Synthese, biochemische und physikochemische Charakterisierung von Liganden der Glycin-Bindungsstelle des NMDA-Rezeptors

Die exzitatorische Neurotransmission erfolgt über ionotrope Glutamat-Rezeptoren von denen dem NMDA-(N-Methyl-D-aspartat)-Rezeptor durch seine hohe Leitfähigkeit für Ca2+-Ionen eine besondere Rolle zugesprochen wird. Bei seiner Überaktivierung kommt es zu exzitotoxischen Prozessen, die direkt mit neurodegenerativen Erkrankungen einhergehen und nach einem Schlaganfall, bei akuten Epilepsien, Morbus Parkinson, Alzheimer Demenz aber auch im Bereich der neuropathischen Schmerzentstehung eine wichtige Rolle spielen.rnDurch das Eingreifen in die glutamatvermittelten pathologischen Prozesse verspricht man sich daher die Möglichkeit einer Neuroprotektion bei der Therapie verschiedener neurodegenerativer Erkrankungen, die primär auf völlig unterschiedliche Ursachen zurückzuführen sind.rnAusgehend von in früheren Arbeiten synthetisierten Hydantoin-substituierten Dichlor-indol-2-carbonsäure-Derivaten, die hochaffine Eigenschaften zur Glycin-Bindungsstelle des NMDA-Rezeptors aufweisen, sollten neue Derivate entwickelt und untersucht werden, die hinsichtlich ihrer Affinität zur Glycin-Bindungsstelle des NMDA-Rezeptors, ihrer Pharmakokinetik sowie physikochemischen Parameter in präparativ-organischen, radiopharmazeutischen und zell- bzw. tierexperimentellen Studien in vitro sowie in vivo charakterisiert werden sollten. Von besonderem Interesse war dabei die Evaluierung der synthetisierten Verbindungen in einem Verdrängungsassay mit dem Radioliganden [3H]MDL105,519 mit dem der Einfluss der strukturellen Modifikationen auf die Affinität zur Glycin-Bindungsstelle des Rezeptors untersucht wurde, sowie die Selektivität und die Potenz der Liganden abgeschätzt wurde.rnIm Rahmen der Struktur-Wirkungs-Untersuchungen mit Hilfe der Bindungsexperimente konnten bestimmte Strukturmerkmale als essentiell herausgestellt bzw. bekräftigt werden. Die Testverbindungen zeigten dabei IC50-Werte im Bereich von 0,0028 bis 51,8 μM. Die entsprechenden Ester dagegen IC50-Werte von 23,04 bis >3000 μM. Als vielversprechende Strukturen mit Affinitäten im niedrigen nanomolaren Bereich stellten sich Derivate mit einer 4,6-Dichlor-oder Difluor-Substitution am Indolgrundgerüst (2,8 bis 4,6 nM) heraus. Auch die Substitution des Phenylhydantoin-Teils durch das bioisostere Thienylhydantoin führte zu einer gleichbleibenden ausgeprägten Affinität (3,1 nM). rnZur Abschätzung der Bioverfügbarkeit, insbesondere der Fähigkeit zur Überwindung der Blut-Hirn-Schranke, wurden die Lipophilien bei einer Auswahl der Testverbindungen durch Bestimmung ihrer log P-Werte ermittelt. Neben dem Verfahren der potentiometrischen Titration wurde eine HPLC-Methode an einer RP-Phase verwendet.rnUm das Zytotoxizitätsprofil der synthetisierten Strukturen frühzeitig abschätzen zu können, wurde ein schnell durchführbares, zellbasiertes in vitro-Testsystem, der kommerziell erhältliche „Cell Proliferation Kit II (XTT-Test)“, eingesetzt. rnIm Rahmen von Positronen-Emissions-Tomographie-Experimenten an Ratten wurde eine Aussage bezüglich der Aufnahme und Verteilung eines radioaktiv markierten, hochaffinen Liganden an der Glycinbindungsstelle des NMDA-Rezeptors im Gehirn getroffen. Dabei wurden sowohl ein Carbonsäure-Derivat sowie der korrespondierende Ethylester dieser Testung unterworfen.rn

The glycine binding site of the N-methyl-D-aspartate receptor subunit NR1: identification of novel determinants of co-agonist potentiation in the extracellular M3-M4 loop region.

