@phdthesis{Teichgraeber2004,
  author    = {Teichgr{\"a}ber, J{\"u}rgen},
  title     = {Aminosubstituierte Terphenyle als neue Leitstruktur f{\"u}r allostere Modulatoren muscarinischer M2-Acetylcholinrezeptoren},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-8571},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2004},
  abstract  = {Die muscarinischen Rezeptoren sind ein wichtiger Bestandteil des parasympathischen Nervensystems. Sie geh{\"o}ren zur großen Gruppe der G-Protein-gekoppelten Rezeptoren, die nach ihrer Verwandtschaft in drei große Klassen eingeteilt werden k{\"o}nnen. Die muscarinischen Rezeptoren geh{\"o}ren zur Klasse A, den rhodopsin{\"a}hnlichen Rezeptoren. Durch die im Jahr 2000 vorgenommene Aufkl{\"a}rung der hochaufl{\"o}senden R{\"o}ntgenkristallstruktur des Rinderrhodpsins und die hohe Aminos{\"a}uresequenz{\"a}hnlichkeit der G-Protein-gekoppelten Rezeptoren hat man eine sehr gute Modellvorstellung {\"u}ber den Aufbau der G-Protein-gekoppelten Rezeptoren. Die Rezeptoren bestehen aus sieben transmembranalen Helices, die von drei intrazellul{\"a}ren und drei extrazellul{\"a}ren Loops stabilisiert werden. Bis heute konnten f{\"u}nf Rezeptorsubtypen gentechnisch klassifiziert werden, die sich durch ihre Gewebeverteilung und Funktion unterscheiden. Allen Subtypen ist eine hohe Sequenzhomologie im Bereich der orthosteren Bindungsstelle gemeinsam, so dass die Entwicklung von subtyp-spezifischen orthosteren Liganden sehr schwierig ist. Außer der orthosteren Bindungsstelle konnte noch eine weitere Bindungsstelle am muscarinischen Rezeptor identifiziert werden. Diese befindet sich weiter außerhalb im Rezeptor in einem Bereich, der {\"u}ber die f{\"u}nf Rezeptorsubtypen nicht sehr stark konserviert ist, so dass die Entwicklung von subtyp-spezifischen Liganden m{\"o}glich ist. An dieser zweiten Bindungsstelle binden allostere Modulatoren. Hierbei handelt es sich um Substanzen, die ohne den orthosteren Liganden keinen Effekt am Rezeptor ausl{\"o}sen, daf{\"u}r aber die Gleichgewichtsbindung des orthosteren Liganden beeinflussen k{\"o}nnen. Der Einfluss auf die Gleichgewichtsbindung geschieht wechselseitig und kann positiv, neutral oder negativ kooperativ sein. Zus{\"a}tzlich {\"u}ben allostere Modulatoren einen Effekt auf die Dissoziation des orthosteren Liganden aus. Die meisten bisher gefunden allosteren Modulatoren erniedrigen die Dissoziationsgeschwindikeit des orthosteren Liganden vom Rezeptor. Die Summe dieser Eigenschaften machen die allosteren Modulatoren sehr interessant f{\"u}r die Arzneimitteltherapie. Das Ziel dieser Arbeit war die Synthese strukturell neuer allosterer Modulatoren des muscarinischen Rezeptors unter Anwendung des postulierten Pharmakophormodells. Als Ausgangspunkt sollten gel{\"a}nderhelicale Molek{\"u}le dienen, die strukturell abgewandelt dieses Pharmakophormodell sehr gut erf{\"u}llen. Die gel{\"a}nderhelicalen Molek{\"u}le {\"a}hneln in ihrem dreidimensionalen Aufbau dem Gel{\"a}nder einer Wendeltreppe. Sie sind durch die Br{\"u}cken zwischen den aromatischen Bereichen sehr rigide Molek{\"u}le, so dass es nur wenige genau definierte Konformationen gibt. Grunds{\"a}tzlich k{\"o}nnen drei Atropisomere unterschieden werden, wobei zwei zueinander enantiomer sind. Geplant war die Synthese eine Reihe von terti{\"a}ren Aminen oder quart{\"a}ren Ammoniumsalzen. Die