Study of new propargylamine and donepezil-derived compounds as multitarget agents for the treatment of alzheimer’s disease

Abstract

El compuesto PF9601N es un derivado de propargilamina y un potente inhibidor irreversible de la enzima monoamino oxidasa B (IMAO-B) el cual fue identificado por nuestro grupo tras una extensiva búsqueda de potenciales IMAOs. Además de su potente capacidad inhibidora, el PF9601N posee varias propiedades neuroprotectoras demostradas en varios modelos animales y celulares de la enfermedad de Parkinson (EP). Estos efectos, los cuales han sido relacionados con la presencia de la propargilamina en su estructura, están mediados por acciones en vías involucradas en la neurodegeneración observada en otras enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer (EA). Así, para estudiar más en detalle las propiedades beneficiosas del PF9601N investigamos sus efectos en un modelo in vivo de excitotoxicidad, un mecanismo implicado en el daño neuronal observado en las enfermedades neurodegenerativas. El hallazgo de que el PF9601N era capaz de evitar el daño excitotóxico mediante la disminución de la liberación inducida de glutamato y aspartato, y el aumento de la liberación de taurina así como mediante la prevención de la activación glial y la apoptosis proporcionó un valor añadido a este compuesto para ser considerado en la terapia de estas enfermedades. El tratamiento actual para la EA se basa principalmente en el uso de inhibidores de las enzimas colinesterasas (IChEs). Sin embargo, estos fármacos no son capaces de disminuir la progresión de la enfermedad y sólo producen una mejora temporal de los síntomas. Actualmente está ampliamente aceptado que la EA es una enfermedad multifactorial. En este contexto, la aproximación farmacológica más novedosa, conocida como aproximación de los MTDL (de las siglas en inglés “ligandos dirigidos hacia múltiples dianas”), propone el uso de compuestos multifuncionales capaces de abrazar varias propiedades biológicas. Esta tesis se centra en el estudio de la relación estructura-actividad (REA) así como la evaluación biológica de varios compuestos híbridos especialmente diseñados y sintetizados para actuar sobre múltiples factores involucrados en la EA. Los compuestos híbridos combinan la porción de bencilpiperidina de Donepecilo, un anticolinesterásico ampliamente utilizado en el tratamiento de la enfermedad, con el grupo propargilamina o indolil propargilamina presente en PF9601N, con el objetivo de obtener un compuesto capaz de retener la capacidad inhibidora de MAO así como las propiedades neuroprotectoras y antiapoptóticas de PF9601N. El trabajo presentado en esta tesis demuestra que algunos de los compuestos híbridos son potentes IMAOs (rango nM) y moderadamente potentes IChEs (rango subM). De entre todos los compuestos evaluados, ASS234 resultó ser un potente inhibidor de la agregación del péptido β−amiloide (A) y fue capaz de ejercer una acción protectora frente a la toxicidad inducida por Aβ y H2O2 en células neuronales. En resumen, los datos presentados en esta tesis doctoral sugieren que el compuesto ASS234 es un compuesto multidiana muy prometedor que podría tener un papel modificador en la EA dada su demostrada capacidad de interactuar con varias dianas involucradas en la patogénesis de esta enfermedad.

PF9601N is a propargylamine-containing irreversible monoamine oxidase B inhibitor (MAOBI) previously identified by our group in an extensive screen of potential MAOIs. Besides its potent inhibitory capacity, it possesses several neuroprotective properties demonstrated in different animal and cellular models of Parkinson’s disease (PD). The beneficial effects of PF9601N, which have been related to the propargylamine group present in the molecule, are mediated through actions in pathways that are commonly involved in the neurodegeneration observed in other neurodegenerative disorders such as Alzheimer’s disease (AD), thus making this molecule a promising agent in the therapy of this disease as well. Thus, to study the beneficial properties of PF9601N in depth, we investigated its effects against an in vivo model of excitotoxicity, an important mechanism involved in the neuronal damage observed in neurodegenerative diseases. The finding that PF9601N was able to prevent the induced excitotoxic damage by decreasing the evoked release of excitatory neurotransmitters and decreasing the output of the inhibitory and neuroprotective taurine as well as preventing the induced glial activation and apoptosis gave more value to this compound to be considered in the therapy. The current treatment for AD is the use of cholinesterase inhibitors (ChEIs) although there is also a NMDA receptor antagonist. However, far from stopping the disease’s progression, these drugs only produce a temporary symptomatic benefit, thus highlighting an urgent need to provide real disease-modifying drugs. At present, the most accepted notion is that AD is a multifactorial disease caused by many different factors and thus drug therapy with multifunctional compounds, the so-called multi-target-directed ligand (MTDL) approach, embracing diverse biological properties will have noticeable advantages over individual-target drugs or cocktails of drugs. In this context, this thesis focuses on the structure-activity relationship (SAR) study and the biological evaluation of different hybrid compounds specifically designed and synthesised to target multiple factors involved in AD. The hybrid molecules combine the benzyl piperidine moiety of Donepezil, a commonly used anticholinesterasic for the treatment of AD, with the propargylamine or the indolyl propargylamine substructure of PF9601N, with the aim of retaining the MAO inhibitory capacity as well as the neuroprotective and antiapoptotic properties observed for this compound. The work presented in this thesis demonstrates that some hybrid compounds are potent MAOIs (nM range) and moderately potent ChEIs (submicroM range). Among them, ASS234 has also been shown to reduce Αβ fibrillogenesis, and to protect neuronal cells from A and H2O2 toxicity. Thus, this compound has proved to be able to block the Aβ-induced cell death in two ways: by preventing caspase cleavage and activation and blocking LDH release. Overall, the present data suggest ASS234 as a promising MTDL that may have a potential disease-modifying role in the treatment of AD since it is able to interact with diverse targets involved in the pathogenesis underlying AD.