Novel mono- and dimeric melatonin analogues as subtype selective melatonin receptor ligands

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Synthese von Liganden der Melatonin-Rezeptoren (MR). Die zwei humanen MR-Subtypen, MT1 und MT2, gehören zur Familie der G-Protein-gekoppelten Rezeptoren. Als „Schlafhormon“ wirkt es schlafinduzierend und vermittelt den circadianen Rhythmus. Zum genauen Verständnis der physiologischen Funktionen der MT1- und MT2-Rezeptoren ist die Verfügbarkeit von subtypselektiven MR-Liganden unentbehrlich. Zum Design von MT2-selektiven MR-Liganden modifizierte man die Melatonin-Grundstruktur durch formale Substitution in 2-Stellung, z.B. mit dem 2-Methylen-N-methyl-anilin- oder 2-Methylen-1´-indol-Rest. Weiterhin wurden trizyklische Derivate mit 1,2,3,4-Tetrahydro-pyrazino[1,2-a]indol- oder 2,3,4,5-Tetrahydro-1H-[1,4]diazepino[1,2-a]indol-Grundgerüst hergestellt. Das Synthesekonzept für dieses Teilprojekt basierte auf dem Synthesebaustein 3-Cyanomethyl-5-methoxy-1H-indol-2-carbonsäure. Da bislang nur wenige MT1-selektive MR-Liganden bekannt sind, wurde zur Untersuchung der Voraussetzung für MT1-Selektivität, die 5-Methoxygruppe von Melatonin formal durch Phenylalkyloxy-Reste verschiedener Kettenlängen substituiert. Die Synthese der Derivate erfolgte ausgehend von N-Acetylserotonin. Als Referenzverbindung wurde der bis heute MT1-selektivste MR-Antagonist (Descamps-Francois et al. 2003) hergestellt. Zu dessen Synthese benötigte man Agomelatin als Ausgangsverbindung. Eine neuartige vierstufige Route zu Agomelatin wurde daher entwickelt. Die Testung der Referenzverbindung ergab eine drastische Abweichung vom Literaturwert, da diese als nahezu unselektiv getestet wurde. Unter den O-Phenylalkyl-N-Acetylserotonin-Derivaten wurden zwei Verbindungen mit einer 11-fachen MT1-Selektivität getestet. Zur Absicherung der Reinheit wurden die Verbindungen mit RP-HPLC untersucht. Schließlich wurden noch melatoninerge Dimere mit einem 1-1´, 1-2´ und 5-5´ Verknüpfungsmuster hergestellt.The present work is focused on the synthesis of ligands of melatonin receptors (MR). The two human MR subtypes, MT1 and MT2, belong to the family of G-protein-coupled receptors. As a “sleep hormone”, it induces sleep and also moderates the circadian rhythm. An accurate characterization of melatonin receptor-mediated functions requires MT1 and MT2 selective ligands. In order to design MT2-selective MR-ligands the melatonin scaffold was formally substituted in 2-position, for example with methylen-N-methyl-aniline- or methylen-1´-indole. Furthermore, tricyclic derivatives with the 1,2,3,4-tetrahydro-pyrazino[1,2-a]indole- or 2,3,4,5-tetrahydro-1H-[1,4]diazepino[1,2-a]indole-scaffold were synthesized. The synthetic concept based on the useful building block 3-cyanomethyl-5-methoxy-1H-indole-2-carboxylic acid. While many series of MT2-selective agents are known, the design of MT1-selective agents still is a challenge. A common structural feature of MT1-selective ligands is the presence of a bulky hydrophobic substituent linked to an alkyl chain in a position topologically equivalent to the MeO-group of melatonin. In order to probe the melatonin receptors for MT1-selectivity, a series of melatonin analogues obtained by the replacement of the ether methyl group with phenylalkyl substituents was prepared. The derivates were synthesized from N-acetylserotonine as a starting compound. The most MT1-selective MR-antagonist (Descamps-Francois et al. 2003) was synthesized additionally as a reference compound. Therefore we need agomelatine as starting material, which could be received from our newly developed four-step route. Surprisingly, the reference compound displayed a much lower affinity for the MT1 receptor than reported earlier. In the homologous series of melatonin analogs, the compound with Ph(CH2)3- and PhO(CH2)3-groups were the most MT1-selective agents, revealing that a C3-spacer is optimal to generate MT1-selectivity. Finally, three series of dimeric melatonin analogues, with a 1-1´-, 1-2´- and 5-5´-junction patter were prepared