Progettazione e sintesi di nuovi ligandi sigma-1 bifunzionali con attività antiossidante

Neurodegenerative disesases are chraracterized by a mutifactorial etiology due to the interaction of endogenous and exogenous different factors. Although these diseases have different clinical manifestations, some general pathways might be documented in pathogenic cascades. Among these effects we can remember the protein misfolding, the metal dyshomeostasis, the reactive oxygen species production (ROS) and the mitochondrial dysfunction. Numerous studies have highlighted the key role played by ROS in both the onset progression of neurodegenerative diseases. In the mid-90 s it was suggested the involvement of the sigma-1 receptor in the mechanism that mediate neuroprotection. This protein is localized at the endoplasmic reticulum (ER)-Associated Mitochondrial Membranes (MAM), which modulates the signaling calcium from ER to mitochondria, acting as a molecular chaperone. Given the localization of the sigma-1 receptor and its functions associated with it, my design work has been focused on the development of agonists sigam-1 with antioxidant activity. The bifunctional ligands synthesized are characterized by a sigma-1 moiety condensed with lipoic acid, which is considered a well-known as a "universal antioxidant". In vitro binding receptor sigma-1/sigma-2 studies reported in the literature have shown that the proximal group and its distance from the basic center are pivotal for the sigma-1 affinity and for discriminate the sigma-2 site. The ligands 13 and 25 exhibited high affinity for sigma-1 receptors (Ki sigma-1 = 5.56± 0.5 and 1.8 ± 0.2 nM, respectively) and good selectivity towards the subtype sigma-2 (Ki sigma-2 = 414 and 354 respectively). To a lesser extent, the same trend of affinity sigma-1 (Ki sigma-1 = 17.7 ± 1.5 6.1 ± 0.4 nM, respectively) and selectivity (Ki sigma-2/Ki sigma-1 = 106 e 204 rispettivamente) were found on their corresponding enantiomers R-13 and R-25. Interesting results in terms of sigma-1/sigma-2 affinity have also been found for compounds 12 (Kisigma-1 = 1.14 ± 0.8, Ki sigma-2 = 14 ± 02 nM), 22 (Ki sigma-1 = 0.4 ± 0.0, Ki sigma-2 = 11.25 ± 0.55 nM) and 23 (Ki sigma-1 = 1.25 ± 0.25, Ki sigma-2 = 35 ± 2.5 nM). It remains to investigate their action on sigma-1 receptors, whether agonist or antagonist, and their antioxidant properties.

Le malattie neurodegenerative sono caratterizzate da un eziologia multifattoriale ascrivibile all interazione di diversi fattori endogeni ed esogeni. Sebbene le manifestazioni cliniche delle diverse malattie siano eterogenee, alcuni meccanismi patogenetici sono comuni, tra questi annoveriamo il misfolding proteico, la disomeostasi dei metalli (ioni Fe2+, Zn2+, Al3+ e Cu2+), la produzione di specie reattive dell ossigeno (ROS), lo stress ossidativo e la disfunzione mitocondriale. Numerose ricerche hanno messo in luce il ruolo chiave svolto dai ROS sia nell insorgenza sia nella progressione delle malattie neurodegenerative. A metà degli anni 90 è stato suggerito il coinvolgimento del recettore sigma-1 nei meccanismi che mediano la neuroprotezione. Questa proteina è localizzata a livello della Mitochondrial Associated Membranes (MAM), dove modula il flusso di ioni Ca2+ dal reticolo endoplasmatico (ER) ai mitocondri, agendo da chaperone molecolare. Data la localizzazione del recettore sigma-1 e le funzioni a esso associate, il mio lavoro progettuale è stato indirizzato allo sviluppo di agonisti sigma-1 dotati di attività antiossidante. I ligandi bifunzionali sintetizzati sono caratterizzati da un moiety sigma-1 condensato con l acido lipoico, che come ben noto è considerato un antiossidante universale . Studi in vitro di binding riportati in letteratura recettoriale sigma-1/sigma-2 hanno evidenziato come il gruppo prossimale e la sua distanza dal centro basico siano pivotali per l affinità sigma-1 e per discriminare il sito sigma-2. I ligandi 13 e 25 hanno esibito una elevata affinità per i recettori sigma-1 (Ki sigma-1 = 5.56 ± 0.5 e 1.8 ± 0.2 nM rispettivamente) e una buona selettività nei confronti del sottotipo sigma-2 (Ki sigma-2/Ki sigma-1 = 414 e 354 rispettivamente). In misura minore, lo stesso trend di affinità sigma-1 (Ki sigma-1 = 17.7 ± 1.5 e 6.1 ± 0.4 nM rispettivamente) e di selettività (Ki sigma-2/Ki sigma-1 = 106 e 204 rispettivamente) sono stati riscontrati sui loro corrispondenti enantiomeri R-13 ed R-25. Risultati interessanti in termini di affinità sigma-1/sigma-2 sono stati trovati anche per i composti 12 (Ki sigma-1 = 1.14 ± 0.8, Ki sigma-2 = 14 ± 02 nM), 22 (Ki sigma-1 = 0.4 ± 0.0, Ki sigma-2 = 11.25 ± 0.55 nM) e 23 (Ki sigma-1 = 1.25 ± 0.25, Ki sigma-2 = 35 ± 2.5 nM). Rimane da investigare l attività esplicata sui recettori sigma-1, se agonista o antagonista e, le loro proprietà antiossidanti.