The N-methyl-D-aspartate (NMDA) subtype of ionotropic glutamate receptors is a heterooligomeric membrane protein composed of homologous subunits. Here, the contribution of the M3-M4 loop of the NR1 subunit to the binding of glutamate and the co-agonist glycine was investigated by site-directed mutagenesis. Substitution of the phenylalanine residues at positions 735 or 736 of the M3-M4 loop produced a 15- to 30-fold reduction in apparent glycine affinity without affecting the binding of glutamate and the competitive glycine antagonist 7-chlorokynurenic acid; mutation of both residues caused a >100-fold decrease in glycine affinity. These residues are found in a C-terminal region of the M3-M4 loop that shows significant sequence similarity to bacterial amino acid-binding proteins. Epitope tagging revealed both the N-terminus and the M3-M4 loop to be exposed extracellularly, whereas a C-terminal epitope was localized intracellularly. These results indicate that the M3-M4 loop is part of the ligand-binding pocket of the NR1 subunit and provide the basis for a refined model of the glycine-binding site of the NMDA receptor.

Vascular endothelial growth factor: Crystal structure and functional mapping of the kinase domain receptor binding site

Vascular endothelial growth factor (VEGF) is a homodimeric member of the cystine knot family of growth factors, with limited sequence homology to platelet-derived growth factor (PDGF) and transforming growth factor β2 (TGF-β). We have determined its crystal structure at a resolution of 2.5 Å, and identified its kinase domain receptor (KDR) binding site using mutational analysis. Overall, the VEGF monomer resembles that of PDGF, but its N-terminal segment is helical rather than extended. The dimerization mode of VEGF is similar to that of PDGF and very different from that of TGF-β. Mutational analysis of VEGF reveals that symmetrical binding sites for KDR are located at each pole of the VEGF homodimer. Each site contains two functional “hot spots” composed of binding determinants presented across the subunit interface. The two most important determinants are located within the largest hot spot on a short, three-stranded sheet that is conserved in PDGF and TGF-β. Functional analysis of the binding epitopes for two receptor-blocking antibodies reveal different binding determinants near each of the KDR binding hot spots.

Phocid seal leptin: tertiary structure and hydrophobic receptor binding site preservation during distinct leptin gene evolution

The cytokine hormone leptin is a key signalling molecule in many pathways that control physiological functions. Although leptin demonstrates structural conservation in mammals, there is evidence of positive selection in primates, lagomorphs and chiropterans. We previously reported that the leptin genes of the grey and harbour seals (phocids) have significantly diverged from other mammals. Therefore we further investigated the diversification of leptin in phocids, other marine mammals and terrestrial taxa by sequencing the leptin genes of representative species. Phylogenetic reconstruction revealed that leptin diversification was pronounced within the phocid seals with a high dN/dS ratio of 2.8, indicating positive selection. We found significant evidence of positive selection along the branch leading to the phocids, within the phocid clade, but not over the dataset as a whole. Structural predictions indicate that the individual residues under selection are away from the leptin receptor (LEPR) binding site. Predictions of the surface electrostatic potential indicate that phocid seal leptin is notably different to other mammalian leptins, including the otariids. Cloning the grey seal leptin binding domain of LEPR confirmed that this was structurally conserved. These data, viewed in toto, support a hypothesis that phocid leptin divergence is unlikely to have arisen by random mutation. Based upon these phylogenetic and structural assessments, and considering the comparative physiology and varying life histories among species, we postulate that the unique phocid diving behaviour has produced this selection pressure. The Phocidae includes some of the deepest diving species, yet have the least modified lung structure to cope with pressure and volume changes experienced at depth. Therefore, greater surfactant production is required to facilitate rapid lung re-inflation upon surfacing, while maintaining patent airways. We suggest that this additional surfactant requirement is met by the leptin pulmonary surfactant production pathway which normally appears only to function in the mammalian foetus.

