FARMACI NICOTINICI ACh = Acetilcolina AChE = Acetilcolinesterasi CHT = Trasportatore della colina Lo stadio limitante nella sintesi dell’acetilcolina è costituito dal trasportatore della colina O + NMe3 H3C O ACETILCOLINA Sir H.Dale, 1914 H HO 3 4 5 1 O 2 MUSCARINA Amanita muscaria 2S,4R,5S S + NMe3 N CH3 N NICOTINA Nicotiana tabacum (S)-(-) PROPRIETA' CONFORMAZIONALI La molecola dell'acetilcolina è molto flessibile. Le varie conformazioni possono essere descritte dai valori dei quattro angoli di torsione: 0 1 2 3 O CH3 H N C H + CH3 O 0 2 1 3 H CH3 La conformazione biologicamente attiva è probabilmente: trans-trans ( 1 = 2 = 180°) Deduzione ottenuta dalla diversa attività di analoghi rigidi: - selettivo muscarinico - lieve attività nicotinica OCOCH3 H + NMe3 OCOCH3 S 2 1 H 3 2 NMe3 + TRANS: attiva 1S,2S - (+) >100 + di 1R,2R - (-) 1 H H 3 CIS: inattiva I recettori nicotinici sono selettivamente stimolati (agonisti) oltre che dalla S(-)-nicotina anche da: Me + N Me Me +N N Me Me DMPP 1,1-Dimetil-4-fenil-piperazinio (Agonista dei gangli) PTMA Feniltrimetilammonio (Agonista della Placca motrice) e bloccati (antagonisti) da: + + Me3N (CH2)6 NMe 3 + + Me3N (CH2)10 NMe 3 ESAMETONIO (Antagonista gangliare) DECAMETONIO (Antagonista muscolatura scheletrica) - I recettori muscarinici sono attivati (agonista) selettivamente dalla muscarina e bloccati (antagonista) selettivamente da: N CH3 CH2OH OCO CH C6H5 ATROPINA Atropa Belladonna I recettori nicotinici e muscarinici differiscono oltre che per l’affinità verso differenti agonisti e antagonisti anche per molti altri aspetti: localizzazione funzione architettura molecolare meccanismi biochimici connessi con la loro attivazione RECETTORI NICOTINICI I recettori nicotinici sono recettori a canale ionico (quattro domini transmembranali e cinque subunità) e la loro attivazione provoca il flusso degli ioni Na+, K+, Ca++ attraverso la membrana cellulare secondo il gradiente di concentrazione. NEURONALI N1 o NN 1 - Gangli del sistema simpatico e parasimpatico 2 - CNS MUSCOLARI N2 o NM Giunzione neuromuscolare Azione diretta (Agonisti) Nicotino-mimetici Azione indiretta (Anticolinesterasici) Farmaci Nicotinici Antinicotinici CARATTERISTICHE E CLASSIFICAZIONE DEI RECETTORI NICOTINICI Nomenclatura muscolare gangliare neuronale CNS neuronale 7 Agonisti PTMA DMPP - - Antagonisti -bungaro- neosurugaTossina tossina neosurugatossina -bungarotossina Inibitori del canalea decametonio esametonio gallamina mecamilammina esametonio mecamilammina Effettore canale canale + + 2+ Na /K /Ca Na+/K+/Ca2+ canale Na+/K+/Ca2+ canale Na+/K+/Ca2+ Struttura primariab subunità subunità multiple; multiple; pentamero: 3 e 4 (1)21 (1)21 subunità multiple; pentamero: (4)2(2)3 subunità multiple; 7 - a Ad oggi sono state clonate 17 subunità che sono state divise in tipo muscolare [α1, β1, δ, γe ε (nel feto)] e in tipo neuronale (α2-α10 e β2-β4) Considerando le strutture dei geni e le somiglianze della sequenza proteica, le subunità sono state raggruppate in 4 famiglie I-IV Epipedobates Tricolor Maggiociondolo nome scientifico: Cytisus Laburnum. NM 6.5 nm 14 nm 7 nm Ligand Gated Channels Family 1 – GABAA 5HT3, nAChR Drug site H 3' 4 1' N N N 5' H 2 N = o > attività della Nicotina per recettori centrali H H3C H O N Ferruginina affinità per recettori nicotinici centrali R N O Anatossina-a Anabaena flos-agnae più potente di Ach e Nicotina sia per recettori centrali che periferici H3C H3C H3C N N O O R Isoarecolone Arecolone attività comparabile alla Nicotina per recettori centrali H H 2' N N 5' N 2 Cl N 14 MODIFICHE STRUTTURALI EFFETTUATE SULL'ANELLO PIRROLIDINICO DELLA NICOTINA (CH2)n + N N N CH3 n = 1-4 n = 1 10> n = 3,4 10-30< R (R = H, C2H5, n-C3H7) diminuzione 3' CH3 H3C = perif. 