Des chercheurs découvrent de nouveaux dérivés de la spiroindolin-1,2-diazépine au potentiel thérapeutique anti-Alzheimer

Dans une étude récente publiée dans Rapports scientifiquesles chercheurs ont conçu des dérivés de spiro indolin-1,2-diazépine substitués ‘5a–v’ avec des activités inhibitrices de la cholinestérase (ChE) en tant qu’agents anti-maladie d’Alzheimer (MA).

Arrière-plan

Les dysfonctionnements de la transmission cholinergique et la réduction des neurotransmetteurs acétylcholine sont deux caractéristiques moléculaires majeures de la MA. L’action catalytique de l’enzyme acétylcholinestérase (AChE) réduit l’étendue de la présence d’acétylcholine dans le cortex cérébral et l’hippocampe.

L’augmentation de la butyrylcholinestérase (BChE) au cours des derniers stades de la MA compense la réduction de l’AChE. Pourtant, l’hydrolyse induite par l’AChE et la BChE raccourcit la durée de l’acétylcholine dans le système nerveux central (SNC), entraînant des déficits psychologiques liés à la MA.

Ainsi, les inhibiteurs de la cholinestérase qui améliorent la transmission cholinergique pourraient potentiellement fonctionner comme thérapeutiques de la MA. Ici, il est important de noter qu’à mesure que la maladie d’Alzheimer progresse, les médicaments couramment utilisés, le donépézil, la galantamine, la rivastigmine et la tacrine, deviennent de moins en moins efficaces.

À propos de l’étude

Dans la présente étude, les chercheurs ont utilisé des réactions multicomposantes séquentielles à quatre composants (MCR) en un seul pot pour produire les composés cibles via la chimie verte, c’est-à-dire des processus et des technologies qui génèrent moins de déchets et d’émissions environnementales car ils utilisent des solvants non toxiques, tels que que l’éthanol et l’eau.

Les chercheurs ont utilisé différentes techniques spectroscopiques pour confirmer les structures de tous ces nouveaux dérivés. Ils ont utilisé la méthode d’Ellman pour les études cinétiques de l’AChE à cinq concentrations différentes de composé 5l et un substrat d’acétylthiocholine.

Ensuite, l’équipe a examiné le potentiel inhibiteur de tous les dérivés contre l’AChE et la BChE. De plus, l’équipe a réalisé des études de simulation cinétique, d’amarrage moléculaire et de dynamique moléculaire (DM) des dérivés les plus puissants pour mieux comprendre leur comportement contre les enzymes AChE et BChE.

Les simulations MD ont aidé les chercheurs à comprendre l’effet et les perturbations structurelles de 5l sur le site enzymatiquement actif de l’AChE. Ainsi, ils ont également analysé l’écart quadratique moyen (RMSD) de l’AChE pour évaluer la stabilité du complexe protéine-ligand. Enfin, ils ont examiné la neurotoxicité des inhibiteurs de ChE les plus performants contre la lignée cellulaire de neuroblastome SH-SY5Y.

Résultats

L’équipe a utilisé une stratégie d’hybridation moléculaire pour concevoir des inhibiteurs à double liaison de l’AChE (composé B) et différents dérivés de l’oxindole (composé C). L’indolinone occupe les poches ChE et la diazépine cyclique contenant N interagit avec les résidus du site actif ChE. Dans le premier cas, le dérivé le plus puissant présentait une puissance 32 fois supérieure à celle du donépézil ; ce dernier a montré des puissances AChE et BchE prometteuses.

Ils ont également synthétisé le triazolo fusionné[1,4]diazépines (composé D) en tant qu’agents anti-AD et dérivés de benzodiazépine-1,2,3-triazole (composé E) comme inhibiteurs de la cholinestérase. Ces composés cibles ont présenté une bonne inhibition de l’AChE et des activités inhibitrices sélectives contre la BChE.

L’équipe a testé différents solvants pour des réactions séquentielles à quatre composants, dont l’éthanol est apparu comme le meilleur solvant. Ensuite, ils ont déterminé les conditions de réaction optimales pour former 5a-v. Ils ont utilisé une gamme de 1,1-ènediamines (EDAM) et de dérivés d’isatine structurellement divers pour découvrir la portée et l’efficacité de la réaction.

L’équipe a synthétisé 17 dérivés de spiro indolin-1,2-diazépine (5a–v), qui a montré divers degrés d’inhibition de la ChE in vitro. Ils ont effectué des études de relation structure-activité (SAR) et les ont classées en cinq types en fonction du type de substitutions à la position R1. Les résultats de l’étude cinétique ont confirmé que 5l était un inhibiteur de l’AChE de type mixte.

Les études d’amarrage ont aidé les chercheurs à comprendre le mécanisme par lequel 5l lié les enzymes cibles. Sa poche de liaison avait une profondeur d’environ 20 angströms (Å) et comprenait une poche de site d’activité catalytique (CAS).

L’analyse d’amarrage moléculaire a révélé que les dérivés présentaient une activité inhibitrice de l’AChE plus élevée, avec des scores d’amarrage compris entre -11,390 et -8,475 kcal/mol. Relativement, l’activité inhibitrice de BChE était plus faible, avec des scores d’amarrage compris entre -8,181 et -5,272 kcal/mol. En poursuivant leurs recherches, les chercheurs ont découvert que de puissants inhibiteurs de l’AChE interagissaient avec les deux poches critiques d’AChE, l’acide aspartique (Asp)⁷⁴ situé dans la poche du site anionique périphérique (PAS) et l’histidine (His)⁴⁴⁷ au sein de la triade catalytique.

Composé 5l a interagi favorablement avec le site de liaison AChE, réduisant ainsi la flexibilité des résidus d’acides aminés PAS et de tous les résidus dans la poche CAS. Ainsi, les valeurs globales de RMSF étaient inférieures pour l’AChE-5l complexe que la forme apo de l’enzyme.

De plus, le composé 5l n’ont montré aucune toxicité aux concentrations testées, même à une concentration aussi élevée que 50 µM. Il présentait une faible concentration inhibitrice demi-maximale (IC₅₀) contre AChE est égal à 3,98 ± 1,07 µM.

conclusion

Les chercheurs ont utilisé une approche verte et efficace de synthèse séquentielle à quatre composants pour concevoir une nouvelle série de 17 composés anti-AD, tous étant des dérivés de spiro indolin-1,2-diazépine. Le protocole d’étude utilisait des substrats facilement disponibles, une filtration simple et des techniques de lavage, qui minimisaient la consommation de solvant.

In vitrocomposés 5l et 5j ont montré une puissante inhibition de l’AChE et de l’AChE et du BChE, respectivement, avec des IC50 respectives = 3,98 ± 1,07 µM) et 20,89 ± 2,96 µM et 17,37 ± 3,29 µM. De plus, le composé 5l ont montré une inhibition de type mixte et aucune neurotoxicité jusqu’à une concentration de 50 µM dans la lignée cellulaire de neuroblastome SH-SY5Y. Dans l’ensemble, ce composé est apparu comme une piste précieuse qui mérite des investigations plus approfondies.