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NO-Donor-Tacrine Hybrids as Hepatoprotective Anti-Alzheimer Drug Candidates

NO-Donor-Tacrine Hybrids as Hepatoprotective Anti-Alzheimer Drug Candidates. -. -. -. -. Jochen Lehmann Friedrich-Schiller-Universität Jena . Womit haben wir uns bisher beschäftigt? Bioaktivierung der Nitrate

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NO-Donor-Tacrine Hybrids as Hepatoprotective Anti-Alzheimer Drug Candidates

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Presentation Transcript

  1. NO-Donor-Tacrine Hybrids as Hepatoprotective Anti-Alzheimer Drug Candidates - - - - Jochen Lehmann Friedrich-Schiller-Universität Jena

  2. Womit haben wir uns bisher beschäftigt? • Bioaktivierung der Nitrate • Unterschiede bei den Nitraten • ROS, RNS • Neue Anwendungsbereiche für Nitrate • Nitrattoleranz

  3. Womit haben wir uns bisher beschäftigt? • Bioaktivierung der Nitrate • Unterschiede bei den Nitraten • ROS, RNS • Neue Anwendungsbereiche für Nitrate • Nitrattoleranz • Heute: • Nitrate als „Zugabe“ zu anderen Arzneistoffen •  Nitrat-Hybridmoleküle

  4. NO Donor (Nitrat) - Hybrid Verbindungen: Bioactive part 2 (NO-Donor, z.B. Nitrat) Bioactive part 1 Spacer Warum? • Der NO Donor soll nachteilige Nebenwirkungen von part 1 kompensieren. • Der NO Donor soll part 1 neue Eigenschaften verleihen und die Wirkung verstärken.

  5. 2 C6H6O5 + 7 O2  6 H2O + 12 CO (langsam) 2 C6H6N3O11 N2 + 4 NO + 6 H2O + 12 CO (schnell) Baumwolle O H O H O H O H O O H O H O O O O H O H O O O O H O H O H O H H2SO4, HNO3 Kohlenhydrat-Nitrat-Hybrid (Schießbaumwolle) Itzehoer Wochenblatt, 1846, 1626 f.

  6. Magenepithel der Ratte nach Behandlung mit Naproxen und dem Nitrat-Naproxen-Hybrid LE-EK 011 control Analgesie (AcOH writhing) 100 115 Hyperalgesie (Carrageenan induced) 100 130 Entzündungshemmung (Rat paw) 100 130 Gastrointestinale Toxizität

  7. Cardioprotektiv bei viraler Myocarditis (Coxsackievirus B3 in Mäusen) • Absenkung des viralen Titers • Fibrosereduktion • Reduzierte Pankreasdestruktion ß-Blocker-nitrate-hybrids for a better treatment of cardiac diseases. (M. Decker, A. König, E. Glusa, J. Lehmann, Biorg. Med. Chem. Lett. 2004, 4995) Propanolol Nitrat- Propanolol Hybrid

  8. Antifungal Activities (MIC, mM) Ketoconazol Deacetyl-Ketoconazol Ketoconazol-Nitrate-Hybrid Aspergillus fumigatus 62.5 2000 3.13 Aspergillus terreus 31.3 2000 1.56 Aspergillus niger 62.5 2000 1.56 Fusarium oxysporum 500 2000 25 Candida albicans 25 25 6.25 Candita glabrata 12.5 50 3.13 Penicillum notatum 8 250 8 J. Konter, U.Möllmann, J. Lehmann, Bioorg. Med. Chem., 2008, -Patent 2007 Ketoconazole-NO-donor-hybrids - better antifungal drugs!

  9. Was ist die „ Alzheimer-Demenz (AD)? Chronisch fortschreitende Erkrankung, mit irreversiblen morphologischen und biochemischen Veränderungen des Gehirns. Sie führt zu totalem Verlust von intellektuellen und praktischen Fähigkeiten und zur absoluten Pflegebedürftigkeit.

