COMBINACIÓN DE DIANAS TERAPÉUTICAS BASADO EN REDES PATOLÓGICAS PARA EL TRATAMIENTO DE LA ENFERMEDAD DE PARKINSON
Rafael León1
1. Instituto de Química Médica, Consejo Superior de Investigaciones Científicas (IQM-CSIC), 28006 Madrid, Spain.
Parkinson’s disease (PD) is the second most prevalent neurodegenerative disease. Currently, there are only symptomatic treatments available that do not stop the progression of the disease, highlighting the need of innovative therapies. Selective loss of dopaminergic neurons, along with the presence of α-synuclein protein deposits, are considered main events in PD. The development of this neuropathology arises from the complex interaction between different altered molecular pathways such as protein homeostasis, mitochondrial function, oxidative stress, calcium homeostasis, axonal transport and neuroinflammation, among others. Therefore, the wide spectrum of physiological functions regulated by transcription factor Nuclear factor-erythroid 2 p45-related factor 2 (NRF2) makes it a promising target for the development of new treatments for complex multifactorial diseases as PD. NRF2 is involved in the control of several cytoprotective genes related, among other processes, to oxidative stress, inflammation and protein homeostasis, which are altered in PD. Considering these precedents, we have designed a novel family of NRF2 inducers with complementary activities. These compounds are designed to include monoamine oxidase B (MAO-B) enzyme selective inhibition, also involved in the control of oxidative stress.
We performed an optimization program in several stages, including a virtual screening approach, to improve the potency and drug-like properties of the novel compounds. Novel N-(1H-indol-5-yl)cinnamamide derivatives exhibited an overall improved pharmacological profile, with increased NRF2 induction potency, MAO-B selectivity. They also demonstrated enhanced neuroprotective capacity, with decreased cellular toxicity, maintaining the complementary antioxidant and anti-inflammatory properties observed with the former compounds. Additionally, N-(1H-indol-5-yl)cinnamamide family hit compound was able to reduce α-synuclein levels in dopaminergic cells stably overexpressing this protein, showing a significant activation of proteasomal degradation and macroautophagy lysosomal pathways. In summary, we have developed new series of multitarget melatonin derivatives. We were able to optimize the pharmacological profile of the novel compounds as part of a multi-stage medicinal chemistry program to finally obtain a promising hit compound for the treatment of PD.
Acknowledgments:
We thank Ministerio de Ciencia e Innovación (AEI Ref: PID2021-123481OB-100) and Comunidad de Madrid y Fondos estructurales de la UE (Ref: P2022/BDM-7230).
DEVELOPMENT OF NOVEL NRF2 INDUCERS AND α7-nAChR MODULATORS FOR THE TREATMENT OF ALZHEIMER´S DISEASE
Enrique Crisman1,2,5, Sheila Abril1, Laura Vozmediano1, Mireille Rossel3, Nicolas Cubedo4, Jean-Charles Liévens4, Pauline Tarot4, Esteban Daudén2 and Rafael León5
1. Instituto Teófilo Hernando y Departamento de Farmacología y Terapéutica, Facultad de Medicina. Universidad Autónoma de Madrid, 28029 Madrid, Spain.
2. Instituto de Investigación Sanitaria La Princesa (IIS-IS), Hospital Universitario de la Princesa, 28006 Madrid, Spain.
3. MMDN, Univ Montpellier, EPHE, INSERM, UMR_S1198, PSL Research University, Montpellier, France.
4. MMDN, Univ Montpellier, EPHE, INSERM, Montpellier, France.
5. Instituto de Química Médica, Consejo Superior de Investigaciones Científicas (IQM-CSIC), 28006 Madrid, Spain.
La enfermedad de Alzheimer (EA) es un trastorno neurodegenerativo y la principal causa de demencia, así como la sexta causa de muerte en todo el mundo. A pesar de la extensa investigación, actualmente no hay ningún fármaco que pueda detener la progresión de la enfermedad, lo que convierte la búsqueda de tratamientos efectivos en un gran desafío del siglo XXI. Aunque a etiología de la EA no es del todo comprendida, se cree que varios eventos degenerativos, incluyendo el estrés oxidativo (EO), la neuroinflamación, la disfunción mitocondrial, la dishomeostasis de calcio y la desregulación de la autofagia, contribuyen a la enfermedad. Estos procesos están estrechamente interconectados, lo que destaca la naturaleza multifactorial de la EA. Como resultado, los ligandos dirigidos a múltiples surgen como una estrategia prometedora para su tratamiento. Dos posibles dianas para estas moléculas son la activación del factor de transcripción NF-E2 p45-related factor 2 (NRF2), que desempeña un papel clave en la defensa celular contra el EO, así como en la regulación de los procesos autofágicos, la inflamación y la proteostasis; y la modulación del receptor nicotínico de acetilcolina α7 (α7-nAChR), relacionada con la disminución de la producción de péptido β-amiloide, la reducción de la hiperfosforilación de tau, la disminución de la neuroinflamación y una menor pérdida de memoria a corto plazo en modelos in vivo de EA.