Molecular cocrystals of carboxylic acids. XXVII - An investigation into the use of triphenylphosphine oxide cocrystals for non-linear optics: the crystal structure of the adduct of triphenylphosphine oxide with N-methylpyrrole-2-carboxylic acid

Four adducts of triphenylphosphine oxide with aromatic carboxylic acids have been synthesized and tested for second-order non-linear optical properties. These were with N-methylpyrrole-2-carboxylic acid (I), indole-2-carboxylic acid (2), 3-dimethylaminobenzoic acid (3), and thiophen-2-carboxylic acid (4). Compound (1) produced clear, colourless crystals (space group P2(1)2(1)2(1) With a 9.892(1), b 14.033(1), c 15.305(1) Angstrom, Z 4) which allowed the structure to be determined by X-ray diffraction.

New Gold(I) complexes: from ligand design to homogeneous catalysis

This PhD thesis summarize the work carried out during three years of PhD course. Several thematic concerning gold(I) chemistry are analysed by crossing data from different chemistry areas as: organic chemistry, organometallic chemistry, inorganic chemistry and computational chemistry. In particular, the thesis focuses its attention on the evaluation of secondary electronic interactions, subsisting between ligand and Au(I) metal centre in the catalyst, and their effects on catalytic activity. The interaction that has been taken in consideration is the Au…Ar π-interaction which is known to prevent the decomposition of catalyst, but exhaustive investigations of further effects has never been done so far. New libraries of carbene (ImPy) and biarylphosphine ligands have been designed and synthetized for the purpose and subsequently utilized for the synthesis of corresponding Au(I) complexes. Resulting catalysts are tested in various catalytic processes involving different intermediates and in combination with solid state information from SC-XRD revealed an unprecedented activation mode which is only explained by considering both electronic nature and strength of Au…Ar π-interaction. DFT calculation carried on catalysis intermediates are in agreement with experimental ones, giving robustness to the theory. Moreover, a new synthetic protocol for the lactonization of N-allenyl indole-2-carboxylic acids is presented. Reaction conditions are optimized with the newly synthetized ImPy-Au(I) catalysts and different substrates are also tested providing a quite broad reaction scope. Chiral ImPy ligands have also been developed for the asymmetric variant of the same reaction and encouraging enantiomeric excess are obtained.

Synthese, 18 F-Markierung, 11 C-Markierung und Evaluierung Hydantoin-substituierter Indolcarbonsäuren zur Visualisierung des NMDA-Rezeptorstatus mittels der Positronen-Emissions-Tomographie (PET)