  10. Aggregiertes Aß42-Proteine Virchow: Die Plaques sind mit Iod anfärbbar, also Stärke, also Amyloid! Wenig später..... Kekule: Die Elementaranalyse zeigt viel Stickstoff und etwas Schwefel, also Protein

  11. -Sekretase spalteten APP zu löslichem, nicht amyloidogenem sAPP ß-Sekretase und -Sekretase spalten APP zu amyloidogenem Aß38-42

  12. Vereinfachte Pathologie Extrazelluläre -Amyloid Plaques aus APP) + Intrazellulläre neurofibrilläre Bündel aus hyperphosphoryliertem Tau-Protein Kommunikationsverlust“ Neuronaler Zelluntergang

  13. Therapie?

  14. Medikamentöse Alzheimer-Therapie heute: Target Wirkstofftyp Wirkstoff + Psychopharmaka (Antidepressiva, Neuroleptika, Anxiolytika)

  15. 1998 1997 + Allosterisch potenzierender Ligand am ACh-Rezeptor 1999 1995 Ausgleich einer Acetylcholinmangel-Symptomatik nach neuronalem Synapsenverlust durch Inhibitoren der Acetylcholinesterase

  16. Die zwei Funktionen der Acetylcholinesterase Die zentrale AcCh- Bindungsstelle katalysiert den Abbau des Neurotransmitters Eine periphere anionische Bindungsstelle (PAS,  18Å) katalysiert die ß-Amyloidaggregation Aggregation von Aß1-42 Aggregation von Aß42 + AChE Projektionsbahnen des cholinergen Systems

  17. Bessere Therapeutika?

  18. NO-Donor-Tacrin Hybride • Zusätzliche Vasodilatation • Gleiche oder bessere ChE-Inhibition • Geringere Lebertoxizität • Bessere Kognition • Weniger Amyloidaggregation durch bessere Anbindung an die PAS?

  19. NO-Donor-Tacrin-Hybride • Zusätzliche Vasodilatation • Gleiche oder bessere ChE-Inhibition • Geringere Lebertoxizität • Bessere Kognition • Weniger Amyloidaggregation durch bessere Anbindung an die PAS?

  20. NO-Donor-Tacrin-Hybride Cholinesterase-Inhibition?

  21. ChE inhibitory activities Lebertoxizität?

  22. Einfluss von Tacrin und Verbindung 9 auf die Aktivitäten von Aspartat-Aminotransferase (ASAT) im Serum, Lactatdehydrogenase (LDH) im Serum Albuminkonzentration im Serum, Proteinsyntheseim Lebergewebe. Hepatotoxizität? ASAT [µmol/s] Albumin [g/l] LDH [µmol/s] Protein [mg/g] tacrine tacrine tacrine tacrine tacrine 9 9 9 9 12 h 4.5±0.8 2.3±0.2 -49% 16.0±0.4 16.6±0.5 +4% 5.5±0.9 4.4±0.6 -20% n.d. n.d 20 h 3.4±0.3 2.8±0.4 -20% 15.0±0.2 17.1±0.6 +14% 10.0±3.2 5.6±0.3 -44% 118±4 143±1 +21% 36 h 3.1±0.4 2.1±0.2 -32% 13.1±0.3 15.1±0.7 +15% 6.5±1.5 4.1±0.4 -37% 92 ± 2 123±9 +37% F. Lei, C. Roegler, Appenroth, C. Fleck, J.Lehmann; J. Med. Chem., 2008

  23. Histopathologie (nach 24h) der Leber - Ratte, Haematoxylin/Eosin-Färbung - Kontrolle Behandelt mit Tacrin (6µmol/100g) (Degeneration der Hepatozyten, Nekrose) Behandelt mit Nitrat-Tacrin Hybrid (6µmol/100g) Aspartattransaminase Kognition?

  24. In vivo Kognitionsanalyse - Inhibition des Scopolamin-induzierten Kognitionsverlustes 8-armiger Radial Maze (RAM) Zwei Parameter: 1. Errors (Rückkehr in leeren Arm) 2. Gelaufene Strecke Water Maze

  25. Transgene „Alzheimermäuse“ In vivo-Aktivität gegen Scopolamine-induzierten Kognitionsverlust Einfluss äquimolarer Dosierungen von Tacrin (tac) und Verbindung 9 (FL38) auf die Zahl der Irrtümer. Einfluss äquimolarer Dosierungen von Tacrin (tac) und Verbindung 9 (FL38) auf die Laufstrecken.

  26. NO-Donor-Hybride – Bifunktionelle Statine zur Behandlung von AD? (NO kann enzymmodulierende, antioxidative, vasoaktive und neuroprotektive Eigenschaften haben!) Hydrolyse Relactonisierung, Schützen 1. Nitratosäure, CDI 2. Entschützen

  27. Zahl der Patente NO-Donor Hybride „Quo vadis?

  28. Danke! Dr. Lei Fang (Tacrinhybride – Synthese) Prof. Fleck, C.Appenroth, A. König (Tacrinhybride – Pharmakologie) Dr. J. Konter, Dr. A. König, Dr. U. Möllmann (Ketokonazol – Hybride) C. Lengfelder, C. Rögler, Prof. K. Abouzid (Statinhybride) Prof. E. Glusa (Vasorelaxationsexperimente) Vorbeugen?