4' CH3 5' 2' N R CH3 R = H , CH3 5' N N CH3 CH3 N trans > cis attività nicotinica R = C3H7 ottimo 3' R CH3 N N N H CH3 CH3 R R = H , CH3 attività nicotinica (CH2)n O O CH3 N N H N (CH2)n H n=1,2 -2 n = 1 5x10 nM -2 n = 2 15x10 nM L'anello piridinico, che si ripete inalterato in tutti i derivati, non è indicato. nAchR modulators neuronal nAChR ligands, Abbott Preclinical dev. RJR-2429R, J Reynolds Tobacco Co (S)-nicotine, Endovasc Stanford University ABT-089, Abbott Laboratories Phase 2 Clinical SIB-1553A, SIBIA Neurosciences Inc DERIVATI SOTTOPOSTI A SPERIMENTAZIONE CLINICA O NH N O N CH3 N Cl ABT-418 TEBANICLINA Sviluppato come analgesico per il dolore neuropatico. Lo sviluppo clinico è stato arrestato da effetti collaterali a livello della muscolatura gastrointestinale E' stato sottoposto a saggi clinici per migliorare la sintomatologia di AD. Recentemente la sperimentazione clinica è stata sospesa. O N R N N Me2N O N R = H, Me alta selettività per il sottotipo affinità nel range nM N HN H N Ar N N VARENICLINA (CHANTIX) O selettivi per Approvato dal FDA nel 2006 per disassuefazione da nicotina Agonista parziale e agonista pieno FARMACOFORO NICOTINICO c N + a O CH3 Distanza a-b: 7.3-8.0 Å Distanza a-c: 6.5-7.4 Å bâc: 30.4-35.8° N b • Interazione tra un sito anionico del recettore (a) ed un atomo di azoto protonato del ligando. • Un legame a idrogeno fra un donatore di legame a idrogeno localizzato sul recettore (b) e un accettore di legame a idrogeno sul ligando. • Un’interazione fra un sistema p (anello eteroaromatico o gruppo carbonilico) del ligando (c) e un sistema di elettroni p o un residuo carico positivamente localizzati nel ‘binding site’ del recettore. • Un’interazione p-catione fra un residuo aromatico (Trp-149) del ‘binding site’ del recettore e l’atomo di azoto protonato del ligando. • Interazioni steriche positive e negative localizzate sulla parte alifatica ed eteroaromatica del ligando. MODIFICHE STRUTTURALI APPORTATE ALLA STRUTTURA DELL'ACh modifica del ponte etilenico modifica della funzione acetossilica modifica della testa cationica O CH3 + N H3C O CH3 CH3 5.9 A° O CH3 H + N C CH3 O CH3 H H CH3 CH3 N+ CH3 P+ CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 + S As+ CH3 CH3 CH3 Attività nicotinica decrescente CH3 N CH3 CH3 N H CH3 CH3 NH2 NH3 CH3 C2H5 CH3 CH3 N CH3 CH3 CH3 N CH3 C2H5 N C 2H 5 C2H5 N C2H5 C2H5 O R1 CH3 N H C O CH3 CH3 H R2 H R1 EPMR (retto di rana) H H 1 H CH3 CH3 H R2 Ach + 180 2 O CH3 H N C + CH3 O CH3 H H Eliminando o sostituendo il ponte etereo non si hanno importanti variazioni di attività Aumentando la lunghezza della catena si ha diminuzione di attività CH3 N R + CH3 O CH3 I composti con R = C2H5 , nC3H7 , nC4H9 , CH2=CH hanno la stessa attività dell'acetilcolina (CH2)n + NMe3 Acetilcolina n=1 n=2 n=3 n=4 EPMR (retto di rana) 1 9.3 1.1 0.38 Antagonista ANTAGONISTI DEI RECETTORI NICOTINICI neuronali GANGLIOPLEGICI placca motrice CURAROSIMILI PACHICURARI LEPTOCURARI ANTAGONISTI DEI RECETTORI NICOTINICI