Der N-methyl-D-aspartat-Rezeptor (NMDA), als Vertreter ionotroper Glutamat-Rezeptoren, ist essentiell für physiologische Lern- und Gedächtnisvorgänge und eine krankhafte Überaktivierung wird als potentielle Ursache für eine Reihe von akuten und chronischen neurodegenerativen Erkrankungen angesehen. Hierbei sind für die akuten Erkrankungen vor allem der Schlaganfall und für die chronischen Erkrankungen Morbus Parkinson sowie die Alzheimer´sche Demenz zu nennen. Durch seine einzigartige spannungsabhängige Mg2+-Blockade und der Notwendigkeit der gleichzeitigen Anwesenheit der endogenen Liganden Glutamat und Glycin zur Rezeptoraktivierung, stellt dieser Rezeptorkomplex daher ein sehr interessantes molekulares Target dar. NMDA-Rezeptor-Antagonisten der Glycin-Bindungsstelle und der verschiedenen allosterischen Bindungsstellen könnten als Neuroprotektiva bei den verschiedenen Krankheiten eine symptomatische Verbesserung bewirken und zur Therapie eingesetzt werden. Eine visuelle Darstellung des Rezeptors im Rahmen von Vorsorgeuntersuchungen ist jedoch derzeit nicht möglich. Zur Visualisierung dieser Prozesse mittels der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) wurden basierend auf einer Hydantoin-substituierten Indol-2-carbonsäure als Leitstruktur, im Rahmen dieser Arbeit Fluorethoxy- und Methoxy-substituierte Derivate dargestellt und in pharmazeutischen und radiopharmazeutischen Studien evaluiert. Dazu wurde die Affinität und Spezifität zum Rezeptor in einem [3H]MDL-105,519 Rezeptorbindungsassay und die Lipophilie als Parameter für die Hirngängigkeit ermittelt. Anhand dieser Resultate wurden geeignete Markierungsvorläufer synthetisiert, welche eine phenolische Hydroxylfunktion besitzen und eine radioaktive Markierung mit den sekundären Markierungsvorläufern 2-[18F]Fluorethyltosylat ([18F]FETos) und [11C]Methyliodid ([11C]CH3I) ermöglichen. Unter Verwendung von 4,6-Dichlor-3-((3-(4-hydroxyphenyl)-2,4-dioxoimidazolidin-1-yl)methyl)-indol-2-carbonsäure wurde in einer Einstufenreaktion mit [18F]FETos die Zielverbindung 4,6-Dichlor-3-((3-(4-(2-[18F]fluorethoxy)phenyl)-2,4-dioxoimidazolidin-1-yl)methyl)-indol-2-carbonsäure in radiochemischen Ausbeuten von 6 % erhalten. Daher wurde eine alternative Markierung des Ethylester-geschützten Derivates 4,6-Dichlor-3-((3-(4-hydroxyphenyl)-2,4-dioxoimidazolidin-1-yl)methyl)-indol-2-carbonsäureethylester in einer Zweistufensynthese mit [18F]FETos und [11C]CH3I untersucht. Unter Verwendung dieser Strategie wurden unter optimierten Bedingungen 4,6-Dichlor-3-((3-4-(2-[18F]fluorethoxy)phenyl)-2,4-dioxoimidazolidin-1-yl)methyl)-indol-2-carbonsäureethylester und 4,6-Dichlor-3-((3-(4-[11C]methoxy-phenyl)-2,4-dioxoimidazolidin-1-yl)-methyl)-indol-2-carbonsäureethylester in radiochemischen Ausbeuten von 27 – 38 % erhalten. Die anschließende Entfernung der Schutzgruppe führte unter Bildung von Neben- und Zersetzungsreaktionen zu 4,6-Dichlor-3-((3-(4-(2-[18F]fluorethoxy)-phenyl)-2,4-dioxoimidazolidin-1-yl)methyl)-indol-2-carbonsäure und 4,6-Dichlor-3-((3-(4-[11C]methoxyphenyl)-2,4-dioxoimidazolidin-1-yl)methyl)-indol-2-carbonsäure in radiochemischen Gesamtausbeuten von 5 – 7 %. Die Überprüfung des biochemischen Konzepts in vivo durch µ-PET-Studien und durch autoradiographische Experimente an Rattenhirnschnitten, deuten auf eine niedrige in vivo-Aktivität hin, welche sich auf eine nicht ausreichende Passage der Blut-Hirn-Schranke zurückführen lässt.