Synthese der Ausgangsverbindung konnte nach der Vorschrift von Kiupel erfolgen, war aber nur mit geringer Ausbeute m{\"o}glich. Deshalb wurde dieser Syntheseweg nicht weiterverfolgt. Als Alternative bot sich an, auf die Br{\"u}cken zwischen den aromatischen Ringen zu verzichten. Die so entstandenen Verbindungen sind weniger rigide und k{\"o}nnen sich deshalb gegebenenfalls besser an den Rezeptor anpassen. Grunds{\"a}tzlich k{\"o}nnen je nach Substitutionsmuster zwei Synthesewege verfolgt werden. Beide Varianten erf{\"u}llen das postulierte Pharmakophormodell. Der Aufbau des Grundger{\"u}stes erfolgt mittels einer nickelkatalysierten Grignard-Kupplung. Danach erfolgen eine Wohl-Ziegler-Seitenkettenbromierung und eine Verl{\"a}ngerung der Seitenkette im Sinne einer Alkylierung mittels Malons{\"a}urediethylester und einer Hilfsbase. Anschließend erfolgen die Decarboxylierung und die Umsetzung zum Amid, das zum Amin reduziert werden kann. Betrachtet man die Lage der Pharmakophorelemente so variiert der Abstand der positiv geladenen Stickstoffe je nach Konformation zwischen 5 {\AA} und 15 {\AA}, so dass ein weiter Bereich abgedeckt werden kann. Der Abstand der aromatischen Bereiche bleibt relativ stabil. Die pharmakologische Testung der Verbindungen auf ihre allostere Potenz und Affinit{\"a}t zum muscarinischen Rezeptor erfolgte in der Arbeitsgruppe von Prof. Mohr in Bonn. Hierzu werden Membranhomogenate vom Herzventrikelgewebe des Hausschweines verwendet. Diese enthalten mit großer Pr{\"a}valenz muscarinische M2-Rezeptoren. Es wurden Gleichgewichtsbindungs- und Dissoziationsexperimente durchgef{\"u}hrt. Bis jetzt sind noch nicht alle Verbindungen getestet worden. Die bisher getesteten Verbindungen weisen alle eine Affinit{\"a}t zum mit [3H]-N-Methylscopolamin besetzten muscarinischen M2-Rezeptor im mikro-molaren Bereich auf. Sie liegen damit im oberen Bereich der bisher synthetisierten allosteren Modulatoren. Das postulierte Pharmakophormodell konnte also mit Hilfe der synthetisierten Substanzen best{\"a}tigt werden.},
  subject      = {Muscarinrezeptor},
  language  = {de}
}
@phdthesis{KittisakSripha2003,
  author    = {Kittisak Sripha,},
  title     = {NOVEL HETEROCYCLIC RING SYSTEMS DERIVED FROM CARACURINE V AS LIGANDS FOR THE ALLOSTERIC SITE OF MUSCARINIC M 2 RECEPTORS},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-6841},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2003},
  abstract  = {Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Gebiet allosterischer Modulation des muscarinischen M2 Rezeptors. Allosterische Liganden beeinflussen das Bindungsverhalten eines orthosterischen Liganden (Agonisten oder Antagonisten) an die klassische Bindungsstelle des muscarinischen Rezeptors, indem sie seine Affinit{\"a}t entweder erh{\"o}hen(positive Kooperativit{\"a}t) oder erniedrigen (negative Kooperativit{\"a}t). Die allosterische Bindungsstelle befindet sich extrazellul{\"a}r am Eingang der Rezeptor-Bindungstasche. Sie ist weniger konserviert als die orthosterische Bindungsdom{\"a}ne, die tiefer im Rezeptorkanal zwischen den sieben transmembranalen Dom{\"a}nen lokalisiert ist. Demzufolge ist die Entwicklung subtyp-spezifischer allosterisch wirkenden Liganden leichter als subtypspezifischer Agonisten oder Antagonisten. Die Subtypselektivit{\"a}t kann dar{\"u}ber hinaus {\"u}ber unterschiedliche Kooperativit{\"a}ten