SISTEMA NERVOSO PERIFERICO

Sistema Nervoso Periferico With neurotransmitters norepinephrine and acetylcholine *Either “fight and flight” mode or “rest and digest” Includes neurons and ganglia outside of the brain and spinal cord Peripheral Nervous System *Autonomic Nervous System (involuntary) Sympathetic Nervous System (adrenergic) Parasympathetic Nervous System (cholinergic) Somatic Nervous System (voluntary) Il sistema nervoso periferico è diviso in base alla funzione del sistema nervoso somatico (o volontario) ed il sistema nervoso autonomo Il SNC coordina e controlla questi due sistemi Il sistema somatico controlla tutte le nostre attività volontarie e consce, le quali principalmente comportano movimenti (cammino, corsa, ecc). Il sistema autonomo controlla invece tutte le funzioni del corpo che normalmente non sono sotto un controllo conscio, come il battito cardiaco, la respirazione, la digestione e così via, anche mentre siamo addormentati. questo sistema è composto fondamentalmente da due cordoni che corrono paralleli alla colonna vertebrale, collegati tramite una fitta rete di nervi con tutti gli organi del nostro corpo..

Anatomia funzionale del sistema autonomo

SIMPATICO E PARASIMPATICO SISTEMA AUTONOMO SIMPATICO E PARASIMPATICO

Che è una sinapsi? Sinapsi colinergica Trasmettitore: Acetilcoline lL'acetilcolina è secreta dai neuroni: Nel SNC  i neuroni del pons dorsolaterale, che hanno numerosi bersagli all'interno del SNC e sono coinvolti nel sonno REM i neuroni del Prosencefalo Basale (Basal Forebrain), la maggior fonte di innervazione colinergica di origine corticale, coinvolti nell'apprendimento; i neuroni della regione mediale del setto pellucido, che proietta i suoi assoni  soprattutto verso il sistema limbico; anche molti interneuroni dei gangli basali sono colinergici Nel SNP   i motoneuroni della via somatica, che provocano la contrazione muscolare scheletrica; i neuroni del sistema nervoso autonomo  i neuroni pre- e post-gangliari del sistema nervoso parasimpatico; i neuroni pre-gangliari del sistema nervoso ortosimpatico lL'acetilcolina è secreta dai neuroni: Nel SNC  i neuroni del pons dorsolaterale, che hanno numerosi bersagli all'interno del SNC e sono coinvolti nel sonno REM i neuroni del Prosencefalo Basale (Basal Forebrain), la maggior fonte di innervazione colinergica di origine corticale, coinvolti nell'apprendimento; i neuroni della regione mediale del setto pellucido, che proietta i suoi assoni  soprattutto verso il sistema limbico; anche molti interneuroni dei gangli basali sono colinergici Nel SNP   i motoneuroni della via somatica, che provocano la contrazione muscolare scheletrica; i neuroni del sistema nervoso autonomo  i neuroni pre- e post-gangliari del sistema nervoso parasimpatico; i neuroni pre-gangliari del sistema nervoso ortosimpatico

Colina acetiltranferasi: trasferisce un metile dall AcCoA alla colina NB: tossina botulinica: degrada le SNARE proteins, responsabili del rilascio di Ach: non si ha rilascio di neuromediatore: paralisi SNARE proteins (an acronym derived from "soluble NSF attachment receptor") are a large protein superfamily consisting of more than 60 members in yeast and mammalian cells. The primary role of SNARE proteins is to mediate fusion of cellular transport vesicles with the cell membrane at the porosome or with a target compartment (such as a lysosome). SNAREs can be divided into two categories: vesicle or v-SNAREs , which are incorporated into the membranes of transport vesicles during budding, and target or t-SNAREs, which are located in the membranes of target compartments. Recent classification however takes account of the structural features of the SNARE proteins and divides them into R-SNAREs and Q-SNAREs. The best-studied SNAREs are those that mediate docking of synaptic vesicles with the presynaptic membrane. These SNAREs are the targets of the bacterial neurotoxins responsible for botulism and tetanus. Sinapsi colinergica

Biosintesi Una certa quantità di colina viene sintetizzata a partire dalla serina Nei neuroni colinergici ad opera della Colina acetiltranferasi

Deposito Rilascio Metabolismo Ach trasportata attivamente in vescicole di deposito Rilascio Per esocitosi regolata dal calcio Metabolismo Idrolizzata dalla AChE nello spazio presinaptico Dopo il suo rilascio, l'ACh diffonde nello spazio sinaptico legandosi ai recettori postsinaptici Le molecole di ACh rimangono legate al recettore per una durata di circa 2 ms. In corrispondenza delle sinapsi colinergiche veloci (giunzione neuromuscolare, sinapsi gangliari), ma non di quelle lente (muscolatura liscia, cellule ghiandolari, cuore, ecc.) l'ACh rilasciata viene idrolizzata molto rapidamente (entro 1 ms), di conseguenza il suo effetto ha durata molto breve

Siti di azione dei farmaci attivi sulla sinapsi colinergica

Recettori della Acetilcolina

Recettori nicotinici Recettori canali ligando dipendenti Localizzazione: nervi motori e muscolo scheletrico La stimolazione del recettore a livello periferico origina la contrazione del muscolo Recettori nicotinici The nicotinic receptorComposed of two α-subunits and β-, γ-, and δ-subunits arranged symmetrically around a central channel, the nicotinic receptor binds acetylcholine, which causes the channel to open and allows diffusion of sodium (Na+) and potassium (K+) ions into the cell interior. The ligand-gated ion channels (LGIC) are a family of signaling molecules that mediate fast synaptic transmission in the nervous system [4,22,25]. The LGICs bind neurotransmitter within the extracellular domain (ECD), initiating a conformational change that results in the opening of an ionconducting pore within the transmembrane domain (TMD) [8]. The means by which agonist-binding in the ECD is coupled to the opening of the channel pore in the TMD remains poorly understood, due in part to the lack of clear structural information about the interface between the domains. A recent paper presented a structure of the TMD in the Torpedo nicotinic acetylcholine receptor (nAChR) based on 4 °A resolution cryo-electron microscopy images [23]. The structural information derived from these images led the authors to propose a mechanism for LGIC receptor activation, whereby Loop 2 in the ECD makes contact with the top of the loop that connects TM segments 2 and 3 (TM2–3 linker) via a single residue, identified as valine 44 (Val 44). This proposed “pin-into-socket” mechanism would allow rotational motion of the ECD of the subunit [32] to be transmitted to the TMD, enabling a rotation of TM2 that opens the ion pore (we have adopted ECD loop notation from the structure of the acetylcholine-binding protein) [5]. A “conformational wave” hypothesis has been proposed for the activation of receptors in the LGIC family [12,8]. According to this proposal, a structural change in the ligandbinding site is transferred to theTMDvia a series of concerted molecular motions within the ECD. This hypothesis appears to be consistent with much experimental data that support

