Synthesis of new multifunctional compounds with beta-secretase and butyrylcholinesterase inhibitory activity with hydroxyethyleneamine pharmacophore

Teoretyczna część niniejszej pracy opisuje podstawowe informacje na temat choroby Alzheimera: przyczyny i patomechanizm choroby oraz obecnie stosowane leki w terapii. Następnie opisana jest koncepcja liganda wielofunkcyjnego wraz z jego zaletami w porównaniu z terapią wielolekową. Część teoretyczna opisuje też przykłady ligandów wielofunkcyjnych, które wykazały działanie na różne cele biologiczne istotne z punktu potencjalnej terapii choroby Alzheimera. Zgodnie z celem pracy otrzymano serie nowych związków z farmakoforem hy-droksyetylenoaminowym o potencjalnym działaniu hamującym butyrylocholinoesterazę (BuChE) oraz beta-sekretazę (BACE1). Seria ta obejmowała 3 pochodne amidowe 3-(trifluorometylo)benzyloaminy oraz pochodną aminową. W części opisującej badania własne przedstawiono opis przeprowadzonych syntez oraz oznaczenie aktywności bio-logicznej wobec cholinoesteraz otrzymanych związków finalnych (seria I) oraz 9 związków przekazanych do badań w ramach współpracy z Université de Franche-Comté we Francji (Seria II). Synteza składała się z trzech etapów. Dwa pierwsze etapy prowadziły do otrzy-mania kluczowego substratu do syntezy związków finalnych, t.j. pochodnej 1,3-diamino-4-fenylo-butan-2-olu. Następnie związki finalne zostały otrzymane w wyniku reakcji sprzęgania z odpowiednimi kwasami lub reakcji substytucji nukleofilowej z od-powiednią bromo pochodną. Czystość i struktura związków finalnych zostały potwierdzona analizami LC-MS oraz NMR. Po zakończonej syntezie otrzymane związki poddano badaniom biologicznym. Do oznaczenia hamowania cholinoesteraz użyto kolorymetrycznego testu Ellmana. Przebadano aktywność wobec acetylocholinoesteraz (AChE) oraz butyrylocholinoetsteraz, zwierzęcych i ludzkich. We współpracy została oznaczona aktywność serii I wobec ludzkiej BACE1. Otrzymana seria I nie wykazywała aktywności wobec AChE, natomiast wykazywała aktywność wobec eqBuChE w zakresie 0,385 µM - 2,019 µM, wo-bec hBuChE oraz hBACE1. Analizując wielokierunkową aktywność otrzymanych związków udało się zidentyfikować ligand wielofunkcyjny, który hamował obydwa enzymy, a mianowicie ludzką BuChE i BACE1. Związek ten jest pochodną aminową zawierający podstawnik fluorenowy (hBuChE IC50 = 0,721 µM, hBACE1 IC50 = 3,19 µM). Związki serii II okazały się silnymi inhibitorami AChE zwierzęcej jak i ludzkiej, dla ludzkiej w zakresie 0,063 µM do 0,123 µM i BuChE zwierzęcej i ludzkiej, dla ludz-kiej w zakresie 0,768 µM do 1,390 µM.The theoretical part of this work describes the basic information about Alzheimer's disease: the cause and pathomechanism of the disease and currently used drugs in therapy. Next, the concept of a multifunctional ligand with its advantages compared to multi-drug therapy is described. The theoretical part also describes examples of multifunctional ligands that have demonstrated effects on various biological targets relevant to the potential therapy of Alzheimer's disease.In accordance with the aim of the study, a series of new compounds with a hydroxylethylenemine pharmacophore was obtained as potential inhibitors of butyrylcho-linesterase (BuChE) and beta-secretase (BACE1). This series included 3 amide deriva-tives of 3- (trifluoromethyl) benzylamine and an amine derivative. The description of the synthesis and the determination of the biological activity against cholinesterases of the final compounds (series I) and 9 compounds submitted for evaluation by a collabo-rator from the Université de Franche-Comté in France (Series II) were presented.The synthesis consisted of three stages. The first two step sled to obtaining a key substrate for the synthesis of final compounds, i.e. a 1,3-diamino-4-phenyl-butan-2-ol derivative. Then, the final compounds were obtained by the coupling reaction with an appropriate acid or by nucleophilic substitution with the corresponding bromide deriva-tive. The purity and structure of the final compounds were confirmed by LC-MS and NMR analyzes. After the synthesis was completed, the compounds were subjected to biological testing. The colorimetric Ellman assay was used to determine the cholinesterase inhibi-tion. Activity on acetylcholinesterases (AChE) and butyrylcholinesterases, animal and human was determined. The activity of series I against human BACE1 was determined in cooperation. Series I did not show activity against AChE, whereas it showed activity against eqBuChE in the range of 0.385 μM - 2.019 μM, hBuChE and BACE1. By ana-lyzing the multidirectional activity of the compounds obtained, it was possible to identi-fy a multifunctional ligand that inhibited both enzymes, namely human BuChE and BACE1. This compound is an amine derivative containing a fluoren substituent (hBuChE IC50 = 0.721 µM, hBACE1 IC50 = 3.19 µM). The compounds of series II proved to be inhibitors of animal and human AChE, for human in the range of 0.063 μM to 0.123 μM and animal and human BuChE, for human in the range of 0.768 μM to 1.390 μM