  29. Alkohol (mäßig!)The Honolulu-Asia Aging Study.Amer. Journal of Pub. Health, 2000; Rotterdamstudie Fisch (über Cholesterinreduktion?) British Med. Journal 2002 Musik und TanzNovartis Stiftung Gerontologie 2003 Hochschulbildung „Reservekapazitäten“ an Kognition bei gleichviel Amyloid Neurology 1999 Rauchen (nur für APOE4-Gen-Träger) Lancet, 1998 Viel Geld und gute Freunde Verschiedene Studien zum Einfluss sozioökonomischer Faktoren Chinese seinVon 100 Personen über 65, in China 0,6%. In Massachusetts10,3 %. Östrogene(Menopause) Lancet 1996 Denken!

  30. Warum bekommen wir AD? • Genetische Faktoren, Mutationen(Early-Onset AD, Dow Syndrom) • Alter • Veränderungen der GenexpressionLebensumstände modifizieren die Genexpression (Transkriptionsfaktoren). Dies führt zu Veränderungen im Proteinstoffwechsel und in der Folge zu morphologischen und funktionellen Veränderungen.

  31. Inhibierung der ß-Sekretasen und -Sekretasen • Aber: HMG-CoA-Reduktase-Inhibitoren (Statine) vermindern die Amyloidbildung* • Warum? • Die Aktivität der Sekretasen wird durch de-novo synthetisiertes Cholesterol und Cholesterolester mitreguliert. • ß-Amyloid-Plaques enthalten auch Cholesterol • Statine stimulieren die NO-Synthase  (verbesserte Durchblutung und Neuroprotektion durch NO (!) * G.P. Gellermann1, K. Ullrich1, A. Tannert1, Ch. Unger1, G. Habicht2,S.R.N. Sauter3, P. Hortschansky2, U. Horn2, U. Möllmann2, M. Decker4, J. Lehmann4, M. Fändrich*: J. Mol. Biol. (2006), 360, 251-257: Alzheimer-like plaque formation by human macrophages is reduced by fibrillation inhibitors and lovastatin Leider: Bislang nur relativ hochmolekulare oder cytotoxische oder peptidähnliche Inhibitoren gefunden  Keine ZNS-Gängigkeit, Proteaseempfindlichkeit, Immunreaktionen

  32. Neurofibrilläre Bündel (tangles) Alzheimer Alois (1864-1915) Plaques Interview durch Alois Alzheimer (1901) „Wie heißen Sie?“ „Auguste“ „Familienname?“ „Auguste“ „Wie heißt Ihr Mann?“ „Ich glaube Auguste“ „Ihr Mann?“ „Ach so mein Mann...“ „Sind Sie verheiratet?“ „Zu Auguste....“

  33. Womit haben wir uns bisher beschäftigt? • Bioaktivierung der Nitrate • Unterschiede bei den Nitraten

  34. Typical clinical single dosages: 20 - 60 mg 10 - 80 mg 0.2 – 2.5 mg 50 - 80 mg In vitro vasodilator potency (PGF2 precontracted pulmonary arteries, pig, EC50 (nM)): 33200 960 35 7 A. König, K. Lange, J. Konter, A. Daiber, D. Stalleiken, E. Glusa, J. Lehmann,J. Cardiovasc. Pharmacol. 2007, in print Nitrates on the market: O N O O N O O N O O N O 2 2 2 2 O N O O O O N O 2 2 O N O O O 2 O N O O N O 2 2 O N O H O PETN GTN ISDN 2 ISMN ISOSORBID-DINITRATE GLYCEROLTRINITRATE PENTAERYTHRITYLTETRANITRATE ISOSORBID-5-MONONITRATE

  35. Wahrscheinliche Alzheimer-Genese • Genetische Mutionen (APP, PS1, PS2), veränderte Genexpression • Veränderte Proteolyse (-, - und -Sekretasen) des Amyloid-Vorläufer-Proteins (APP) • Verstärkte Produktion des ß-Amyloids Aß42 • Anreicherung von Aß42 in der Gehirnflüssigkeit • Ablagerung von Aß42 als diffuse Plaques • Aggregation von Aß40 auf die Aß42 Plaques, zusammen mit Cu2+, Zn2+ • Aktivierung ungewöhnlicher Kinasen, Auslösung entzündlicher Reaktionen (Zellauflösungen, Mediatorfreisetzungen) • Fortschreitende neuronale Schädigung • Neuronale Dysfunktion, Zelltod, Signaltransduktions-Defizite • Demenz

