alhoewel die dihidropirimidoonderivate (6a-i) oor die algemeen swakker affiniteit getoon het in vergelyking met vorige gepubliseerde dihidropiridienderivate, is die adenosien A1-affiniteit van 6b en 6d onderskeidelik steeds ongeveer sewe en ses keer beter as die eerste generasie xantienderivaat, kafeïen (A1Ki = 55 μM) (Daly et al. 1985). Verder het verbindings 6a, 6c, 6e en 6h ook ’n verbeterde adenosien A1-affiniteit in vergelyking met kafeïen getoon. Verbinding 6h (A2AKi = 28.71 μM) is as die beste adenosien A2A-reseptorantagonis geïdentifiseer. Hierdie verbinding se adenosien A2A-affiniteit was ook beter as dié van kafeïen (A2AKi = 50 μM) (Daly et al. 1985).
Daar kan dus tot die gevolgtrekking gekom word dat die 3,4-dihidropirimidoon-kernstruktuur as leidraadverbindings vir die ontwikkeling van nuwe adenosien A1- en A2A-antagoniste gebruik kan word, alhoewel verdere strukturele veranderinge nodig is om die affiniteit te verbeter ten einde ’n kliniese, lewensvatbare kandidaat vir die behandeling van Parkinson se siekte te verkry.
Ons bedank graag vir dr. Arina Lourens vir haar waardevolle bydrae. Die KMR- en MS-data is deur mnr. A. Joubert en dr. J. Jordaan onderskeidelik, van die SASOL Sentrum vir Chemie, Noordwes-Universiteit opgeneem. Hierdie studie is gedeeltelik deur die Suid-Afrikaanse Akademie vir Wetenskap en Kuns, asook deur die Mediese Navorsingsraad (MRC) van Suid-Afrika en die Nasionale Navorsingstigting (NNS) gefinansier. Die beurshouers erken hiermee dat die opinies, resultate en gevolgtrekkings of aanbevelings wat gemaak is in die artikel, slegs dié van die outeurs weerspieël en dat die Suid-Afrikaanse Akademie vir Wetenskap en Kuns, MRC asook die NNS, nie vir die inhoud verantwoordelik gehou kan word nie.
Die outeurs verklaar dat hulle geen finansiële of persoonlike verhouding het wat hulle op ’n voordelige of nadelige wyse in die skryf van die artikel beïnvloed het nie.
G.T. was die projekleier. Die sintese van die toetsverbindings is deur R.M.K. uitgevoer, terwyl M.M.v.d.W. dié verbindings biologies vir adenosienaffiniteit geëvalueer het en die funksionele karakterisering van 6b uitgevoer het. Die interpretasie van die 1H KMR-, 13C KMR- en massaspektrometrie (MS) is deur R.M.K. en G.T. gedoen, terwyl G.T., J.J.B. en M.M.v.d.W. die biologiese resultate geïnterpreteer het. G.T., J.J.B. en M.M.v.d.W. het die artikel geskryf.
Alexander, G.E., 2004, ‘Biology of Parkinson’s disease: Pathogenesis and pathophysiology of a multisystem neurodegenerative disorder’, Dialogues in Clinical Neuroscience 6(3), 259–280.
Ascherio, A., Zhang, S.M., Hernan, M.A., Kawachi, I., Colditz, G.A., Speizer, F.E. et al., 2001, ‘To sip or not to sip: The potential health risks and benefits of coffee drinking’, Annals of Neurology 50, 56–53.
Borchard, U., 1994, ‘Calcium antagonists in comparison: View of the pharmacologist’, Journal of Cardiovascular Pharmacology 24, S85–S91.
Bruns, R., Fergus, J.H., Badger, E.W., Bristol, J.A., Santay, L.A., Hartman, et al., 1987, ‘Binding of the A1 Selective adenosine antagonist 8-cyclopentyl-1,3-dipropylxanthine to the rat brain membrane’, Naunyn-Schmiedeberg’s Archives of Pharmacology 335, 59–63.
Chaudhuri, K.R., Odin, P., Antonini, A. & Martinez-Martin, P., 2011, ‘Parkinson’s disease: The non-motor issues’, Parkinsonism & Related Disorders 17(10), 717–723.
