| License: Creative Commons Attribution 4.0 (35MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-407038
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.40703
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 1 July 2020 |
| Referee: | Prof. Dr. Günther Bernhardt |
| Date of exam: | 30 August 2019 |
| Institutions: | Chemistry and Pharmacy > Institute of Pharmacy > Pharmaceutical/Medicinal Chemistry II (Prof. Buschauer) |
| Keywords: | Histamin H₂ Rezeptor, Synthese, pharmakologische Charakterisierung, Radioliganden, Fluoreszenzliganden, Carbamoylguanidine |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 500 Natural sciences & mathematics |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 40703 |
Abstract (English)
The H₂R is one of four receptor subtypes which mediate the action of the biogenic amine histamine. However, the (patho-) physical role of the H₂R, especially in the brain, is still far from being understood. Therefore this work aimed at the development of selective high affinity molecular tools for the H₂R, including agonists, antagonists and radiolabeled as well as fluorescent H₂R ligands. The ...
Abstract (English)
The H₂R is one of four receptor subtypes which mediate the action of the biogenic amine histamine. However, the (patho-) physical role of the H₂R, especially in the brain, is still far from being understood. Therefore this work aimed at the development of selective high affinity molecular tools for the H₂R, including agonists, antagonists and radiolabeled as well as fluorescent H₂R ligands.
The number of high affinity tritiated radioligands for the H₂R is very limited. Guanidinothiazole containing ligands such as famotidine represent a class of surmountable H₂R antagonists. The synthesized high affinity hH₂R antagonist N-[8-(2-[2-(2-guanidinothiazol-4-ylmethylthio)ethylamino]-3,4-dioxo¬cyclobut-1-ene-1-ylamino)octyl]propionamide (3.25, pKi: 7.65) showed selectivity over the other subtypes and was also synthesized in radiolabeled form. [3H]3.25 bound in a saturable manner (Kd: 15-22 nM) to membrane preparations of Sf9 cells and intact Hek cells both recombinantly expressing hH₂Rs. Although a part of [3H]3.25 bound in (pseudo)irreversible manner, the kinetic Kd value of 26 nM was comparable to that determined at equilibrium, and the radioligand [3H]3.25 was completely displacable by standard ligands.
Aminopotentidine and it´s derivatives are reported as high affinity H₂R antagonists. Aminopotentidine and its analogs with different substituents (e.g. iodine, bromine, chlorine, trifluoromethyl) in position 3, were prepared and propionylated. Within the series of propionylated derivatives the brominated ligand (4.37) and the iodinated ligand (4.38) showed the highest hH₂R affinities (pKi: 8.5 and 8.18) along with excellent selectivities over the hH₃R (6900- or 2500-fold).
Fluorescent ligands have become an attractive alternative to radioligands for the investigation of ligand-receptor interactions. In order to expand the range of applications and avoid the high cellular autofluorescence, fluorescent ligands labeled with red-emitting fluorophores are required. Recently, a series of fluorescent ligands with a piperidinomethylphenoxy¬propylamino pharmacophore was reported. In this work, the fluorescent labeled antagonists UR-DE229 (5.12) and UR-DE56 (5.18) were prepared and investigated in different assay systems. Furthermore, a small library of fluorescent ligands was synthesized for the exploration of the impact of linker length and the net charge of the fluorophores. The highest affinities to the hH₂R (pKi: > 7.0) in radioligand competition assays were obtained in case of the pyridinium labeled ligands 5.12-5.14 and the cyanine labeled ligands 5.16 and 5.18. Despite the low selectivity towards the hH₃R the investigated fluorescent ligands proved to be useful tools for binding studies using different techniques (flow cytometry, high content imaging and confocal microscopy), when genetically engineered cells, expressing the H₂R were used. Investigated ligands bound in a saturable manner to the hH₂R and the determined Kd values were in good agreement with the corresponding Ki values from radiolligand binding. Kinetic Kd(kin) values were consistent with the Kd values in equilibrium even though they showed an incomplete dissociation (insurmountable antagonism). Nonetheless, the fluorescent ligands 5.14 and 5.18 also proved to be useful for the determination of binding affinities of unlabeled ligands in competition binding assays.
N(G)-acylated amino(methyl)thiazolepropylguanidines are reported as potent and selective histamine H₂R agonists, but the acylguanidine group is prone to hydrolytic cleavage in aqueous solution. A bioisosteric approach, replacing the acylguanidine structure with a carbamoylguanidine, led in many cases to more stable compounds. For exploration of the structure-activity and the structure-selectivity relationships of this class of compounds, a series of carbamoylguanidines with various aminothiazole-based substructures, i.e., the 3-(2-amino-4-methylthiazol-5-yl)propyl moiety, a conformationally constrained (aminothiazolyl)phenyl and a 2-amino-4,5,6,7-tetrahydrobenzothiazol-6-yl portion were prepared. Compounds containing the conformationally constrained aminothiazole headgroup were weak antagonists/ inverse agonists or weak partial agonists. Amino(methyl)thiazolyl¬ propyl containing compounds achieved up to 80-fold the potency of histamine (pEC50: 6.3-7.76) and partial to full agonistic activities with bell-shaped concentration-response curves. Additionally, representative ligands showed affinity to the hD₂R(long) (pKi: 5.6-6.97) and hD₃R (pKi: 5.3-7.6).