Recettori nicotinici: Classificazione To date 17 nAChR subunits have been identified, these are divided into muscle-type and neuronal-type subunits. Of these 17 subunits, α2-α7 and β2-β4 have been cloned in humans, the remaining genes identified in chick and rat genomes. The nAChR subunits have been divided into 4 subfamilies (I-IV) based on similarities in protein sequence

Recettori nicotinici: Conformazioni in assenza di ligando (R) resting state, stato inattivo active state stato attivo (I) fast-onset desensitized state stato rapidamente desensibilizzato (D) slow-onset desensitized state stato lentamente desensibilizzato In 1965, the Monod-Wyman-Changeux (MWC) model was formulated to describe the allosteric nature of nAChR signaling According to this model, the nAChR fluctuates between at least three functional states in the absence of agonist: a resting state (R), an active state (A), and a desensitized state (often divided into a fast-onset state I and a slow-onset state D) The equilibrium between two states is determined by the differences in the free energy of the states. The kinetic rate for the transition from one state to another is determined by the energy barrier between the two states, activation being a rapid transient process and desensitization occurring slowly (microsecond-to-millisecond and millisecond-to-second ranges, respectively). The rates of the activation and desensitization processes vary greatly among different nAChR subtypes, which contributes to the pharmacological diversity of this receptor class Once the receptor has reached its desensitized state, it is believed to return to the resting state via the active state, a fast transition that does not elicit a “second” ion channel opening Desensitizzazione dei recettori canale Le informazioni più dettagliate si hanno per quel che riguarda il recettore nicotinico per l’Ach. La desensitizzazione equivale ad una ridotta capacità di andare incontro al cambio conformazionale necessario per produrre l’apertura del canale ionico transmembranario. Il recettore nicotinico può esistere in 4 stati: R (riposo), A (attivo), D (desensitizzato, fase lenta), I (desensitizzato, fase rapida). L’Ach sposta l’equilibrio tra i 4 stati dallo stato prevalente a riposo R verso gli altri tre stati, stabilizzando la forma D in cui il canale ionico è chiuso. I fattori che spostano l’equilibrio verso lo stato D sono: fosforilazione del recettore da parte di proteine chinasi A e C; iperpolarizzazione (accelera la desensitizzazione) occupazione di siti allosterici  gli anestetici locali possono accelerar la velocità di desensitizzazione del recettore legandosi a siti allosterici specifici.

Recettori nicotinici: Conformazioni in presenza di ligandi l legame di un agonista o antagonista competitivo ai siti orthosteric del nAChR stabilizza i suoi stati attivi e di riposo, rispettivamente. Agonisti sono caratterizzati da avere una maggiore affinità per lo stato attivo rispetto allo stato di riposo, e viceversa antagonisti hanno affinità elevati per stati recettore inattive riposo /. Infine, legame ad alta affinità e altissima affinità sono caratterizzati per stati desensibilizzazione la rapida insorgenza (I) e gli lenta insorgenza (D) del recettore, rispettivamente. In accordo con il modello MWC, spontanea (costitutiva) L'attività del nAChR in assenza di agonista è stata dimostrata.   Tuttavia, la probabilità di apertura del canale aumenta dopo il legame ad uno dei due siti orthosteric del eteromerico nAChR agonisti, ed è ulteriormente aumentata drammaticamente agonisti occupazione di entrambi i siti di legame l legame di un agonista o antagonista competitivo ai siti orthosteric del nAChR stabilizza i suoi stati attivi e di riposo, rispettivamente. Legami ad alta e altissima affinità sono caratterizzate per stabilizzare stati di desensibilizzazione del recettore a rapida insorgenza (I) e a lenta insorgenza (D) rispettivamente. La probabilità di apertura del canale aumenta dopo il legame del agonista ad uno dei due siti orthosteric del eteromerico nAChR , ed è ulteriormente aumentata drammaticamente con l’occupazione per l’agonisti di entrambi i siti di legame

Farmaci nicotinici Antinicotinici Nicotino-mimetici Antagonisti dei recettori nicotinici muscolari: Applicazione come coadiuvanti dell’anestesia, per ottenere rilassamento muscolare durante gli interventi chirurgici, aiuto in alcune procedure ortopediche, facilitare l’introduzione di sonde Antagonisti dei recettori nicotinici gangliari Poco studiati perché non interessanti (usati un tempo come antiipertensivi) Nicotino-mimetici Azione diretta Agonisti Inibitori AChE Ricerche stimolate da evidenze epidemiologiche che correlano negativamente il fumo del tabacco al Ad e al PD Importanti a livello centrale Il ruolo fondamentale dei recettori nicotinici nel SNC è quello di potenziare l’azione dei neuro trasmettitori determinando un effetto positivo per diverse patologie