En este estudio, hemos sintetizado y evaluado una nueva familia de compuestos inductores de NRF2 y moduladores selectivos del α7-nAChR. Estos compuestos ejercen un efecto neuroprotector en modelos in vitro de estrés oxidativo e hiperfosforilación de tau. Sin embargo, los compuestos evaluados fueron identificados como sustratos de los sistemas de efluxión de la barrera hematoencefálica (BHE) en estudios de distribución cerebral in vivo.
En base a estos resultados, se seleccionó un compuesto hit de esta familia para su modificación con el fin de aumentar su potencia como modulador del α7-nAChR y reducir su reconocimiento por los sistemas de efluxión de la BHE. Mediante modelado de homología, docking y simulaciones de dinámica molecular, hemos predicho el modo de unión del compuesto hit al α7-nAChR. Mediante este estudio, se identificaron regiones del compuesto que no son participan en la unión al receptor y, por tanto, son susceptibles de modificación. Usando un programa de optimización paralela basado en cribado virtual de fragmentos y el empleo del algoritmo CNS-MPO, se obtuvieron dos nuevas familias de compuestos con mejores propiedades teóricas. Los nuevos derivados mantienen su actividad frente ambas dianas y presentan un mejor perfil farmacológico, incluyendo un mayor efecto neuroprotector contra el estrés oxidativo y la hiperfosforilación de tau, así como propiedades antiinflamatorias in vitro. En base a estos resultados, el compuesto B4 fue seleccionado para su evaluación in vivo utilizando dos líneas de pez zebra (Danio rerio) que expresan la proteína tau humana con las mutaciones P301L y A152T, que promueven la hiperfosforilación de tau y producen una alteración a nivel comportamental. El tratamiento con B4 a una concentración de 3 µM fue capaz de rescatar parcialmente las alteraciones comportamentales características de ambos modelos. Estos resultados sugieren que el compuesto B4 tiene un potencial prometedor como agente terapéutico para el tratamiento de taupatías como la EA.
DRUG DEVELOPMENT FOR MULTIPLE SCLEROSIS: SYNTHESIS, IN VITRO AND IN VIVO CHARACTERIZATION OF A NOVEL Nrf2 INDUCER
P. Michalska1,2, Ángel Cores2, Izaskun Buendia1, Pablo Duarte1,3, José C. Menéndez2, Manuela G. López1 and Rafael León3
1. Instituto Teófilo Hernando y Departamento de Farmacología y Terapéutica, Facultad de Medicina. Universidad Autónoma de Madrid, 28029 Madrid.
2. Departamento de Química Orgánica y Farmacéutica, Facultad de Farmacia Universidad Complutense, 28040 Madrid.
3. Instituto de Química Médica, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, (IQM-CSIC), 28006 Madrid. E-mail: rafael.leon@uam.es.
Multiple sclerosis (MS) is an autoimmune, demyelinating and neurodegenerative disease. Treatment options are scarce, and have side effects that cause abandonment of treatment, leading to a disease progression. The pathology of the disease is related to exacerbated oxidative stress that, in turn, induces an aggravated inflammatory process causing the development of new lesions observed in MS. Therefore, novel medicinal chemistry strategies are directed to reduce oxidative stress and decrease the neuroinflammatory process observed, as key targets that could halt the disease progression.
Based on these observations, our drug discovery program led to the identification of an Nrf2 inducer, compound ITH13001, as possible drug candidate for the treatment of MS. However, the chemical instability of the compound hindered its preclinical development. In this work, we have modified the structure of compound ITH3001 in order to ameliorate its drug-like properties. The pharmacological evaluation of the novel derivative showed that the compound preserves the activities on the targets described for compound ITH13001. In addition, novel compound showed and excellent safety profile.
Finally, we have evaluated our optimized derivative in an in vivo model of MS, the EAE model. Preliminary in vivo results showed ability of this novel compound to reduce the score of the disease in orally treated mice, thus reinforcing its positioning as a novel potential oral treatment for MS.