Ⅰ. 신규 T-type 칼슘채널 차단제로서 피페라진, 피페리딘, 아자바이사이클 유도체의 합성과 생리활성 연구 Ⅱ. mGluR1 길항제로서 유도체 합성 및 생리활성 연구

Abstract

Chapter Ⅰ. T-타입 칼슘채널 억제제 합성 및 생리활성 연구 T-type Ca2+ Channel 이 간질, 통증, 고혈압 등의 치료에 관련이 있다. 선택적 T-type Ca2+ channel blocker로 처음 시판된 mibefradil (Posicor)이 예상하지 못한 부작용으로 인하여 시장에서 회수되었다. 하지만 신경병증성 통증 치료제에 대한 수요는 급증하고 있다. 따라서 좋은 선택성과 높은 생물학적 활성도를 지닌 새로운 구조를 갖는 저분자 화합물의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 기존의 화합물의 Ligand Based Drug Design (LBDD)을 통하여 얻어진pharmacophore 의 화학적 특성 연구를 통해 기존의 화합물 구조를 modified하여 piperazine, piperidine azbicyclic 화합물 유도체를 설계하고 pharmrcophore를 만족시키는 치환체로 구성된 building block을 선정하여 조화합성 방법으로 총 45개의 화합물을 합성하였다. 구축된 library는 T-type Ca2+ channel에 대한 in vitro (α1G % inhibition, α1G IC50, hERG IC50, solubility, N-type IC50), PK (pharmacokinetic property), in vivo (neuropathic pain animal model) 등의 생체활성 시험이 수행되었다. Piperazine 화합물의 경우 benzamide 화합물의 활성이 다른 sulfonamide 와 amine 화합물의 활성보다 높았다. 그 중 KKCS01008의 in vitro생체활성 시험 결과 α1G channel에 대해 80.43% inhibition, hERG IC50는 8.23±1.05 μM, N-type IC50 는 19.83±1.04 μM 을 보여 전체적으로 좋은 활성과 선택성을 나타내었다. 하지만human hepatic microsomes stability의 불안정과 PK의 bioavailability(F) 값이 2.34%로 낮아 in vivo 시험에서 통증 경감 효과를 나타내지 않았다. 반면, KKCS02007의 경우 KKCS01008보다 낮은 in vitro 활성과 선택성(α1G channel에 대해 66.05% inhibition, hERG IC50는 1.10±0.20 μM)을 가지고 있으나, human hepatic microsomes stability에서 높은 안정성을 보여주고, PK의 bioavailability(F) 값이 34.22%로 높아지면서 in vivo 에서 다소 유의성은 떨어지지만 대조군인 Gabapentin과 유사한 활성 및 cold allodynia에서는 더 좋은 활성을 보여 주었다. Azabicycles유도체 화합물의 경우 in vitro 생체활성은 α1G channel에 대해 50% 이상의 inhibition을 갖은 화합물은 KKCS03001, KKCS03006이며, 기존의 화합물보다 낮은 활성으로 더 이상의 생체실험을 진행 하지 않았다. 본 연구 결과 합성된 화합물들을 토대로 T-type Ca2+ channel에 높은 선택성을 가지는 선도물질을 찾기 위한 연구가 계속 진행 중에 있다. Chapter Ⅱ. mGluR1 길항제 합성 및 생리활성 연구 본 연구에서 신경병성 통증 치료제로서 mGluR1에 선택적인 길항제 개발을 최종목표로 이미 J. Med. Chem. 2008, 51, 634-647 에 나와있는 화합물의 활성을 기반으로 mGluR1 와 pain 의 영향을 알아보기 위해 동일한 화합물을 합성하였다. 화합물의 구조는 mGluR1의 7 TM 영역의 염기서열이 유사한 bovine rhodopsin상동모델의 X-ray 결정 구조를 기초로 하여 설계되었다. mGluR1 antagonists 에 선택적 subtype과 활성을 얻기 위해서 small polar acceptor group으로 cyano group 을 치환 하였다. 또한 오른쪽 아랫부분은 hydrophobic 이나 aromatic region은 mGluR1에 활성을 가질 중요한 요소 중 하나로 phenyl piperazine, cycloheylamine을 이용하여 구조를 고정하였다. 왼쪽은 hydrophobic region에 dimethyl을 구성하였다. 디자인된 6개의 화합물 합성하여 mGluR1, mGluR5 가 발현된 chem-3, HEK293세포의 칼슘농도를 FDSS 6000로 측정하여 생리학적 활성을 조사하였다. 그 결과 KKCS04 series는 mGluR5보다 mGluR1에 선택적인 활성을 보였으며, Type B의 경우가A보다 높은 활성을 보였다. 하지만 대조군인 PCTC2000보다는 좋은 활성을 보이는 화합물은 없었다. 이중 KKCS04005의 신경병증성 통증에 대한 in vivo 실험을 수행하였고 이 결과 가 대조군인 gabapentin에 비해 mechanical allodynia에서 40% 효과를 보였다. 본 연구 결과 합성된 화합물들을 토대로 mGluR1에 높은 선택성을 가지는 선도 물질을 찾기 위한 연구가 계속 진행 중에 있다. ;Chapter Ⅰ. Ca2+ channels are associated with hormone secretion, muscle contraction, synaptic transmission and gene expression. T-type Ca2+ channel is identified as potential drug target for treatment of various disease such as cardiovascular diseases, epilepsy, canner and neuropathic pain. T-type Ca2+ channel blockers have been researched on a great number of field. Therefore, we tried to study on the drug development, which is active on T-type Ca2+ channel with good selectivity as a neuropathic pain therapy. Neuropathic