Applicazioni terapeutiche dei farmaci nicotinici Neurodegenerative diseases and cognition (Agonisti) Psychiatric disorders (Agonisti) Pain (Agonisti) Epilepsy (Antagonisti) Tobacco dependence (Antagonisti) Tourette’s syndrome (Antagonisti) Neurodegenerative diseases and cognition Nicotinic cholinergic systems are involved in several important aspects of cognitive functions, including attention, learning, and memory.One of the most consistent observations in relation to normal human brain aging is the widespread decline in nicotinic receptors. It is reasonable that this reduction can be one of the causes of mild cognitive impairment (MCI) and predispose subjects to neurodegenerative disorders such as AD and PD to which cognitive impairment is associated. Targeting presynaptic nicotinic receptors, that enhance the release of neurotransmitters such as acetylcholine and dopamine, may therefore be advantageous for AD and PD, respectively. Among the many subtypes present in the brain, the a4b2*and a7*subtypes seem particularly involved in cognitive processes. In this respect, it has been recently shown that stimulation of 7*nicotinic receptors protects neuronal cells from degeneration and neuronal death induced by Ab42 amyloid protein that has a high affinity for this subtype. Psychiatric disorders Central nicotinic receptors are associated with a number of psychiatric disorders. It has been found that nicotinic receptors, in particular the a7*subtype, are reduced in number in the post mortem brains of schizophrenic patients and nicotine is beneficial in normalizing sensory gating and improving cognitive deficit. Several studies have reported an association between smoking and major depression and anxiety. However, the effects of nicotine on these pathological states are complex. For instance nicotine can be either anxiolytic or anxiogenic depending on the model tested.In this respect, it has been shown that a centrally acting nicotinic receptor antagonist such as mecamylamine is able to reduce symptoms of depression and mood instability, suggesting that centrally acting nicotinic antagonists may represent a new class of drugs for treating mood disorders. Very recently, it has been proposed that nicotinic cholinergic antagonists could represent a novel approach for the treatment of autism.[48] Pain Control of pain is one of the most promising therapeutic applications of nicotinic drugs, namely agonists. The discovery of the antinociceptive activity of nicotine dates back to 1932, but interest in nicotinic receptor mediated analgesia really started only after the discovery of the outstanding analgesic properties of epibatidine and of its high affinity for the nicotinic receptors. However, utilization of epibatidine as an analgesic is compromised by its serious side effects that originate from poor selectivity among the nicotinic receptor subtypes. The a4b2*subtype has been identified as being involved in the antinociceptive activity, but other subtypes could also contribute. The properties of epibatidine have stimulated the design and study of a number of new nicotinic agonists, characterized by strong antinociceptive activity but showing better subtype selectivity; some of them have reached clinical development and will be described in a later section. Tobacco dependence Nicotine addiction is one of the most prevalent addictive behaviors worldwide, involving almost a billion individuals. Several strategies are available to aid smoking cessation and use of nicotinic drugs is one of the most popular;nicotine itself is available in various formulations and delivery systems. Nicotinic antagonists such as mecamylamine can be used but recently it has been proposed that partial agonists could give better results, as has been shown for varenicline. Epilepsy The association between a form of genetically transmissible epilepsy, the autosomal dominant nocturnal frontal lobe epilepsy (ADNFLE), and a mutation in CHRNA4, the gene coding for the a4 subunit of nicotinic acetylcholine receptors, has started the search for nicotinic drugs to treat this condition. As the mutation increases sensitivity to acetylcholine, antagonists or, better, negative allosteric modulators of the nicotinic receptor could represent a way to control the disease. Tourette’s syndrome Tourette’s syndrome (TS) is a hyperkinetic movement disorder with symptoms of sudden, rapid and brief, recurrent, stereotyped motor movements or sounds. TS represents a disorder related to excess dopamine transmission in the striatum. Transdermal nicotine reduces the symptoms, probably desensitizing the nicotinic receptors that control dopamine release, as confirmed by the effect of an antagonist such as mecamylamine in controlling the pathology.

Agonisti nicotinici: composti usati come lead Derivati della Ach Derivati della Nicotina Derivati della Epibatidina Derivati della Cytisina Derivati della Anabasina Derivati della Anatossina-a Sono stati individuati diversi agonisti nicotinici che sono serviti come lead per lo sviluppo di composti più selettivi, con minore tossicità e con potenziale impiego terapeutico. Alcuni di questi sono in fase clinica per il trattamento di diverse patologie, altri sono stati già approvati Cytisine is a toxic pyridine-like alkaloid. Pharmacologically it exhibits similar effects to nicotine due to structural similarity of the two molecules. In large doses it can interfere with respiration and become fatal. Medicinal chemistry efforts in the nAChR field over the years primarily comprise a series of nicotine and epibatidine analogues, whereas other standard nAChR ligands have attracted limited attention as leads In terms of overall selectivity, the development of nAChR ligands devoid of activities at other receptors has typically not been a problem. This can primarily be ascribed to the substantial number of unique structures with inherent nAChR selectivities isolated from naturalsources over the years. The use of compounds such as 4-6 and 8-14 as leads for new generations of nAChR ligands have meant that nAChR ligands with crossactivities at mAChRs or other receptors are fairly rare. In contrast, the vast majority of nAChR ligands published to date do not display any significant functional preference between the many neuronal nAChR subtypes,. The search for subtype-selective nAChR ligands has been severely hampered by the fact that most of the compounds synthesized for the receptors over the years only have been subjected to limited pharmacological characterization. Typically the compounds have been characterized in radioligand binding assays using native tissues, and thus, only their binding affinities to native R4â2* nAChRs, and in fewer studies to native R7, R3â4* or muscle-type nAChRs, have been determined. Furthermore, as will be illustrated repeatedly in the following, the binding affinity of a ligand reflects its affinity for the desensitized receptor and is not necessarily representative of its functional properties. Generally, potency differences for a ligand at various nAChR subtypes are considerably less significant than the differences in its binding affinities, so selectivity displayed by a compound in a binding assay rarely translates into the same degree of functional selectivity. Elevata selettività per gli altri recettori Scarsa selettività per i diversi sottotipi recettoriali

Stereochimica dell’acetilcolina + trans cis ACh antiperiplanare ACh sinclinale La molecola dell’acetilcolina è molto flessibile e ciò potrebbe rendere conto della sua attività a livello di tutte le terminazioni colinergiche. Tutte le diverse conformazioni possono essere descritte dai valori dei quattro angoli di torsione: τ0, τ1, τ2e τ3. Mediante studi NMR, di cristallografia ai raggi X e calcoli teorici èstata evidenziata la relazione conformazionale anticlinale (gauche) tra l’O“etereo”e l’N quaternario, favorita da un’interazione elettrostatica. Tuttavia, data la modesta differenza energetica tra le diverse conformazioni, anche il conformero trans(che sarebbe sfavorito dal pdv energetico) potrebbe interagire con il recettore. La conformazione più stabile allo stato gassoso, solido ed in soluzione appare quella sinclinale (gauche) Numerosi evidenze sperimentali indicano che l’ACh interagisca con recettore M e con l’ AChE in una conformazione transoide mentre per l’interazione con il recettore N è necessaria una conformazione cisoide

Binding mode della Ach con i recettori nicotinici The two symmetry-related families, shown in three orthogonal projections, identified from the analysis of all possible structures consistent with all NMR constraints for ACh bound to the agonist-binding site on the desensitized nAChR. (A) Each family shown is the minimum rmsd superimposition of the heavy atoms (excluding the methyl carbons attached to the quaternary ammonium group) of 20 randomly chosen samples from the consistent structures. (B) Lowest energy model of the ACh (τ1 = −53°; τ2 = 128°; τ3 = −62°) docked to the homologous AChBP (1UV6). (Inset) The position of the detailed view on the AChBP is shown in red. Aromatic side chains within 3.9 Å of the bound ACh are shown in medium blue to highlight the aromatic pocket involved in the binding of the quaternary ammonium group. The leucine (dark blue, left foreground) on the complementary subunit (sandy colored) is γY116 or δT119 in the ACh receptor. These residues are well located to H-bond to ACh's carbonyl group. The C-loop (green), which contains the vicinal disulphide bond (yellow), folds around the ACh completing the aromatic pocket and bringing the cysteines into close proximity to the methyl group of the ligand. The C-loop of the unliganded AChBP from A. californica (shown in light green) is superimposed on our model of the ACh docked to the AChBP, demonstrating how the C-loop folds around the ACh upon binding.

