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Ⅰ.Cyclophilin D Inhibitors to block Ab-mediated mPTP formation for Alzheimer's Disease & Synthesis and Bioassay of MAO-B Inhibitors for Treating Parkinson's Disease Ⅱ. Synthesis and Bioassay of MAO-B Inhibitors for Treating Parkinson’s Disease

초록/요약

Part 1 알츠하이머병(Alzheimer’s Disease)은 퇴행성 뇌질환으로 아직 알츠하이머병을 완전히 치료할 수 있는 치료법은 없으며, 단지 알츠하이머병으로 인해 나타나는 증세를 완화시키거나 진행 정도를 늦추는 약물의 개발을 위한 연구가 계속되고 있다. 본 연구에서는, 알츠하이머병의 수 많은 발병요인들 중에 amyloid beta(A)에 중점을 두고, A의 주요 타겟이 되는 뇌 세포 속의 미토콘드리아와의 연관성에 대해 연구하였다. 축적된 A가 미토콘드리아 내의 사이클로필린 D(cyclophilin D, CypD)와 결합하여 미토콘드리아 막에 미토콘드리아 전이통로(mitochondrial permeability transition pore, mPTP)를 형성하게 되고, 칼슘 및 여러 용질들의 비선택적 출입이 가능하게 하여 미토콘드리아의 구조 파괴를 야기시켜 종국에는 세포 손상과 사멸을 일으킨다고 알려져 있다. 그러므로, mPTP의 형성을 막는 CypD 저해제의 개발로 인해 미토콘드리아의 기능과 구조 이상을 막음으로써 알츠하이머병의 진행단계를 늦출 수 있을 것이라고 예상하고 본 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 CypD와 구조적 동일성이 90% 이상인 CypA의 저해제로 알려진 피리딜-유레아(pyridyl-urea) 구조를 기본 골격으로 다양한 유도체 총 27개를 합성하였다. 합성한 화합물들의 생물학적 활성은 JC-1 검정과 ATP 검정, MTT 검정을 수행하였다. 화합물 4b의 경우 JC-1 검정 값이 57%로 높은 값은 아니지만, ATP 검정 결과 103%, MTT 검정 결과 130%로 CypD 저해제로서 미토콘드리아 기능을 회복시키며 세포 독성이 없는 것으로 나타나, 앞으로 보다 다양한 구조활성 상관관계 연구를 통해 알츠하이머 병 치료제의 후보물질로 개발하고자 한다. Part 2 파킨슨병(Parkinson’s Disease)은 느린 운동, 정지 시 떨림, 근육 강직, 질질 끌며 걷기, 굽은 자세와 같은 파킨슨 증상들을 특징으로 하는 진행형 퇴행성 뇌질환이다. 모노아민산화효소는 MAO-A와 MAO-B의 두 가지 이성질체의 형태를 가지는데 MAO-B는 도파민과 같은 모노아민을 분해하여 알데하이드와 암모니아 그리고 과산화수소를 생성한다. 파킨슨병을 가진 환자의 뇌 속에 과도하게 축적된 MAO-B가 활성이 되어 암모니아와 과산화수소가 뇌 속에 축적이 되면 이것이 세포 독성을 나타내어 신경세포의 사멸을 초래하게 되는 것이다. MAO-B에 의해서 뇌 속의 도파민의 농도가 감소하고 이를 통해 궁극적으로는 신경세포가 파괴되어 파킨슨 병과 같은 질병이 생기게 된다. 그러므로 이를 치료하기 위해 근본적인 원인이 되는 MAO-B의 활성을 억제함으로써 도파민의 감소를 막고 이차적인 세포사멸을 막을 수가 있을 것이라는 가정을 세워 선택적인 MAO-B 저해제를 개발하기 위한 연구를 시작하였다. 옥사졸로피리딘과 싸이아졸로 피리딘의 중심구조를 가지는 화합물 51개를 합성하여 기존에 MAO-B 저해제로 알려진 셀레길린(selegiline)과 함께 생물학적 활성실험을 수행하였다. 그 결과 7개의 화합물의 IC50 값이 수 십 nM 수준으로 좋은 활성을 나타내었고, 그 중 KDDG00286, KDDG00285, KDDG00287 이 각각 7.3nM, 8.3nM와 8.7nM로 셀레길린(IC50 = 9.7nM)과 비슷한 활성을 나타내는 것을 확인 할 수 있었다. 또한 이 화합물이 MAO-B에만 선택성을 가지는지 MAO-A에 대한 활성을 확인해본 결과 MAO-A에는 활성이 거의 없는 것을 확인함으로써 7개의 화합물이 MAO-B를 선택적으로 저해함을 증명할 수 있었다. 앞으로 파킨슨병 동물모델에서 in vivo 실험을 통해 활성을 확인을 한다면 셀레길린이 가진 부작용을 최소화 할 수 있는 효과적인 MAO-B 저해제 후보물질을 개발 할 수 있을 것이라 기대하고 있다.

