Singulärer N⁺/Si-Austausch im Molekülgerüst allosterischer Modulatoren vom Alkan-Bisammonium-Typ

Abstract

Muskarinische Acetylcholin-Rezeptoren zählen zu den G-Protein gekoppelten Rezeptoren und besitzen neben der Acetylcholin-Bindungsstelle, die auch als orthosterische Bindungsstelle bezeichnet wird, ein weiteres spezifisches Haftareal, die allosterische Bindungsstelle. Über diese kann die Bindung eines orthosterischen Liganden moduliert werden. Zu den besonders intensiv untersuchten Modulatoren zählen die Verbindungen vom Alkan-Bisammonium-Typ, die aufgrund ihrer Eigenschaften als „typische Modulatoren“ klassifiziert werden. Der Haupt-vertreter dieser Gruppe ist W84 [N,N’-Bis[3-(1,3-dihydro-1,3-dioxo-2H-isoindol-2-yl)-propyl]-N,N,N’,N’-tetramethyl-1,6-hexan-diammoniumdibromid], bedingt durch die zwei quartären Stickstoffe könnte sein Verteilungsmuster im Organismus jedoch ungünstig sein. Voruntersuchungen zeigten, dass der Austausch eines quartären Stickstoffes durch ein Silizium-Atom ohne Verlust der allosterischen Wirkqualität möglich ist (Daiss et al. (2002) Organome-tallics, 21:803-811). Das Silizium-Analogon von W84, TD2 [{6-[Dimethyl-(3-phthalimido-propyl)silyl]hexyl}-dimethyl-(3-phthalimidopropyl)ammoniumbromid], war der erste Vertreter der Silizium-haltigen Verbindungen. <br /> Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit sollten die Struktur-Wirkungs-Beziehungen der Silizium-haltigen Modulatoren anhand von vierzehn Vertretern charakterisiert werden, die sich von TD2 vor allem durch die Modifikation der lateralen Phthalimid-Reste unterscheiden. Es wurden Radioligand-Bindungsstudien mit [³H]N-Methylscopolamin ([³H]NMS) an M2-Rezeptoren unter Verwendung von Membransuspensionen aus Hausschwein-Herzventrikel-Gewebe durchgeführt. Die Affinität zu [³H]NMS-besetzten Rezeptoren ist von den strukturellen Variationen an TD2 weitgehend unabhängig, solange der quartäre Stickstoff und zumindest ein lateraler aromatischer Rest erhalten bleibt. Die Affinität zu freien Rezeptoren wird hingegen stärker verändert, sie scheint im Vergleich zu TD2 mit zunehmender Größe der lateralen Reste geringer zu werden. Nahezu alle getesteten Silizium-haltigen Modulatoren mit einem aromatischen Rest auf der Silizium-Seite des Moleküls erhöhten die [³H]NMS-Bindung, diese positive Kooperativität ist im Vergleich zu TD2 zumeist signifikant stärker ausgeprägt. Der Vergleich dieser Struktur-Wirkungs-Beziehungen mit denen der strukturanalogen Alkan-Bisammonium-Modulatoren ergab deutliche Unterschiede. Der N+/Si-Austausch hat die allosterische Interaktion mit dem Rezeptorprotein offenbar grundlegend geändert.<br /> Im zweiten Teil der Arbeit wurde die Rezeptor-Interaktion von fünf ausgewählten Silizium-haltigen Modulatoren mittels gentechnisch veränderten humanen Muskarin-Rezeptoren näher untersucht. Es war bekannt, dass die M2/M5-Selektivität von W84 an [³H]NMS-besetzten Rezeptoren vollständig auf die beiden Aminosäuren M2 177Tyrosin und M2 423Threonin zurück-zuführen ist (Voigtländer et al. (2003) Mol Pharmacol, 64:21-31). Es zeigte sich, dass die beiden getesteten Epitope in keinem Fall die M2/M5-Selektivität der Silizium-haltigen Modulatoren vollständig erklären können. Die unterschiedlichen Struktur-Wirkungs-Beziehungen beider Modulator-Klassen gehen also einher mit einer verschiedenartigen Abhängigkeit von den Aminosäuren des Rezeptorproteins. <br /> Die Versuchsergebnisse führen zu der Schlussfolgerung, dass die Silizium-haltigen Verbin-dungen der Gruppe der „atypischen muskarinischen allosterischen Modulatoren“ zuzuordnen sind. Da über die molekularen Mechanismen atypischer allosterischer Wechselwirkungen mit Muskarin-Rezeptoren zur Zeit wenig bekannt ist, dürften die vorliegenden Silizium-haltigen Modulatoren nützliche Forschungswerkzeuge sein, um einen tieferen Einblick zu erhalten.