Translation of the abstract (German)
Der Histamin H₂ Rezeptor (H₂R) ist einer von vier Subtypen, welche über das biogene Amin Histamin aktiviert werden. Da die (patho-)physiologische Rolle des H₂R, vorallem im Gehirn, noch immer weitgehens ungeklärt ist, werden molekulare Werkzeuge zur weiteren Erforschung benötigt. Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung solcher molekularer Werkzeuge für den H₂R, einschließlich Agonisten, ...
Translation of the abstract (German)
Der Histamin H₂ Rezeptor (H₂R) ist einer von vier Subtypen, welche über das biogene Amin Histamin aktiviert werden. Da die (patho-)physiologische Rolle des H₂R, vorallem im Gehirn, noch immer weitgehens ungeklärt ist, werden molekulare Werkzeuge zur weiteren Erforschung benötigt. Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung solcher molekularer Werkzeuge für den H₂R, einschließlich Agonisten, Antagonisten und radioaktiv- oder Fluoreszenz-markierten Liganden.
Da es nur eine geringe Anzahl an Tritium-markierten H₂R Radioliganden gibt, befasst sich ein Teil der Arbeit mit der Entwicklung von hochaffinen Antagonisten mit Tritium Markierung. Die Synthese einer Serie an Guanidinothiazol-haltigen Liganden führte zu dem hochaffinen, Subtyp-selektiven hH₂R antagonist N-[8-(2-[2-(2-Guanidinothiazol-4-ylmethylthio)ethylamino]-3,4-dioxo¬cyclobut-1-en-1-ylamino)octyl]propionamid (3.25, pKi: 7.65) welcher auch Tritium-markiert synthetisiert wurde. Außerdem wurde der hochaffine H₂R Antagonist Aminopotentidin zusammen mit verschiedenen in Position 3 des aromatischen Rings substituierten Analoga (z.B. Iod, Brom, Chlor, Trifluormethyl) hergestellt und propionyliert. Dies führte zu den hochaffinen, propionylierten hH₂R Antagonisten 4.37 (Brom-substituiert, pKi: 8.5) und 4.38 (Iod-substituiert, pKi: 8.18).
Fluoreszenzliganden sind eine sehr attraktive Alternative zu Radioliganden. In dieser Arbeit wurde ausgehend von den beiden hoch affinen Fluoreszenzliganden UR-DE229 (5.12, Pyridinium-Markierung) und UR-DE56 (5.18, Cyanin-Markierung) eine kleine Substanzbibliothek erstellt. Diese umfasste neben diesen beiden Liganden weitere Fluoreszenzliganden, die sich hauptsächlich in Linkerlänge und Ladung des verwendeten Fluorophors unterschieden. Die Pyridinium-markierten Liganden 5.12-5.14 und die Cyanin-markierten Liganden 5.16 und 5.18 zeigten die höchsten hH₂R Affinitäten (pKi: > 7.0) im Radioligandbindungsassay. Es konnte gezeigt werden, dass diese Fluoreszenzliganden wertvolle molekulare Werkzeuge für Bindungsstudien (Sättigung, Kinetik, Kompetition) sind und mittels verschiedenster Techniken (Durchflusszytometrie, High Content Imaging, Konfokalmikroskopie) detektiert werden können.
N(G)-acylierte Amino(methyl)thiazolpropylguanidine sind bekannte, potente und selektive H₂R Agonisten. Allerdings zeigt diese Klasse eine geringe Stabilität in wässriger Lösung, da die Acylguanidin-Partialstruktur leicht hydrolytisch gespalten werden kann. Der bioisostere Austausch des Acylguanidin mit einem Carbamoylguanidin konnte in vielen Fällen die Stabilität solcher Liganden verbessern. Um die Struktur-Aktivitäts- und Struktur-Selektivitäts-Beziehungen dieser Verbindungsklasse untersuchen zu können, wurde in dieser Arbeit eine Carbamoylguanidin-Serie mit verschiedenen Aminothiazol-haltigen Substrukturen wie z.B. dem 3-(2-Amino-4-methylthiazol-5-yl)propyl Rest, oder den rigidisierten (Aminothiazolyl)phenyl und 2-Amino-4,5,6,7-tetrahydrobenzothiazol-6-yl Resten synthetisiert. Die Liganden mit rigidisierter Aminothiazol-Kopfgruppe waren schwache Antagonisten/inverse Agonisten oder schwache partielle Agonisten. Die Liganden mit flexibler Amino(methyl)thiazolyl-propyl Gruppe dagegen zeigten bis zu 80-fach höhere Potenzen am hH₂R als Histamin (pEC50: 6.3-7.76) und partiellen bis vollen Agonismus mit glockenförmigen Kurven. Außerdem zeigten ausgewählte Liganden auch Dopaminrezeptor Affinität (hD₂R(long): pKi: 5.6-6.97 und hD₃R: pKi: 5.3-7.6).
Metadata last modified: 25 Nov 2020 17:38
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