zwischen dem orthosterischen und allosterischen Liganden an verschiedenen muscarinischen Subtypen erreicht werden. Ein am M1-Rezeptor mit Acetylcholin positiv kooperativer allosterer Modulator, der sich an anderen muscarinischen Subtypen neutral kooperativ verh{\"a}lt, k{\"o}nnte z.B. f{\"u}r die Therapie von Morbus Alzheimer eingesetzt werden. Bisquart{\"a}re Ammoniumsalze des Strychnos-Alkaloids Caracurin-V geh{\"o}ren zu den potentesten allosterischen M2-Liganden. Die relative Stellung der aromatischen Indolringe und der Abstand zwischen den positiv geladenen Stickstoffatomen (ca. 10) in dem sehr starren Caracurin-V-Ringsystem definieren den Pharmakophor f{\"u}r potente allosterische Modulatoren. Caracurin-V-Salze sind strukturell sehr verwandt mit den starken Muskelrelaxantien Toxiferin-I und Alcuronium und besitzen vermutlich selbst neuromuskul{\"a}r-blockierende Eigenschaften, was ihre Anwendung in der pharmakologischen Forschung einschr{\"a}nken w{\"u}rde. Reduktion des Caracurin-V-Ringsystems auf die wesentlichen Pharmakophorelemente k{\"o}nnte zu allosterisch wirksamen Verbindungen mit vernachl{\"a}ssigbarer muskelrelaxierender Wirkung f{\"u}hren. Ziel dieser Arbeit war die Synthese und pharmakologische Testung von Derivaten eines neuen, von Caracurin V abgeleiteten, heterocyclischen Ringsystems. Das neue gew{\"u}nscht 6,7,14,15-Tetrahydro[1,5]diazocino[1,2-a:6,5-a]-diindole-Ringsystem(6) wurde in einer intermolekularen N-Alkylierung von zwei Molek{\"u}len Bromethylindol 5 aufgebaut. Die Ausgangsverbindung 5 konnte aus dem Indolylessigs{\"a}uremethylester 3 durch Reduktion der Estergruppe zum Alkohol und anschließende Substitution durch Brom dargestellt werden. Der bekannte Ester 3 wurde ausgehend von Tryptamin erhalten. Die dreistufige Synthese umfasste N-Dibenzylierung, Einf{\"u}hrung der Malonestergruppe am C-2 von Indol und anschließende Demethoxycarbonylierung. Die Totalsynthese des neuen Pentacyclus ist im Schema 24 dargestellt. Die 3D-Struktur des neuen Ringger{\"u}stes konnte mit Hilfe von NMR-Spektroskopie und semiempirischen Rechnungen (AM1) aufgekl{\"a}rt werden. Verbindung 6 liegt in L{\"o}sung in einer verdrehten Wanne-Konformation mit unsymmetrisch angeordneten Seitenketten vor. Um den Einfluss der Seitenkettenl{\"a}nge des neuen Ringsystems auf die allosterische Wirksamkeit zu untersuchen, war es geplannt, die Ethylamin-Gruppen durch Methylamin-Einheiten zu ersetzen. Der entsprechende Syntheseplan bestand darin, das unsubstituierte Ringsystem in einer doppelten Mannich-Reaktion zu aminomethylieren. Der Ausgangsstoff f{\"u}r die Dimerisierung, Bromethylindol 32, wurde aus Indol-2-carbons{\"a}ure hergestellt. Die Synthese umfasste folgende Reaktionsschritte: Reduktion der Carboxylgruppe und Benzoylierung des resultierenden Alkohols, nucleophile Substitution mit Kaliumcyanid, alkalische Hydrolyse des Cyanids zu Indolacetessigs{\"a}ure, erneute Reduktion zum Alkohol und abschließende Substitution mit Brom. Da Dimerisierungsversuche von 32 nur zur Bildung des HBr-Eliminierungsproduktes 33 f{\"u}hrten, wurde das entsprechende Tosylat als Ausgangsstoff eingesetzt. {\"U}berraschenderweise entstand nicht das erwartete Diazocinodiindol-Ringger{\"u}st, sondern ausschließlich ein isomeres, noch nicht bekanntes 6,7,14,15-Tetrahydro-15aH-azocino[1,2-a:6,5-b]diindol-Ringsystem 35. Die Bildung des neuen unsymmetrischen Ringsystems ist auf den ambidenten Charakter des Indolylanions zur{\"u}ckzuf{\"u}hren, das entweder am Sticksoff oder an C3 alkyliert werden kann. Umsetzung von 35 nach Mannich lieferte das bisaminoalkylierte Produkt 37, neben einer kleinen Menge der monoalkylierten Verbindung 36. Die Totalsynthese des zweiten Ringsystems ist im Schema 25 dargestellt. Um potentere Verbindungen zu erhalten, wurden beide Endstufen 6 bzw. 37 mit Methyliodid zu 14 bzw. 38 quaternisiert. 