NEURONALI GANGLIOPLEGICI Bloccano la trasmissione dell'impulso nervoso sia della via simpatica che della via parasimpatica. Gli effetti sul sistema simpatico sono più marcati. Per tale ragione i gangloplegici venivano usati come antiipertensivi. Effetti collaterali: - riduzione generalizzata del tono simpatico e parasimpatico - secchezza delle fauci - inibizione motilità intestinale - ritenzione urinaria Composti con attività ganglioplegica - I sali bis-ammonici quaternari danno inibizione competitiva C2H5 C2H5 + N CH3 H3C C2H5 (CH2)5 C2H5 TEA Tetraetilammonio + Me3N N+ +N Pentolinio + NMe3 (CH2)6 Esametonio - Le ammine terziarie danno inibizione non competitiva NHCH3 H3C H3C CH3 N CH3 CH3 CH3 Pempidina CH3 CH3 Mecamilammina RECETTORE DEI GANGLI 5.3 A° + Me3N - CH3 O sito anionico secondario O - sito anionico Me3N + NMe3 + PENTAMETONIO RECETTORE PLACCA MOTRICE 10.6 A° + Me3N sito anionico - O CH3 sito anionico secondario O NMe3 + Me3N + DECAMETONIO O O Me3N + O O SUCCINILCOLINA = SUXAMETONIO NMe3 + PACHICURARI (non depolarizzanti) competitivi BLOCCANTI NEUROMUSCOLARI CURAROSIMILI LEPTOCURARI (depolarizzanti) non competitivi PACHICURARI H3CO +N HO CH3 CH3 Cl- O OH O Cl- H N+ OCH3 H3C d-tubocurarina cloruro 20-40 volte più potente dell'enantiomero l Chondodendron tormentosum CH3 +N R OCOCH3 + OCH2CH2NEt3 N+ CH3 H3C 3I- + OCH2CH2NEt 3 + OCH2CH2NEt3 H3COCO R = CH3 Pancuronio R=H Vecuronio Gallamina O CH3 O CH3 N CH3 O N+ H H Br- H CH2 H O CH3 Rapacuronium Br 1999 - Bloccante neuromuscolare non depolarizzante - Utilizzato come coadiuvante di anestetici generali CONOTOXINS G-E---L-Q--N-Q--L-I-R--K-S-N* Conantokins: NMDA Antagonists G-CC-S-N-P-V-C-H-L-E-H-S-N-L-C* -Conopeptides: nAChRs Antagonists C-K-G-K-G-A-K-C-S-R-L-M-Y-D-CC-T-G-S-C-R-S-G-K-C* -Conopeptides: Calcium Channel Blockers Marketed drug: ZICONOTIDE (Prialt) R-D-CC-T-O-O-K-K-C-K-D-R-Q-C-K-O-Q-R-CC-A* Conus snails -Conopeptides: Sodium Channel Blockers -Conotoxin subfamilies MII -GI G-CC-S-N-P-V-C-H-L-E-H-S-N-L-C* E-CC-N-P-A-C-G-R-H-Y-S-C* 4/7-conotoxins block neuronal nAChRs 3/5-conotoxins block muscular nAChRs The primary structures of more than 100 conotoxins have been determined and classified into gene superfamilies. The -conotoxins are competitive antagonists of nAChRs. Proprietà farmacologiche, insorgenza, durata d’azione e metabolismo degli antagonisti nicotinici muscolari riportati nell’Informatore Farmaceutico Italiano (1996) Farmaco (Specialità medicinale) Meccanismo d’azione Insorgenza dell’azione (minuti) Durata d’azione (minuti) Metabolismo Sussametonio cloruro (Midarine, Myotenlis) depolarizzante 1-1,5 6-8 idrolisi da colinesterasi plasmatiche Atracurio besilato (Tracrium) competitivo 2-4 30-40 degradazione di Hofmann; idrolisi da colinesterasi plasmatiche Mivacurio cloruro (Mivacron) competitivo 2-4 12-18 idrolisi da colinesterasi plasmatiche Pancuronio bromuro (Pavulon) competitivo 4-6 120-180 metabolismo nel fegato e clearance; eliminazione renale Vecuronio bromuro (Norcuron) competitivo 2-4 30-40 metabolismo nel fegato e clearance; eliminazione renale Pipecuronio bromuro (Arduan) competitivo 2-4 80-100 metabolismo nel fegato e clearance; eliminazione renale SINTESI PANCURONIO O OCOCH3 CH3 CH3COO C CH2 O + HgSO4 H3C CH3 CO3H Cl OCOCH3 O O N N O HN HO NaBH4 COCH3 OH O N N N N Ac2O/Py HO CH3OCO COCH3 O N + 2 CH3Br CH3OCO N CH3 + CH3 2 Br -