A proposed EPR approach to evaluating agonist binding site of a peptide receptor

Angiotensin II (Ang II) and its transmembrane AT(1) receptor were selected in order to test an innovative strategy that might allow the assessment of the agonist binding site in the receptor molecule. With the use of the 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl-4-amino-4-carboxylic acid (TOAC) paramagnetic probe, a biologically active agonist (TOAC(1)-Ang II), as well as an inactive control (TOAC(4)-Ang II) analogs were mixed in solution with various synthesized AT(1) fragments. Comparative intermolecular interactions, as estimated by analyzing the EPR spectra of solutions, suggested the existence of an agonist binding site containing a sequence composed of portions of the N-terminal (13-17) and the third extracellular loop (266-278) fragments of the AT(1) molecule. Therefore, this combined EPR-TOAC approach shows promise as an alternative for use also in other applications related to specific intermolecular association processes.

Synthese, Evaluierung und 18 F-Markierung von neuen Liganden zur Visualisierung der Strychnin-insensitiven Bindungsstelle des NMDA-Rezeptors

Glutamat ist der wichtigste exzitatorische Neurotransmitter im Gehirn. Folglich spielen Glutamat-kontrollierte Rezeptorsysteme eine entscheidende Rolle in neurologischen Vorgängen, wie beispielsweise in Lern- und Gedächtnisprozessen. Gerade der NMDA-Rezeptor ist in eine Vielzahl solcher Vorgänge involviert und wird vor allem mit neurodegenerativen Erkrankungen wie Chorea Huntington, Morbus Alzheimer, Morbus Parkinson und zerebraler Ischämie in Verbindung gebracht. Folglich stellt die Visualisierung des NMDA-Rezeptorstatus eine Möglichkeit dar, den Verlauf solcher Prozesse zu untersuchen.rnDie Positronen-Emissions-Tomographie (PET) ist eine leistungsstarke Anwendung in der molekularen Bildgebung und erlaubt die in vivo-Visualisierung sowie Quantifizierung biochemischer Prozesse. Durch die Verwendung geeigneter Tracer können bestimmte pathologische und neurologische Abläufe beurteilt werden. rnZurzeit sind keine geeigneten PET-Tracer zur Untersuchung des NMDA-Rezeptors verfügbar. Bisher dargestellte PET-Liganden zeichneten sich durch nicht zufriedenstellende Affinitäten und Selektivitäten aus und führten meist auf Grund der hohen Lipophilie zu einem hohen Maß an unspezifischer Bindung. rnDie Strychnin-insensitive Glycinbindungsstelle des NMDA-Rezeptors stellt ein vielversprechendes Target dar, spezifische Liganden für diese Bindungsstelle zu synthetisieren. Hier zeichnen sich einige Verbindungsklassen durch exzellente Affinitäten und Selektivitäten sowie durch vielversprechende in vivo-Eigenschaften aus. rnAuf Grundlage dieser biologischen Daten wurden zwei Substanzen der 2-Indolcarbonsäure, nämlich die 