Derivati della acetilcolina A B C Nb:i requisiti per l’attività sul nicotinico sono meno stringenti di quelli sul muscarinico A : presenza amina quaternaria fondamentale per l’attività ABC : distanza fra –CH3 e CO 5.9 A

B A B C Allungamento catena: ↓attività Presenza di Me sul ponte etilenico centrale:  CH3: ↓ attività N e M  CH3: diminuisce attività N ma aumenta M R1 R2 N M H (S)CH3 - ↓ (R)CH3 ↑ Il recettore N è insensibilie alla chiralità -Allungamento catena: ↓attività -Presenza di Me sul ponte etilenico centrale:  CH3: ↓ attività N e M  CH3: diminuisce attività N ma aumenta M: Metacolina METACOLINA bS

Sostituzione CH3 /NH2 : Agonisti M e N resistenti all’azione di AChE B C Un requisito importante per l’attività N è le presenza di un gruppo ad alta densità elettronica ad una distanza di 3-4 atomi da un centro cationico Sostituzione CH3 /NH2 : Agonisti M e N resistenti all’azione di AChE CARBACOLO BETANECOLO Agonista M selettivo N selettivo Il recettore N è insensibilie alla chiralità

A B C Sostituzione -COO-/-O- : Agonisti N selettivi (diminuzione M senza alterare N) I composti con R = C2H5 , nC3H7 , nC4H9 , CH2=CH hanno attività nicotinica del tutto comparabile a quella dell'ACh Il recettore N è insensibilie alla chiralità Derivati fenilalchiltrimetilammonici: attivi (n=1, 2, 3); antagonisti con n4

Derivati della nicotina 3-(2-(N-metilpirrolidinil))piridina Modifica all’anello piridinico Introduzione di sostituenti Generalmente determina una diminuzione di attività Eccezione: ALTINICICLINA (SIB-1508Y) Nicotina LEVOGIRA A.Centro “stereogenico”B.Anello piridinicoC.Anello pirrolidinicoD.Azoto pirrolidinicoe suoi sostituenti Altiniclina attiva il rilascio di DA in vivo, candidato per il morbo di Parkinson The 3-methyl-5-isoxazole analogue of nicotine, ABT-418 (22), has become a standard nAChR ligand. It is a partial agonist at a2b2 and a4b2 nAChRs displaying 30-fold lower potencies at a3b2 a3b4, and a7 receptors. ABT-418 has displayed anxiolytic and cognition-enhancing effects and a significantly improved therapeutic window compared to nicotine in numerous rodent models. On the basis of these studies, the agonist entered clinical trials for Alzheimer’s disease, which recently have been discontinued. Sostituzione con altri cicli L’anello piridinico è importante ma non fondamentale ABT-418 : selettivo per a2b2 e a2b4 (agonista parziale)

Interessante a livello centrale ma non periferico Modifica all’anello pirrolidinico Interessante a livello centrale ma non periferico Variazione della posizione dell’anello pirrolidinico Introduzione di sostituenti Sostituzioni all’azoto pirrolidinico Apertura dell’anello Opening of the pyrrolidine ring in nicotine has resulted in compounds such as TC-2403 (formerly RJR- 2403), TC-2559, TC-1734, and TC-1827 TC-2403 (or trans-metanicotine, 28), a metabolite of (S)-nicotine, is a moderately potent agonist exhibiting some functional preference for a4b2 over other R/â, R7, and muscle-type nAChRs In microdialysis studies of cortical neurotransmitter release, systemic adminstration of TC-2403 has been demonstrated to give rise to the same degree of increases in the extracellular levels of ACh, DA, NE, and 5-HT as those elicited by icotine. TC-2403 has displayed analgesic effects in several animal models and is currently in phase II clinical trials for ulcerative colitis. Strikingly, two minor modifications of the TC-2403 molecule have resulted in a potent and completely a4b2-selective agonist, TC-2559 The agonist displayed at least 70-fold higher potencies at R4â2 than at R3â2, R2â4, R3â4, R4â4, and R7 nAChRs expressed in mammalian cell lines, whereas the potency differences at R4â2 and R4â4 nAChRs expressed in oocytes were less pronounced (20-fold). TC-2559 was a partial agonist at R4â2 and the three â4 nAChRs, whereas it displayed very low efficacies at R3â2 and R7 (Table 4).153 Since R-conotoxin MII failed to block in the vivo responses of TC-2559, the activity of the compound at R6â2* nAChRs also appeared to be negligible. In agreement with its in vitro selectivity profile, TC-2559 has been shown to potently increase the firing rate of DA cells in midbrain slices, and the performance of the compound in models of cognitive functions has been promising. Furthermore, compared to nicotine, both TC-2403 and TC- 2559 have exhibited significantly reduced degrees of side effects mediated by the ganglionic R3* and the muscletype nAChRs, such as changes in blood pressure and heart rate and hypothermia.152,154 Being one of the first truly R4â2-specific agonists, TC-2559 could be a valuable tool in future investigations of the physiological functions of R4â2* subtypes. The 5-isopropoxy-3-pyridinyl and the pyrimidinyl analogues of (S)-R-methylmetanicotine, TC-1734 (30) and TC-1827 (31), have been shown to be R4â2* nAChR agonists with negligible activities at ganglionic R3*, R7*, and muscle-type nAChRs.155,156 Oral administration of both TC-1734 and TC-1827 have been shown to enhance cortical ACh release, and both agonists have improved short- and long-term memory in a battery of rodent models. TC-1734 has been shown to reduce the neurotoxicity induced by Glu in primary cultures and by hypoxia/glucose deprivation in hippocampal slices, and based on its long-lasting positive effects on memory and attention in phase I trials, the compound has entered phase II clinical trials for the treatment of cognitive impairment and memory disorders 2403: preferenza funzionale verso a4b2: in trial come analgesico 2559: potente e selettivo agonista pe a4b2: Importante tool farmacologico 1734: fase II per il trattamento di disturbi della memoria e disordini cognitivi