  36. Warum bekommen wir AD? • Genetische Faktoren, Mutationen(Early-Onset AD, Dow Syndrom) • Alter • Veränderungen der GenexpressionLebensumstände modifizieren die Genexpression (Transkriptionsfaktoren). Dies führt zu Veränderungen im Proteinstoffwechsel und in der Folge zu funktionellen und organischen Veränderungen. • Noch in der Diskussion: Gestörte Calciumhomöostase, ROS, entzündliche Prozesse, Apoptose-Induktoren, Cholesterin, Störung der cholinergen, glutaminergen oder dopaminergen Transmitter- oder Transportersysteme, Metallionen, Umwelt, etc……..

  37. -Sekretase-Stimulatoren Aktuelle Therapie - und -Sekretase-Inhibitoren • Wahrscheinliche Alzheimer-Genese • Genetische Mutionen (APP, PS1, PS2), veränderte Genexpression • Veränderte Proteolyse (-, - und -Sekretasen) des Amyloid-Vorläufer-Proteins (APP) • Verstärkte Produktion des ß-Amyloids Aß42 • Anreicherung von Aß42 in der Gehirnflüssigkeit • Ablagerung von Aß42 als diffuse Plaques • Aggregation von Aß40 auf die Aß42 Plaques, zusammen mit Cu2+, Zn2+ • Auslösung entzündlicher Reaktionen (Zellauflösungen, Mediatorfreisetzungen) • Fortschreitende neuronale Schädigung • Neuronale Dysfunktion, Zelltod, Ca2+-Ungleichgewicht Signaltransduktions-Defizite • Demenz

  38. Screening auf antidementive Wirkung • Organbad-Assays • Vasodilatation • Enzym-Assays • Sekretasen • Cholinesterasen • Kinasen • ß-Amyloidaggregations-Assays • Isoliertes monomeres ß-Amyloid • Amyloidose in Makropagen • In vivo-Assays • Kognition bei Ratten • (water maze, radial maze) • Transgene „Alzheimer-Mäuse“ G.P. Gellermann1, K. Ullrich1, A. Tannert1, Ch. Unger1, G. Habicht2,S.R.N. Sauter3, P. Hortschansky2, U. Horn2, U. Möllmann2, M. Decker4, J. Lehmann4, M. Fändrich*: J. Mol. Biol. (2006), 360, 251-257:

  39. -Sekretase-Stimulatoren Statine Aggregationshemmer, Aß-D-4-Proteine NSAIDs • Wahrscheinliche Alzheimer-Genese • Genetische Mutionen (APP, PS1, PS2), veränderte Genexpression • Veränderte Proteolyse (-, - und -Sekretasen) des Amyloid-Vorläufer-Proteins (APP) • Verstärkte Produktion des ß-Amyloids Aß42 • Anreicherung von Aß42 in der Gehirnflüssigkeit • Ablagerung von Aß42 als diffuse Plaques • Aggregation von Aß40 auf die Aß42 Plaques • Auslösung entzündlicher Reaktionen (Zellauflösungen, Mediatorfreisetzungen) • Fortschreitende neuronale Schädigung • Neuronale Dysfunktion, Zelltod, Signaltransduktions-Defizite • Demenz - und -Sekretase-Inhibitoren

  40. Wahrscheinliche Alzheimer-Genese • Genetische Mutionen (APP, PS1, PS2), veränderte Genexpression • Veränderte Proteolyse (-, - und -Sekretasen) des Amyloid-Vorläufer-Proteins (APP) • Verstärkte Produktion des ß-Amyloids Aß42 • Anreicherung von Aß42 in der Gehirnflüssigkeit • Ablagerung von Aß42 als diffuse Plaques • Aggregation von Aß40 auf die Aß42 Plaques , zusammen mit Cu2+, Zn2+ • Auslösung entzündlicher Reaktionen (Zellauflösungen, Mediatorfreisetzungen) • Fortschreitende neuronale Schädigung • Neuronale Dysfunktion, Zelltod, Signaltransduktions-Defizite • Demenz -Sekretase-Stimulatoren Statine, NO-Donoren? Aggregationshemmer - und -Sekretase-Inhibitoren

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