4,6-Dichlor-3-(2-oxo-3-phenylimidazolidin-1-ylmethyl)-1H-indol-2-carbonsäure (MDJ-114) und die (E)-4,6-Dichlor-3-(2-phenylcarbamoylvinyl)-1H-indol-2-carbonsäure (GV150526), als Leitstruktur gewählt. Ferner wurde das 7-Chlor-4-hydroxy-3-(3-phenoxyphenyl)-1H-chinolin-2-on (L-701,324) aus der Substanzklasse der 4-Hydroxy-1H-chinolin-2-one als dritte Leitstruktur gewählt.rnFür diese Substanzen wurden 19F-markierte Analogverbindungen synthetisiert, um als inaktive Referenzverbindungen auf ihre Eignung überprüft zu werden. Hierzu wurde eine Fluorethoxygruppierung im terminalen Phenylring der entsprechenden Leitstruktur eingeführt. Durch Variation der Fluorethoxysubstitution in ortho-, meta- und para-Stellung, konnten die besten Affinitäten in einem kompetitiven Rezeptorbindungsassay durch Verdrängung von [3H]MDL-105,519 bestimmt werden. Als Maß für die Lipophilie wurden die entsprechenden log D-Werte über die HPLC-Methode bestimmt. Basierend auf den Ergebnissen der Evaluierung wurden zwei Derivate identifiziert, welche zur 18F-Markierung genutzt werden sollten (GV150526-Derivat 34: log D = 0,23 ± 0,03, IC50 = 0,20 ± 0,25 µM, Ki = 0,13 ± 0,16 µM; L701,324-Derivat 55: log D = - 0,25 ± 0,01, IC50 = 78 ± 37 µM, Ki = 51 ± 24 µM). Die 18F-Markierung erfolgte durch die Reaktion des entsprechenden Markierungsvorläufers mit dem Markierungssynthon 2-[18F]Fluorethyltosylat, welches durch die Umsetzung von Ethylenditosylat mit [18F]Fluorid hergestellt wurde. Die Radiosynthesen der beiden 18F-markierten Verbindungen [18F]34 (4,6-Dichlor-3-{2-[4-(2-[18F]fluorethoxy)-phenylcarbamoyl]-vinyl}-1H-indol-2-carbonsäure) und [18F]55 (7-Chlor-3-{3-[4-(2-[18F]fluorethoxy)-phenoxy]-phenyl}-4-hydroxy-1H-chinolin-2-on) wurden optimiert sowie semipräparative Abtrennverfahren entwickelt. Beide Tracer wurden auf ihre in vivo-Eignung im µPET-Experiment untersucht. Die Zeitaktivitätskurven lassen erkennen, dass beide Tracer entgegen der Erwartung nicht die Blut-Hirn-Schranke überwinden können. Für das GV150526-Derivat ([18F]34) wurden zusätzlich Autoradiographiestudien durchgeführt. Die erhaltenen Aufnahmen zeigten ein heterogenes Verteilungsmuster der Aktivitätsanreicherung. Ebenso wurde ein hohes Maß an unspezifischer Bindung beobachtet. Möglicherweise sind Cross-Affinitäten zu anderen Rezeptorsystemen oder der recht hohe lipophile Rest des Moleküls hierfür verantwortlich. Ein Grund für die unzureichende Hirngängigkeit der Radioliganden kann sich in der Carboxylatfunktion des GV150526-Derivats bzw. in der 4-Hydroxy-1H-chinolin-2-on-Einheit des L-701,324-Derivats wiederspiegeln. rnAuf Grundlage dieser Resultate können Versuche unternommen werden, für die Verbindungsklasse der 2-Indolcarbonsäuren entsprechende Ester als Prodrugs mit einer verbesserten Bioverfügbarkeit darzustellen. Ebenso können neue Strukturen als Grundlage für neue PET-Tracer untersucht werden.rnrn