Omologazione ANABASEINA ANABASINA GTS-21 selettiva per a4b2 e a7 Diminuzione attività ANABASINA Aumento dell’attività GTS-21 Agonista parziale selettivo per a4b2 e a7 In sperimentazione per AD, dipendenza da tabacco, schizofrenia Anabasine is a pyridine alkaloid found in the stem of the (Nicotiana glauca) plant, a close relative of (Nicotiana tabacum) the common tobacco plant. As anabasine lacks the imine double bond of anabaseine, which significantly more toxic in mouse bioassay than S-anabasine (27-fold) and R-anabasine (18-fold). The relative agonistic potencies of the three alkaloids on human fetal nicotinic neuromuscular receptors were of the same rank order: anabaseine >> S-anabasine > R-anabasine GTS-21 (DMXB-A) is a drug which acts as a partial agonist at neural nicotinic acetylcholine receptors. It binds to both the α4β2 and α7 subtypes, but only activates the α7 to any significant extent.[1][2] Both GTS-21 itself and its demethylated active metabolite 4-OH-GTS-21[3] display nootropic[4] and neuroprotective effects,[5][6][7][8] and GTS-21 is being investigated for the treatment of Alzheimer's disease,[9] nicotine dependence,[10] and most importantly for schizophrenia

Derivati della EPIBATIDINA Derivati della CYTISINA Espansione anello A partial agonist now in clinical trials for smoking cessation Ulteriore Espansione anello Epibatidine is an alkaloid that originally is found in the skin of a neotropical poisonous frog, Epipedobates tricolor, found in modern Ecuador. It was initially isolated by John Daly at the National Institutes of Health, and was found to be a powerful analgesic, about 200 times more potent than morphine. Because the natural source of epibatidine can only supply a small quantity, several laboratory syntheses have been developed. The natural isomer has the 1R,2S,4S configuration, but most of the studies have been performed on the racemate as the two enantiomers have the same affinity Epibatidine is endowed with high potency but also high toxicity due to its low subtype selectivity, which precludes its use as a drug. For this reason, several analogues have been designed and tested to find derivatives which could retain high potency with improved selectivity. The potencies of (()- UB-165 at R2â4, R3â4, and R4â4 have been reported to be at least 10-fold higher than at R3â2 and R7 nAChRs, and analogous to SIB-1553A, (()-UB-165 elicits very low maximal responses through R2â2 and R4â2 (+)-Ferruginine is a potent neurotoxin containing an 8-azabicyclo[3.2.1]octene skeleton This alkaloid was isolated from the arboreal species Darlingiana ferruginea and Darlingiana darlingiana Anatoxin-a is a natural alkaloid; a toxin isolated from fresh-water cyanobacteria, Anabaena flos-aquae 198 (Fig. I/2.16). It is a small bicyclic compound, very soluble in water. -Found in the skin of a neotropical poisonous frog, Epipedobates tricolor -Was found to be a powerful analgesic, about 200 times more potent than morphine -Epibatidine is endowed with high potency but also high toxicity due to its low subtype selectivity, which precludes its use as a drug. For this reason, several analogues have been designed and tested to find derivatives which could retain high potency with improved selectivity UB 165 , comprising the azabicyclononene bicycle of anatoxin-a and the chloropiridyl moiety of (±)-epibatidine; selettivo Cytisine (5) is a potentially interesting lead for the development of subtype-selective nAChR ligands. First, the agonist is characterized by an inherent preference for neuronal nAChRs over the muscle-type nAChR not observed for ACh, nicotine, or epibatidine. Second,cytisine has displayed preference for R4- over R3-containing nAChRs. Cytisine derivative varenicline was approved in 2006 as a smoking cessation drug. A 2006 literature review concludes that while trials performed with cytisine itself are mostly of poor quality, there is some evidence that cytisine may be prescribed to aid in smoking cessation. Halogenation in the 3-position of the pyridone ring of cytisine has resulted in significant increases in the potency and efficacy at several nAChR subtypes. SAR Non sono tollerate nè sostituzioni nè modifiche all’ N basico Non sono positivi Ii sostituenti all’anello py (tranne H, F, Cl, in 5) Omologazione dell’anello azanorbornano (azabiclicloeptano)

AGONISTI NICOTINICI: MODELLO FARMACOFORICO 1986:Sheridan 1970: Beers and Reich 1999:Olesen 2001: Olesen Ithe first useful model was that developed by Beers and Reich who suggested that nicotinic ligands require an onium group, and a hydrogen bond acceptor feature that interactswi th a receptor-based hydrogen bond donor site n 1986, Sheridan and co-workers using only nicotinic agonists refined this model. They formulated a new model based on three salient features: a protonable nitrogen atom (corresponding to the pyrrolidine nitrogen of nicotine), a hydrogen bond acceptor atom (HBA) (e.g. the carbonyl oxygen of cytisine or the pyridine nitrogen of nicotine) and a third point, representing the centroid of the pyridine ring of nicotine or the carbonyl carbon atom of cytisine (Fig. I/3.2) 259. The optimal distances between the three points in the pharmacophore triangle were estimated to be (N+-HBA) 4.8 Å (N+-C) 4.0 Å (HBA-C) 1.2 Å (Fig. I/3.2). A limit is given by the fact that it was based on only four ligands, due to the paucity of ligands on nAChR at the time. They formulated a new model based on three salient features: a protonable nitrogen atom (corresponding to the pyrrolidine nitrogen of nicotine), a hydrogen bond acceptor atom (HBA) (e.g. the carbonyl oxygen of cytisine or the pyridine nitrogen of nicotine) and a third point, representing the centroid of the pyridine ring of nicotine or the carbonyl carbon atom of cytisine (Fig. I/3.2) 259. The optimal distances between the three points in the pharmacophore triangle were estimated to be (N+-HBA) 4.8 Å (N+-C) 4.0 Å (HBA-C) 1.2 Å Olesen et al. proposed a vector model. They suggested that the distance between site point a and site point b define the binding to the nAChRs receptors ,where a is a site selected to be 2.9 Å in length from a cationic head and b is a site selected to be 2.9 Å in length from a hydrogen bond acceptor moiety An a-b distance of approximately 7-8 Å is thought to be optimal for the high affinity binding. However, some high affinity nicotinic agents were identified, some of which were quite conformationally constrained, that possessed N-N distances > 5.5 Å 229, 257. To account for the high affinity of these compounds, Olesen et al assumed that the distance between specific features of the ligand and the receptor is a parameter which predicts the affinity of a ligand for the nAChRs better than the internitrogen (N-N) distance Later, et al. modified the original model by the introduction of an aryl centroid (centre of a heteromatic ring or a carbonyl bond. The authors assumed that a compound possesses high affinity for nAChRs if the following distances were present: (a-b) 7.3-8.0 Å and (a-c) 6.5-7.4 Å. The angle measured between the interatomic distance vectors should be 30°-35°. There is a certain appeal to the vector models because they account for the binding of agents with varying N-N distances, that is the distances between vectors and not the N-N distances themselves

