Sviluppo di nuovi ligandi fluorescenti quale strumento per l'esplorazione del sito di legame e relative cavità del recettore nicotinico

The nicotinic acethylcholine receptors (nAChRs) are expressed throughout CNS and PNS, where they exert essential roles in numerous physiological processes. Consequently therapeutic intervention in nAChR signaling has proven beneficial in numerous disorders. The nAChR assemble as pentamers; homomeric or heteromeric depending on subunit composition. 17 different nAChR subunits have been identified giving rise to a large number of subtypes characterized by different CNS expression patterns as well as distinct synaptic distribution. This provides the basis for subtypes selective targeting, and thereby development of ligands as pharmacological tool and thee basis for optimized therapeutic properties. [1] In recent years, highly valuable insight into the molecular architecture of the LGIC receptor complex has been obtained. High-resolution cryo-microscopy images of the Torpedo marmorata nAChR have elucidated the molecular structure of the ion channel domain if the LGICs. Futhermore, several high-resolution X-ray structure of Ach-binding proteins (AChBPs) from bacteria and various snails, which display significant amino acid sequence homologies with the ligand binding domain (LBD) of the LGICs, represent excellent templates for homology models of the LBD of the LGICs. The present project is focused on the synthesis of four α4β2 selective fluorescent probes for the investigation of the orthosteric binding site and the associated cavities. It is based on resolved crystal structures of the α4β2 preferring nAChR agonists DMABC and 1-(pyridine-3-yl)-1,4-diazepane (1) that reveal possible cavities associated to the orthosteric binding site. This project carried out one f the two synthetic schemes because of some critical steps; for this reason the study of alternative synthetic strategies are still in progress.

I recettori nicotinici sono espressi largamente sia nel SNC sia nel SNP, dove svolgono ruoli essenziali in numerosi processi fisiopatologici. Di conseguenza, interventi terapeutici sulla trasmissione del segnale dei recettori nicotinici ha comprovati benefici in numerose patologie. Questi recettori sono costituiti da cinque subunità, e possono essere omopentamerici o eteropentamerici in base alla loro composizione. Sono stati identificati 17 tipi di subunità differenti dando origine ad un elevato numero di isoforme caratterizzate da differenti modelli d'espressione del SNC e da una distinta distribuzione sinaptica. Ciò fornisce le basi per un targeting selettivo, mirato alle isoforme, quindi uno sviluppo di molecole attive farmacologicamente e le basi per migliorare le proprietà terapeutiche.[1] Negli ultimi anni, numerose e importanti informazioni sulla architettura molecolare dei recettori ionotropi sono state ottenute. Immagini ad altà risoluzione crio-microscopica del recettore nicotinico del Torpedo marmorata hanno chiarito la struttura molecolare del dominio del canale ionico dei recettori ionotropi. Inoltre, strutture ad alta risoluzione a raggi X di alcune proteine leganti acetilcolina ottenute da batteri e varie lumache, che mostrano omologie strutturali significative nella sequenza aminoacidica con il dominio di legame del ligando dei recettori ionotropi, sono diventati ottimi modelli di studio. Questo progetto è volto alla sintesi di quattro molecole fluorescenti selettive per l'isoforma α4β2 utili per lo studio del sito di legame e delle tasche associate ad esso. Si basa su strutture cristallografiche di agonisti dell'isoforma α4β2 del recettore nicotinico: DMABC e 1-(piridin-3-il)1,4-diazepina (1), che rivelano la presenza di tasche associate al sito di legame. Durante il progetto, svolto in collaborazione con l'università di Copenhagen, è stato sintetizzato uno dei quattro target a causa di alcuni passaggi critici; per questo motivo gli studi sono ancora in corso.