Daly, J.W., Padgett, W., Shamim, M.T., Butts-Lamb, P. & Waters, J., 1985, ‘1,3-Dialkyl-8-(p-sulfophenyl)xanthines: Potent water-soluble antagonists for A1- and A2-adenosine receptors’, Journal of Medicinal Chemistry 28, 487492.
Ferre, S., Ciruela, F., Borycz, J., Solinas, M., Quarta, D., Antoniou, K., et al., 2008, ‘Adenosine A1-A2A receptor heteromers: New targets for caffeine in the brain’, Frontiers in Bioscience 13, 2391–2399.
Fredholm, B.B., Hu, P.S. & Lindgren, E., 1986, ‘The dihydropyridine calcium-channel agonist BayK 8644 inhibits the presynaptic effects of R-phenylisopropyl adenosine in the rat hippocampus’, Acta Physiologica Scandinavica, 128, 659–60.
Gale, C. & Martyn, C., 2003, ‘Tobacco, coffee and Parkison’s disease’, British Medical Journal 326, 561–562.
Gillespie, R.J., Bamford, S.J., Clay, A., Gaur, S., Haymes, T., Jackson, P.S., et al., 2009, ‘Antagonists of the human A2A receptor. Part 6. Further optimization of pyrimidine-4-carboxamides’, Bioorganic and Medicinal Chemistry 17, 6590–6605.
Gütschow, M., Schlenk, M., Gab, J., Paskaleva, M., Wessam Alnouri, M., Scolari, S., et al., 2012, ‘Benzothiazinones: A novel class of adenosine receptor antagonists structurally unrelated to xanthine and adenine derivatives’, Journal of Medicinal Chemistry 55, 3331–3341.
Heravi, M.M., Derikvand, F. & Bamoharram, F.F., 2005, ‘A catalytic method for synthesis of Biginelli-type 3,4-dihydropyrimidin-2 (1H)-one using 12-tungstophosphoric acid’, Journal of Molecular Catalysis A 242(1–2), 173–175.
Hu, P.S., Lindgren, E., Jacobson, K.S. & Fredholm, B.B., 1987, ‘Interaction of dihydropyridine calcium channel agonists with adenosine receptors’, Pharmacology & Toxicology 61, 121–125.
Ikeda, K., Kurokawa, M., Aoyama, S. & Kuwana, Y., 2002, ‘Neuroprotection by adenosine A2A receptor blockade in experimental models of Parkinson’s disease’, Journal of Neurochemistry 80, 262–270.
Jaakola, V.P., Lane, J.R., Lin, J.Y., Katritch, V., Ijzerman, A.P. & Stevens, R.C., 2010, ‘Ligand binding and subtype selectivity of the human A2A adenosine receptor: Identification and characterization of essential amino acid residues’, The Journal of Biological Chemistry 285, 13032–13044.
Jacobson, K.A., Nikodijevic, O., Padgett, W.L., Gallo-Rodriguez, C., Maillard, M. & Daly, J.W., 1993, ‘8-(3-Chlorostyryl)caffeine (CSC) is a selective A2-adenosine antagonist in vitro and in vivo’, FEBS Letters 323, 141–144.
Jiang, J., Van Rhee, A.M., Melman, N., Ji, X. & Jacobson, K.A., 1996, ‘6-Phenyl-1,4-dihydropyridine derivatives as potent and selective A3 adenosine receptor antagonists’, Journal of Medicinal Chemistry 39, 4667–4675.
Kadre, T., Jetti, S.R., Bhatewara, A., Paliwal, P. & Jain, S., 2012, ‘Green protocol for the synthesis of 3, 4-dihydropyrimidin-2(1H)-ones/thiones using TBAB as a catalyst and solvent free condition under microwave irradiation’, Archives of Applied Science Research 4, 988–993.
Kalda, A., Yu, l., Oztas, E. & Chen, J.F., 2006, ‘Novel neuroprotection by caffeine and adenosine A2A receptor antagonists in animal models of Parkinson’s disease’, Journal of the Neurological Sciences 248, 9–15.
Kalita, H.R. & Phukan, P., 2007, ‘CuI as reusable catalyst for the Biginelli reaction’, Catalysis Communications 8, 179–182.