Antagonisi nicotinici inibiscono le risposte dell'Ach con un duplice meccanismobloccando i recettori in modo competitivo o in modo non competitivo I ganglioplegici bloccano la trasmissione dell'impulso nervoso sia della via simpatica che della via parasimpatica. Gli effetti sul sistema simpatico sono però più marcati. Principali effetti collaterali: riduzione generalizzata del tono simpatico e parasimpatico- secchezza delle fauci- inibizione della motilità intestinale- ritenzione urinaria

SAR inibitori competitivi Antagonisti nicotinici: GANGLIOPLEGICI SAR inibitori competitivi Variando n si può modulare la selettività verso i recettori nicotinici (NN o NM). L'attività nicotinica a livello dei recettori gangliari raggiunge il valore ottimale per n = 5 o 6 (ESAMETONIO) - La distanza fra i due gruppi ammonici quaternari è di 5-6 A°. Solo uno dei due gruppi ammonici occupa il sito anionico dell'Ach .L'altro gruppo ammonico occupa un sito accessorio

Antagonisti nicotinici PACHICURARI (non depolarizzanti) competitivi TUBOCURARINA: 1948 (King): Struttura errata con 4 N quaternari 1970: (Everett): Struttura corretta Composti: strutture molto complesse in cui N sono sostituiti con gruppi ingombranti MIVACURONIO ATRACURONIO dell'AChELastrutturadellatubocurarina(inizialmenteattribuitainmodoerroneo) è servita da modello per lasintesideibloccantineuro-muscolari attualmente impiegati PANCURONIO VECURONIO RAPACURONIO

Ipotesi sul sito d’interazione Colinolitici diretti: antagonisti nicotinici Ipotesi sul sito d’interazione TUBOCURARINA 90-100 Å

sul sito d’interazione Colinolitici diretti: antagonisti nicotinici 80 Å (antagonisti dei recettori N) Ipotesi sul sito d’interazione

Antagonisti nicotinici LEPTOCURARI (depolarizzanti) non competitivi Questi antagonisti determinano una depolarizzazione della membrana, privandola della capacità di trasmettere altri impulsi. Agonisti parziali in grado di aprire il canale, con efficacia bassa, per poi interagire con il canale aperto interferendo con il flusso cationico Sono molecole a catena lunga e lineare derivanti dall'attribuzione strutturale (erronea) data alla (+)-tubocurarina. Si raggiunge un massimo di attività quando i due gruppi onio sono separati da una catena metilenica compresa nell'intervallo fra C-10 e C-16. La distanza fra le due teste cationiche varia nell'intervallo 10.8 - 18.2 A°. L'aumento dell'ingombro sterico dei gruppi legati agli atomi di azoto quaternari determina uno spostamento da leptocurari a pachicurari. Più potente della tubocurarina, ha solamente un interesse storico, non essendo più in commercio. Ha durata d'azione brevissima: idrolizzato rapidamente dalle colinesterasi ematiche E‘ somministrato per infusione continua o quando si desidera un blocco di breve durata.

Colinolitici diretti: antagonisti nicotinici TUBOCURARINA COME ANALOGO RIGIDO DEL DECAMETONIO

Localizzazione negli organi: RECETTORI MUSCARINICI 1980: la scoperta della pirenzepina (M1 selettivo) conferma l’ipotesi di sottotipi di recettori muscarinici La tecnica del DNA ricombinante ha permesso di clonare tutti e 5 i recettori che sono stati caratterizzati anche farmacologicamente PNAS u August 15, 2000 u vol. 97 u no. 17 u 9583 Muscarinic acetylcholine receptors consist of five distinct subtypes and have been important targets for drug development. In the periphery, muscarinic acetylcholine receptors mediate cholinergic signals to autonomic organs, but specific physiological functions of each subtype remain poorly elucidated. Here, we have constructed and analyzed mutant mice lacking the M3 receptor and have demonstrated that this subtype plays key roles in salivary secretion, pupillary constriction, and bladder detrusor contractions. However, M3-mediated signals in digestive and reproductive organs are dispensable, likely because of redundant mechanisms through other muscarinic acetylcholine receptor subtypes or other mediators. In addition, we have found prominent urinary retention only in the male, which indicates a considerable sex difference in the micturition mechanism. Accordingly, this mutant mouse should provide a useful animal model for investigation of human diseases that are affected in the peripheral cholinergic functions Muscarinic receptors are located in most internal organs. This includes the cardiovascular, respiratory, gastrointestinal, and genitourinary. Stimulation of the muscarinic receptors may result in either excitation or inhibition, depending on the organ involved Localizzazione negli organi: Cardiovascolari Respiratori Gastrointestinali Genitourinario Nature reviews | drug discovery volume 6 | 2007 | 721

Cholinoceptor-activating and cholinesterase inhibiting drugs Cholinoceptor-activating and cholinesterase inhibiting drugs. In: Basic and clinical pharmacology, 8th edition. Katzung BG. USA: The McGraw Hill Companies, Inc, 2001:92–1