Do N-arachidonyl-glycine (NA-glycine) and 2-arachidonoyl glycerol (2-AG) share mode of action and the binding site on the β 2 subunit of GABA A receptors?

NA-glycine is an endogenous lipid molecule with analgesic properties, which is structurally similar to the endocannabinoids 2-AG and anandamide but does not interact with cannabinoid receptors. NA-glycine has been suggested to act at the G-protein coupled receptors GPR18 and GPR92. Recently, we have described that NA-glycine can also modulate recombinant α1β2γ2 GABAA receptors. Here we characterize in more detail this modulation and investigate the relationship of its binding site with that of the endocannabinoid 2-AG.

Modulation of N-methyl-d-aspartate receptor function by glycine transport

The recent discovery of glycine transporters in both the central nervous system and the periphery suggests that glycine transport may be critical to N-methyl-d-aspartate receptor (NMDAR) function by controlling glycine concentration at the NMDAR modulatory glycine site. Data obtained from whole-cell patch–clamp recordings of hippocampal pyramidal neurons, in vitro, demonstrated that exogenous glycine and glycine transporter type 1 (GLYT1) antagonist selectively enhanced the amplitude of the NMDA component of a glutamatergic excitatory postsynaptic current. The effect was blocked by 2-amino-5-phosphonovaleric acid and 7-chloro-kynurenic acid but not by strychnine. Thus, the glycine-binding site was not saturated under the control conditions. Furthermore, GLYT1 antagonist enhanced NMDAR function during perfusion with medium containing 10 μM glycine, a concentration similar to that in the cerebrospinal fluid in vivo, thereby supporting the hypothesis that the GLYT1 maintains subsaturating concentration of glycine at synaptically activated NMDAR. The enhancement of NMDAR function by specific GLYT1 antagonism may be a feasible target for therapeutic agents directed toward diseases related to hypofunction of NMDAR.

Synthese, n.c.a. 18F-Markierung und Evaluierung von Antagonisten der Strychnin-unempfindlichen-Glycinbindungsstelle auf Basis der 4-Amino-5,7-Dichlor-1,2,3,4-Tetrahydro-Chinolin-2-Carbonsäure

ZUSAMMENFASSUNGDer glutamaterge N-Methyl-D-aspartat-Rezeptor (NMDA) ist ein wichtiger ionotroper Rezeptor, der die exzitatorische synaptische Transmission im zentralen Nervensystem von Säugetieren vermittelt. Der NMDA-Rezeptor nimmt unter den Glutamatrezeptoren dabei eine Sonderstellung ein, da er mit einer Reihe von neurodegenerativen Erkrankungen wie dem Morbus Parkinson, dem Morbus Huntington, dem Morbus Alzheimer, der Schizophrenie und der Epilepsie in Zusammenhang gebracht wird. Daher besteht ein großes Interesse an der Entwicklung geeigneter 18F-markierter NMDA-Rezeptorliganden zur nicht-invasiven Visualisierung des NMDA-Rezeptorkomplexes mittels der Positronenemissionstomographie.Die 19F-Analoga ADTC1, tADTC1 und tADTC3 - 5 und das nicht-fluorierte 12C-Analogon tADTC2 wurden synthetisiert und ihre in-vitro Affinität und Lipophilie bestimmt. Mit Ausnahme von ADTC1 und tADTC5 die mikromolare Affinitäten besitzen, haben die Liganden in [H-3]MDL-105,519 Rezeptorbindungsassays niedrige nanomolare Affinitäten für die Glycinbindungsstelle. Die Lipophilie der Verbindungen wurde mit drei verschiedenen Verfahren untersucht und ergab logD7,4-Werte von ungefähr 1 für cADTC1 und tADTC1 – 4, während tADTC5 mit einem logD7,4 von –1,15 eine sehr niedrige Lipophilie aufwies. Die Radiosynthesen der 18F-Liganden wurden hinsichtlich der Umsetzung der Markierungsvorläufer mit 2-[F-18]Fluorethyltosylat oder [F-18]Fluorid untersucht und optimiert. Die höchsten radiochemischen Ausbeuten von ungefähr 90% wurden, unter Verwendung von NaOH als Hilfsbase, bei der 18F-Fluorethylierung von t[F-18]ADTC4 und t[F-18]ADTC5 mit 2-[F-18]Fluorethyltosylat erzielt.

Influence of GABA(A) receptor α subunit isoforms on the benzodiazepine binding site