Lohse, M.J., Kolts, K.N., Lindenborn-Fotinos, J., Reddington, M., Schwabe, U. & Olsson, R.A., 1987, ‘8-Cyclopentyl-1,3-dipropylxanthine (DPCPX) – A selective high affinity antagonist radioligand for A1 adenosine receptors’, Naunyn-Schmiedeberg’s Archives of Pharmacology 336, 204–210.
Ma, Y., Qian, C., Wang, L. & Yang, M., 2000, ‘Lanthanide triflate catalyzed Biginelli reaction. One-pot synthesis of dihydropyrimidinones under solvent-free conditions’, The Journal of Organic Chemistry 65(12), 3864–8.
Maemoto, T., Tada, M., Mihara, T., Ueyama, N., Matsuoka, H., Harada, K., et al., 2004, ‘Pharmacological characterization of FR194921, a new potent, selective, and orally active antagonist for central adenosine A1 receptors’, Journal of Pharmacological Sciences 96, 42–52.
Moro, S., Gao, Z.G., Jacobson, K.A. & Spalluto, G., 2006, ‘Progress in the pursuit of therapeutic adensone receptor antagonists’, Medicinal Research Reviews 26, 131–159.
Nikodijevic, O., Sarges, R., Daly, J.W. & Jacobson, K.A, 1991, ‘Behavioral effects of A1- and A2-selective adenosine agonists and antagonists: Evidence for synergism and antagonism’, The Journal of Pharmacology and Experimental Therapeuticas 259, 286–294.
Ongini, E., Dionisotti, S., Gessi, S., Irenius, E. & Fredholm, B.B., 1999, ‘Comparison of CGS 15943, ZM 241385 and SCH 58261 as antagonists at human adenosine receptors’, Naunyn-Schmiedeberg’s Archives of Pharmacology 359, 7–10.
Przedborski, S., 2005, ‘Pathogenesis and nigral cell death in Parkinson’s disease’, Parkinsonism and Related Disorders 11, S3–S7.
Ribeiro, J.A. & Sebastião, A.M., 2010, ‘Caffeine and adenosine’, Journal of Alzheimer’s Disease 20, S3–S15.
Ross, G.W., Abbott, R.D., Petrovitch, H., Morens, D.M., Grandinetti, A., Tung, K.H., et al., 2000, ‘Association of coffee and caffeine intake with the risk of Parkinson’s disease’, Journal of the American Medical Association 283, 2674–2679.
Siddiqi, S.M., Ji, X.D., Melman, N., Olah, M.E., Jain, R., Evans, P., et al., 1996, ‘Survey of non-xanthine derivatives as adenosine receptor ligands’, Nucleosides and Nucleotides 15, 693–718.
Sunkel, C.E., De Casa-Juana, M.F., Santos, L., Gomez, M.M., Villarroya, M., Gonzalez-Morales, M.A., et al., 1990, ‘4-Alkyl-1,4-dihydropyridines derivatives as specific PAFacether antagonists’, Journal of Medicinal Chemistry 33, 3205–3210.
Van der Walt, M.M. & Terre’Blanche, G., 2015, ‘1,3,7-Triethyl-substitued xanthines – possess nanomalar affinity for the adenosine A1 receptor’, Bioorganic and Medicinal Chemistry 23(20), 6641–6649.
Van der Walt, M.M., Terre’Blanche, G., Petzer, A. & Petzer, J.P., 2015, ‘The adenosine receptor affinities and monoamine oxidase B inhibitory properties of sulfanylphthalimide analogues’, Bioorganic Chemistry 59, 117–123.
Van Rhee, A.M., Jiang, J.L., Melman, N., Olah, M.E., Stiles, G.L. & Jacobson, K.A., 1996, ‘Interaction of 1,4-dihydropyridine and pyridine derivatives with adenosine receptors: A selectivity for A3 receptors’, Journal of Medicinal Chemistry 39, 2980–2989.
Wetzel, J.M., Miao, S.W., Forray, C., Borden, L.A., Branchek, T.A. & Gluchowski, C., 1995, ‘Discovery of alpha 1α-adrenergic receptor antagonists based on the L-type Ca2+ channel antagonist niguldipine’, Journal of Medicinal Chemistry 38, 1579–1581.