Proprietà farmacologiche dei recettori muscarinici Sistema cardiovascolare Vasodilatazione (principalmente mediata dal recettore M3) Decremento del ritmo cardiaco (effetto cronotropo negativo) Decremento della velocità di conduzione nel nodo seno atriale e atrioventricolare(effetto dromotropo negativo) Decremento della forza di contrazione del miocardio (effetto inotropo negativo) CUORE M2: effetto inotropo negativo M2: eterorecettori che diminuiscono il rilascio di NA M1: autorecettori che diminuiscono il rilascio di ACh M1: eterorecettori che aumentano il rilascio di NA Inotropo - Cronotropo Positivo/Negativo L'aggettivo inotropo spetta a qualsiasi agente in grado di alterare la forza di contrazione di un muscolo. Il termine inotropo è molto utilizzato in campo medico, soprattutto in riferimento all'azione di alcuni farmaci sulla contrattilità miocardiaca. Tale effetto può essere: inotropo positivo: aumento della forza contrattile del muscolo cardiaco; ionotropo negativo: diminuzione della forza contrattile del muscolo cardiaco. L'aggettivo cronotropo spetta a qualsiasi agente in grado di alterare la frequenza di contrazione del muscolo cardiaco. Il termine cronotropo è molto utilizzato in campo medico in riferimento alla capacità di alcuni farmaci di alterare la frequenza cardiaca. Tale effetto può essere: cronotropo positivo: aumento della frequenza cardiaca (azione tachicardizzante); cronotropo negativo: diminuzione della frequenza cardiaca (azione bradicardizzante); Con effetto dromotropo si indica una modifica della velocità di conduzione dell'impulso elettrico del cuore a livello della muscolatura sia atriale che ventricolare che, soprattutto, a livello del nodo atrioventricolare Antagonista M2 selettivi con nessuna attività su M1

Proprietà farmacologiche dei recettori muscarinici Tratto gastrointestinale e urinario Stimolazione vagale: aumento del tono, dell’ampiezza delle contrazioni e dell’attività secretoria Innervazione parasimpatica sacrale: contrazione del muscolo detrusore, peristalsi dell’uretere La contrazione della muscolatura liscia in questi distretti è mediata da M3 Antagonista M3 ANTISPASMODICI o SPASMOLITICI Bloccano le contrazioni muscolari associate a patologie quali la sindrome del colon irritabile, la sindrome da iperattività della vescica Agonista M3 Ripristino della funzionalità muscolare dopo anestesia Miastemia grave

Proprietà farmacologiche dei recettori muscarinici Tratto gastrointestinale Lo stimolo colinergico media la secrezione di HCl Ulcera peptica M1: sono presenti sulle cellule parietali gastriche (mediano il rilascio di HCl) e sulle mastcellule (mediano il rilascio di His) M3: sulle mastcellule mediano il rilascio di His Antagonisti M1 Antagonisti M3 Venivano usati nel trattamento dell’ulcera prima della comparsa degli inibitori H2 e degli inibitori di pompa

Proprietà farmacologiche dei recettori muscarinici Sistema respiratorio Aumento delle secrezioni tracheo bronchiali Broncocostrizione Asma bronchiale M3: regolano la contrazione della muscolatura liscia M1: effetto opposto mediato probabilmente dal rilasci di agenti rilassanti da vescicole di accumulo presenti nelle cellule epiteliali polmonari Topi M2R-/-:maggiore broncocostrizione dovuta a stimolazione vagale Antagonista M3 selettivi con nessuna attività su M2 e M1

Proprietà farmacologiche dei recettori muscarinici Altri effetti Stimolazione delle ghiandole che ricevono innervezione parasimpatica (ghiandole lacrimali, tracheobronchiali, salivarie, digestive) Stimolazione dei chemorecettori della carotidee dell’aorta Miosi Xerostomia M3: stimolano la secrezione ghiandolare Agonista M3 Mancanza di opportuna secrezione dalle ghiandole salivari, sudoripare, lacrimali, Sjiogren’s Syndrome (infiammazione cronica autoimmune caratterizzata da secchezza delle mucose, specialmente bocca e occhi, ed infiltrazione linfocitaria nei tessuti) Agonista M3 Diabete di tipo 2 M3: presenti sulle cellule beta del pancreas mediano il rilascio di insulina intervenendo quindi nel mantenimento dell’omeostasi del glucosio nel sangue Potrebbero trovare impiego (chiaramente se selettivi per gli 3 del pancreas) nel trattamento del diabete di tipo 2

ANTAGONISTI MUSCARINICI impiego terapeutico Morbo di Parkinson (Antagonisti M4) Morbo di Alzheimer (M2 selettivi centrali) Farmacodipendenza (M5)

AGONISTI MUSCARINICI Acetilcolina Muscarina Pilocarpina Arecolina Ossotremorina L'arecolina è un alcaloide naturale ottenuto dalle noci di Betel, frutto della piantaAreca catechu. È un liquido oleoso, solubile in acqua, alcool ed etere. Attività L'arecolina è conosciuta per avere effetti centrali comparabili a quelli della nicotina, con la quale condivide una alta analogia di struttura. L'arecolina possiede attività agonista sui recettori muscarinici, in particolare sui recettori M1, M2, M3 e ciò ne spiega le caratteristiche parasimpaticomimetiche che essa evidenzia a livello delSNC. Usi [modifica] In virtù della proprie azione agonista sui recettori muscarinici, l'arecolina è stata studiata come possibile terapia nella cura dell'Alzheimer poiché sembra migliorare le capacità cognitive del malato. L'arecolina però possiede un legame estereo che rende la molecola facilmente idrolizzabile, perciò l'emivita risulta essere breve e ciò conferisce alla molecola un'attività farmacologica di limitata durata. Per questo l'arecolina è stata un composto capostipite dal quale partire per ottenere altre molecole che possedessero una maggiore e più utile attività farmacologica. La modifica del gruppo estereo ha migliorato il profilo farmacologico, permettendo di ottenere molecole che attualmente sono in fase di studio come talsaclidina,xanomelina, milamelina. L'arecolina possiede anche attività antielmintica.

AGONISTI COLINERGICI AD AZIONE DIRETTA AGONISTI MUSCARINICI Recettore muscarinico Recettore nicotinico Alta affinità Bassa affinità

Derivati della ACETILCOLINA Regola del 5 di lunghezza: N e ultimo H devono essere separati da 5 atomi A B C Nb:i requisiti per l’attività sul nicotinico sono meno stringenti di quelli sul muscarinico METACOLINA bS

A B C Sostituzione CH3 /NH2 CARBACOLO BETANECOLO Il recettore N è insensibilie alla chiralità USO: ritenzione urinaria dovuta ad anestesia generale o atonia GI USO: glaucoma, chirurgia oftalmica, miotico Qualsiasi altra sostituzione determina una diminuzione di attività

MUSCARINA ed analoghi Amanita Muscaria Correlata strutturalmente alla Ach: ne ricalca le SAR rispetta la regola del 5 di lunghezza variazione al N determinano diminuzione di attività Stereochimica: specifica per l’attività corrisponde a quella della metacolina gli altri isomeri hanno attività nettamente inferiore tutti gli analoghi attivi hanno questa conformazione

