@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}
}