Benzimidazole-Based Photoswitches and Photoswitchable Cannabinoid 2 Receptor Ligands

Autor: Steinmüller, Sophie Anna Maria
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2024
Předmět:
Druh dokumentu: Doctoral Thesis<br />Doctoral Thesis
DOI: 10.25972/OPUS-34894
Popis: The field of photopharmacology has attracted considerable attention due to applying the spatial and temporal precision of light to pharmacological systems. Photoswitchable biologically active compounds have proven useful in the field of G protein-coupled receptors (GPCRs), which are of tremendous therapeutic relevance. Generally, the pharmacology of GPCRs is complex, perhaps even more complex than originally thought. Suitable tools are required to dissect the different signalling pathways and mechanisms and to unravel how they are connected in a holistic image. This is reflected in the enormous scientific interest in CB2R, as the neuroprotective and immunomodulatory effects attributed to CB2R agonists have not yet translated into effective therapeutics. This work focused on the development of a novel photoswitchable scaffold based on the privileged structure of benzimidazole and its application in photoswitchable CB2R ligands as photopharmacological tools for studying the CB2R. The visible-light photoswitchable ligand 10d enables the investigation of CB2R activation with regard to βarr2 bias, exhibiting a unique pharmacological profile as a “cis-on” affinity switch at receptor level and as a “trans-on” efficacy-switch in βarr2-mediated receptor internalization. The novel photoswitchable scaffold developed in this work further serves as a guide for the development of novel photoswitchable GPCR ligands based on the privileged structure of benzimidazole. To obtain a different tool compound for studying CB2R activation and signalling mechanisms, a previously reported putatively dualsteric CB2R ligand was rendered photoswitchable, by linking the orthosteric agonist to a CB2R-selective PAM via photoswitchable azobenzene. Compound 27-para exhibits a desirable “cis-on” behaviour across all investigated assays with >10-fold higher potency compared to its trans-isomer and can be used as an efficacy-switch employing specific concentrations.
Das Forschungsfeld der Photopharmakologie hat stark an Beachtung gewonnen, da es die Anwendung der räumlichen und zeitlichen Präzision von Licht auf pharmakologische Systeme ermöglicht. Photoschaltbare biologisch aktive Verbindungen haben sich besonders für die Erforschung von G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCRs) als nützlich erwiesen, welche sich durch ihr enormes therapeutisches Potenzial auszeichnen. Die Pharmakologie der GPCRs ist komplex, vielleicht sogar komplexer als ursprünglich angenommen. Um die verschiedenen Signalwege und Mechanismen zu verstehen und zu entschlüsseln, wie sie in einem ganzheitlichen Bild zusammenhängen, werden geeignete Instrumente benötigt. Dies zeigt sich auch in dem enormen wissenschaftlichen Interesse am CB2R, da die den CB2R-Agonisten zugeschriebenen neuroprotektiven und immunmodulatorischen Effekte noch nicht in wirksame Therapeutika umgesetzt werden konnten. Die vorliegende Arbeit konzentrierte sich auf die Entwicklung eines neuartigen photoschaltbaren Gerüsts, das auf der privilegierten Struktur von Benzimidazol basiert, und dessen Anwendung in photoschaltbaren CB2R-Liganden als photopharmakologische Werkzeuge zur Untersuchung des CB2R. Der mit sichtbarem Licht schaltbare Ligand 10d ermöglicht die Untersuchung der CB2R-Aktivierung in Hinblick auf bevorzugte βarr2-Rekrutierung gegenüber G-Proteinen, mit einem einzigartigen pharmakologischen Profil als „cis-on"-Affinitätsschalter auf Rezeptorebene und als „trans-on"-Wirksamkeitsschalter bei der βarr2-vermittelten Rezeptorinternalisierung. Das in dieser Arbeit entwickelte neuartige photoschaltbare Gerüst dient als Leitfaden für die Entwicklung neuartiger photoschaltbarer GPCR-Liganden basierend auf der privilegierten Struktur von Benzimidazol. Um ein anderes Werkzeug für die Untersuchung der CB2R-vermittelten Signalmechanismen zu erhalten, wurde ein zuvor beschriebener, vermeintlich dualsterischer CB2R-Ligand photoschaltbar gemacht. Hierfür wurde ein orthosterischer Agonist mit einem CB2R-selektiven PAM über ein photoschaltbares Azobenzol verknüpft. Die Verbindung 27-para zeigt in allen untersuchten Assays das bevorzugte „cis on"-Verhalten mit einer >10-fach höheren Potenz im Vergleich zu ihrem trans-Isomer.
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