Classical benzodiazepines, such as diazepam, interact with α(x)β(2)γ(2) GABA(A) receptors, x = 1, 2, 3, 5 and modulate their function. Modulation of different receptor isoforms probably results in selective behavioural effects as sedation and anxiolysis. Knowledge of differences in the structure of the binding pocket in different receptor isoforms is of interest for the generation of isoform-specific ligands. We studied here the interaction of the covalently reacting diazepam analogue 3-NCS with α(1)S204Cβ(2)γ(2), α(1)S205Cβ(2)γ(2) and α(1)T206Cβ(2)γ(2) and with receptors containing the homologous mutations in α(2)β(2)γ(2), α(3)β(2)γ(2), α(5)β(1/2)γ(2) and α(6)β(2)γ(2). The interaction was studied using radioactive ligand binding and at the functional level using electrophysiological techniques. Both strategies gave overlapping results. Our data allow conclusions about the relative apposition of α(1)S204Cβ(2)γ(2), α(1)S205Cβ(2)γ(2) and α(1)T206Cβ(2)γ(2) and homologous positions in α(2), α(3), α(5) and α(6) with C-atom adjacent to the keto-group in diazepam. Together with similar data on the C-atom carrying Cl in diazepam, they indicate that the architecture of the binding site for benzodiazepines differs in each GABA(A) receptor isoform α(1)β(2)γ(2), α(2)β(2)γ(2), α(3)β(2)γ(2), α(5)β(1/2)γ(2) and α(6)β(2)γ(2).

Covalent modification of GABAA receptor isoforms by a diazepam analogue provides evidence for a novel benzodiazepine binding site that prevents modulation by these drugs

Classical benzodiazepines, for example diazepam, interact with alpha(x)beta(2)gamma(2) GABA(A) receptors, x = 1, 2, 3, 5. Little is known about effects of alpha subunits on the structure of the binding pocket. We studied here the interaction of the covalently reacting diazepam analog 7-Isothiocyanato-5-phenyl-1,3-dihydro-2H-1,4-benzodiazepin-2-one (NCS compound) with alpha(1)H101Cbeta(2)gamma(2) and with receptors containing the homologous mutation, alpha(2)H101Cbeta(2)gamma(2), alpha(3)H126Cbeta(2)gamma(2) and alpha(5)H105Cbeta(2)gamma(2). This comparison was extended to alpha(6)R100Cbeta(2)gamma(2) receptors as this mutation conveys to these receptors high affinity towards classical benzodiazepines. The interaction was studied at the ligand binding level and at the functional level using electrophysiological techniques. Results indicate that the geometry of alpha(6)R100Cbeta(2)gamma(2) enables best interaction with NCS compound, followed by alpha(3)H126Cbeta(2)gamma(2), alpha(1)H101Cbeta(2)gamma(2) and alpha(2)H101Cbeta(2)gamma(2), while alpha(5)H105Cbeta(2)gamma(2) receptors show little interaction. Our results allow conclusions about the relative apposition of alpha(1)H101 and homologous positions in alpha(2), alpha(3), alpha(5) and alpha(6) with the position occupied by -Cl in diazepam. During this study we found evidence for the presence of a novel site for benzodiazepines that prevents modulation of GABA(A) receptors via the classical benzodiazepine site. The novel site potentially contributes to the high degree of safety to some of these drugs. Our results indicate that this site may be located at the alpha/beta subunit interface pseudo-symmetrically to the site for classical benzodiazepines located at the alpha/gamma interface.

From ab initio quantum mechanics to molecular neurobiology: A cation–π binding site in the nicotinic receptor

The nicotinic acetylcholine receptor is the prototype ligand-gated ion channel. A number of aromatic amino acids have been identified as contributing to the agonist binding site, suggesting that cation–π interactions may be involved in binding the quaternary ammonium group of the agonist, acetylcholine. Here we show a compelling correlation between: (i) ab initio quantum mechanical predictions of cation–π binding abilities and (ii) EC50 values for acetylcholine at the receptor for a series of tryptophan derivatives that were incorporated into the receptor by using the in vivo nonsense-suppression method for unnatural amino acid incorporation. Such a correlation is seen at one, and only one, of the aromatic residues—tryptophan-149 of the α subunit. This finding indicates that, on binding, the cationic, quaternary ammonium group of acetylcholine makes van der Waals contact with the indole side chain of α tryptophan-149, providing the most precise structural information to date on this receptor. Consistent with this model, a tethered quaternary ammonium group emanating from position α149 produces a constitutively active receptor.