pain may be due to lesions or diseases affecting the somatosensory system. it may be associated with abnormal sensation called dysesthesia, which occur spontaneously and allodynia that occur in response to external stimuli. To develop selective T-type Ca2+ channel blockers, a focused small molecule library was designed based on the 3D pharmacophoer model constructed with known T-type Ca2+ channel blockers. We have synthesized piperazine, piperidine and azabicycles analogues as potential T-type calcium channel blockers. On this base we synthesized 45 new compounds and measured their in vitro activity (% inhibition), plasma and microsomal stability, toxicity test (hERG IC50), selectivity (N-type IC50), PK (pharmacokinetic property) and in vivo (neuropathic pain animal model) bioactivity test. As a result, the compound KKCS01008 shows the highest in vitro efficacy with 80.43% inhibition of Ca2+ current at 10 μM and hERG IC50 values are 8.23±1.05 μM. However, KKCS01008 did not show in vivo efficacy in the behavior test of neuropathic pain rat model, which is probably due to the microsomal instability of KKCS01008. The compound KKCS02007 shows good in vivo efficacy as well as in vtiro efficacy. It is necessary to further optimize this compound to discover a new therapeutic candidate for neuropathic pain. Based on this study, more extensive SAR (structure activity relationship) study is in progress. Chapter II. Glutamate is the most widely distributed in the central nervous system and is the major excitatory neurotransmitter. It was found that glutamate receptor modulator has been associated with induction and maintenance of the pain in animal models of neuropathic pain. In this study, we investigated the development of neuropathic pain treatments by developing new antagonists targeting mGluR1. The metabotropic glutamate receptor belongs to G protein-coupled receptors (GPCRs). GPCRs represent a large protein super family that plays an important role in many physiological and pathophysiological processes. The essential pharmacophore elements based on the structure-activity relationship information, a hydrophobic or hydrophobic/aromatic substituent with a fixed geometry is one of the main elements to achieve potency for mGluR1. To obtain potent and subtype-selective mGluR1 antagonists, a small acceptor group, ideally a cyano group, seems to be essential. Within the saturated ring close to the carbonyl group, the presence of hydrophobic substituents is beneficial. We synthesized 6 compounds and measured their in vitro activities (% inhibition) against mGluR1 and 5 A. Among them, we selected one compound, which was subjected to in vivo experiment using neuropathic pain animal model. As a result, KKCS04005 shows the highest in vitro efficacy with 85.32% inhibition of Ca2+current at 10 μM. KKCS04005 effectively reduced mechanical allodynia in the neuropathic pain animal model, but the in vivo efficacy was only 40% compared to the activity of the control compound, gabapentin. On the basis of these results, we need to further modify the structure of this series in order to identify a novel drug candidate for neuropathic pain.