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초록/요약

Part 1 Alzheimer’s disease is a progressive neurodegenerative disorder in aged people and the pathogen is known as amyloid beta (Ab) with different slicing. Ab oligomers localize to mitochondria and interfere with normal mitochondrial functions resulting in overproduction of reactive oxygen species, inhibition of respiration and ATP productionand damage of mitochondrial structures. Calcium homeostasis is very important for cell survival, but Ab oligomers induce mitochondrial calcium overload, resulting in the opening of mitochondrial permeability transition pores (mPTPs), which allows influx of cytosolic molecules in to the mitochondrial matrix, increases the matrix volume and disrupts the mitochondrial outer membrane, resulting in destruction of mitochondrial functions and cell death. Cyclophilin D is thought to regulate the opening of the mPTP because cyclospirin A(CsA), an inhibitor of CypD, inhibits the pore opening. CypD inhibitors may block mPTP opening, resulting in protecting mitochondrial functions and structures and then possibly retarding Alzheimer’s disease progress. In this study, we designed and synthesized new cyclophilin D inhibitors and we biologically evaluated whether those compounds recover Ab-induced mitochondrial dysfunction through JC-1 assay, ATP production assay and cell viability assay. Among total 27 compounds synthesized, the compound 4 shows good activities with 9%~57% inhibitions in JC-1 assay. Compounds with good inhibitory activities were further biologically evaluated through Ab-suppressed mitochondrial ATP production assay and cell viability. The compound 4b fully recovered ATP production power suppressed by Ab. The compounds 4d and 4k partially recovered ATP production power, while the compounds 4a, 4f, 4n and 4o could not recover but more suppress mitochondrial ATP production power. The cell viability results were good for all the compounds with 75%~130% survival. From all three assay results, the compound 4b is the most promising agent to block Ab-mediated mPTP and recover ATP production power with good cell viability. Based on this study, we will further continue on the massive SAR (structure-activity relationship) study to obtain better pharmacological profiles with in vivo activity in Alzheimer’s disease animal model. Part 2 Parkinson’s disease (PD) is a gradually progressive, degenerative neurologic disorder which typically impairs the patient’s motor skills, speech, writing, as well as some other functions. There is no current cure for Parkinson’s disease and the treatment focuses on alleviating symptoms. Monoamine oxidase(MAO) catalyses the oxidative deamination of a range of monoamines, including serotonin(5-HT), histamine and catecholamines such as dopamine, noradrenaline and adrenaline. Monoamine oxidase B(MAO-B) acts in the brain to degrade dopamine. Levels of MAO-B are increased in the brains of people with Parkinson’s disease as a consequence of gliosis. Therefore, the use of MAO-B inhibitors as dopamine-sparing agents or as adjuncts to L-dopa was considered as a treatment for Parkinson’s disease. In this study, we have synthesized and biologically evaluated oxazolopyridine and thiazolopyridine derivatives as potential MAO-B inhibitors. We have identified several compounds showing high inhibitory activities against MAO-B. Among those, KDDG00286, KDDG00285, and KDDG00287 show excellent activities with IC50 values of 7.3 nM, 8.3 nM, and 8.7 nM, respectively, comparing with the well-known MAOB inhibitor, selegiline with an IC50 value of 9.6 nM. And also, those compounds have biologically evaluated against MAO-A and show only marginal inhibitory activities against MAO-A. Based on this study, our selective MAO-B inhibitors can be further developed as potential therapeutic agents for Parkinson’s disease.

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