37 wurde zus{\"a}tzlich mit Allylgruppen zu 39 substituiert. Die pharmakologische Testung von 14, 37, und 38 erfolgte {\"u}ber Radioligandbindungsstudien an Membransuspensionen der Herzventrikel des Hausschweins. Der allostere Effekt der Testverbindungen wurde {\"u}ber die Hemmung der Dissoziation von [3H]-N-Methylscopolamin([3H]-NMS) von den damit ges{\"a}ttigten Rezeptoren gemessen. Die erhaltenen EC50,diss-Werte geben die Konzentration des allosteren Modulators an, bei der die [3H]-NMS-Dissoziation auf die H{\"a}lfte des Kontrollwertes reduziert ist. Sie sind ein Maß f{\"u}r die Affinit{\"a}t der Testsubstanzen zur allosterischen Bindungsstelle des M2 Rezeptors. F{\"u}r die einzige Verbindung mit dem Diazocinodiindole-Ringsystem 14 wurde ein EC50,diss-Wert von 54 nM gemessen. Da 14 {\"u}ber vier Benzylsubstituenten verf{\"u}gt, kann seine Bindungsaffinit{\"a}t am besten mit der von Dibenzylcaracurinium-Dibromid verglichen werden, die ganz {\"a}hnlich ist (69 nM). Aufgrund der Tatsache, dass die Verkleinerung des NSubstituenten am Caracurin-V-Ger{\"u}st zur erheblichen Steigerung der allosterischen Potenz f{\"u}hrte, ist zu erwarten, dass der Austausch der volumin{\"o}sen Benzylgruppen von 14 durch z.B. Methyl- oder Allylsubstituenten, eine deutliche Affinit{\"a}tssteigerung bewirken w{\"u}rde. Damit scheint die allosterische Potenz des neuen Ringsystems mindestens genauso gut zu sein, wie die von Caracurin V. Die beiden Vertreter des Azocinodiindol-Ringsystems, 38 und 39, sind bereits mit den Gruppen substituiert, die die beste allosterische Potenz bei dem Caracurin-V-Ringsystem zeigten (Methyl- und Allyl). Ihre EC50,diss-Werte (35 nM f{\"u}r 38, 48 nM f{\"u}r 39) sprechen jedoch f{\"u}r eine ca. 4-fach schw{\"a}chere Bindungsaffinit{\"a}t als die der entsprechenden Caracurine, was vermutlich auf einen anderen Abstand zwischen den quart{\"a}ren Stickstoffatomen und eine andere relative Stellung der Indolaromaten in den beiden Ringsystemen zur{\"u}ckzuf{\"u}hren ist. Anders als die entsprechenden Caracurin-V-Salze, sind 38 und 39 negativ kooperativ mit dem Antagonisten [3H]NMS. Zusammenfassend l{\"a}sst sich feststellen, dass von den beiden neu synthetisierten heterocyclischen Ringsystemen das direkt von Caracurin V abgeleitete Tetrahydro- [1,5]diazocino[1,2-a:6,5-a]diindol eine bessere und vielversprechende Leitstruktur f{\"u}r die Entwicklung neuer potenter allosterischen Liganden des M2-Rezeptors darstellt. Weitere synthetische Arbeiten an dem Ringsystem wie z.B. Variation des Sticksstoffsubstituenten und der Seitenkettenl{\"a}nge sollten zu einer Steigerung der Bindungsaffinit{\"a}t in den subnanomolaren Bereich f{\"u}hren. Dar{\"u}ber hinaus sind die Ergebnisse der pharmakologischen Testung an dem muskul{\"a}ren Typ des nicotinischen Acetylcholinrezeptors abzuwarten.},
  subject      = {Muscarinrezeptor},
  language  = {en}
}