Mantengono l’affinità e l’attività Analoghi MUSCARINA MUSCARONE Mantengono l’affinità e l’attività

Carbaciclici muscarina e muscarone Analoghi MUSCARINA La sostituzione o rimozione di un O mantiene l’attività Carbaciclici muscarina e muscarone Per l’attività è necessario solo l’interazione con un sito accettore di legame H; infatti Attivo Non attivo

Analoghi conformazionalmente ristretto MUSCARINA Nell'esempio che segue vengono illustrate le successive restrizioni di conformazione che hanno condotto ad un prodotto altamente rigido (AF 102b) che è funzionalmente selettivo per il recettore Ml e che è in via di sviluppo come farmaco anti-Alzheimer. Funzionalmente selettivo per il recettore Ml (in via di sviluppo come farmaco anti-Alzheimer)

PILOCARPINA Alcaloide ottenuto dal genere Pilocarpus Agonista M1/M2/M3 Non ha N quaternari ma N protonabile a pH fisiologico Usato come miotico nel trattamento del glaucoma Anche se molto usato poche SAR: -fondamentale la stereochimica TIOPILOCARPINA (SDZ ENS 163) Agonista puro M1 Agonista parziale M3 Antagonista M2 Alle dosi che hanno effetto centrale non ha effetti periferici Trials clinici per i trattamento AD Pilocarpine is a muscarinic alkaloid obtained from the leaves of tropical American shrubs from the genus Pilocarpus Pilocarpine has been used in the treatment of chronic open-angle glaucoma and acute angle-closure glaucoma for over 100 years[1]. It acts on a subtype of muscarinic receptor (M3) found on the iris sphincter muscle, causing the muscle to contract and produce miosis. This opens the trabecular meshwork through increased tension on the scleral spur. This action facilitates the rate that aqueous humor leaves the eye to decrease intraocular pressure. The thiolactone analogue of pilocarpine, tiopilocarpine, SDZ ENS 163, acts in vitro and in vivo as a partial agonist at M1/M3 and as an antagonist at M2 muscarinic receptors. In vitro, the properties of SDZ ENS 163 have been investigated in several functional models for muscarinic receptors: it is a full agonist at M1 (rat superior cervical ganglion, carbachol = 100%) and a partial agonist at M3 receptors (guinea pig ileum). However, the drug shows antagonistic properties at M2 receptors (rat atria). Radioligand binding studies with 3H-N-methylscopolamine (3H-NMS) using CHO cells expressing m1 or m3 receptors indicate that SDZ ENS 163 does not discriminate between m1 and m3 receptors (Ki 1.5 and 2.4 microM respectively). Regarding phosphoinositide (PI) turnover in A9L cells, SDZ ENS 163 is a partial agonist at m1 receptors. In ex vivo neurochemical studies in rats SDZ ENS 163 displays effects characteristic of muscarinic antagonists regarding the turnover of ACh which is increased in the brain. At a similar dose-range SDZ ENS 163 accelerates PI metabolism in the rat brain in vivo and increases the energy of the low frequency band (2-5 Hz) in the rat hippocampal EEG. These effects observed in vivo are consistent with postsynaptic M1 agonistic and presynaptic M2 antagonistic activities. Since SDZ ENS 163 at centrally active doses exerts no peripheral cholinergic effects, it may be useful for the symptomatic treatment of Alzheimer's disease.

Arecolina Alcaloide ottenuto dal genere Areca Catechu ACh Estere inverso ACh Alcaloide ottenuto dal genere Areca Catechu Correlato alla Ach Sperimentata nel trattamento del AD Arecoline is an alkaloid-type natural product found in betel nuts from the betel palm (Areca catechu). It is an oily liquid that is soluble in water, alcohols, and ether Owing to its muscarinic and nicotinic agonist properties, arecoline has shown improvement in the learning ability of healthy volunteers. Since one of the hallmarks of Alzheimer's disease is a cognitive decline, arecoline was suggested as a treatment to slow down this process and arecoline administered via i.v. route did indeed show modest verbal and spatial memory improvement in Alzheimer's patients, though due to arecoline's possible carcinogenic properties, it is not the first drug of choice for this degenerative disease Numerosi derivati al fine di trovare composti utili nel trattamento del AD: agonisti selettivi ed in grado di passare la BEE

R potenza CH3: arecolina CH2CH3 n-C3H7 CH2-CCH (APE) Esterificazione con alcoli diversi dal metilico : APE R potenza CH3: arecolina CH2CH3 ↑ n-C3H7 ↓ CH2-CCH (APE) R L’elevata potenza dei derivati insaturi si spiega ammettendo una interazione addizionale del triplo legame con un gruppo elettron-accettore del recettore Sostituzione dell’estere con ossima (aumento stabilità metabolica) Al variare dell’alcol che esterifica la ARECAIDINA (acido carbossilico libero della arecolina) variano moltissimo le proprietà arecaidine propagyl ester (APE) Milameline (E-1,2,5,6-tetrahydro-1-methyl-3-pyridinecarboxaldehyde, O-methyloxime monohydrochloride, CI-979, PD129409, RU35926) was characterized in vitro and evaluated for effects on central and peripheral cholinergic activity in rats and rhesus monkeys. In muscarinic binding studies, milameline displayed nanomolar affinity with an agonist ligand and micromolar affinity with antagonist ligands, with approximately equal affinities determined at the five subtypes of human muscarinic receptors (hM1-hM5) Electroencephalogram activity in both rats and monkeys was characterized by a predominance of low-voltage desynchronized activity consistent with an increase in arousal. Milameline also reversed a scopolamine-induced impairment of attention on a continuous-performance task in monkeys. Thus, milameline possesses a pharmacological profile consistent with that of a partial muscarinic agonist, with central cholinergic actions being produced in rats and monkeys at doses slightly lower than those stimulating peripheral cholinergic receptors. is a non- subtype selective, partial muscarinic agonist that enhances cognitive performance and increases central cholinergic activity in rodents at doses below those required to increase peripheral cholinergic tone. In normal healthy volunteers, CI-979 is well tolerated at single and multiple doses but in early trials doses above 2.5-mg q6h resulted in cholinergic symptoms including diaphoresis, hypersalivation, nausea, diarrhea, hypotension, chills, headache, flatulence, and urinary frequency and signs suggestive of parkinsonism (cogwheeling, tremor, pillrolling, posturing, and shuffling gait). Agonista parziale non selettivo verso i sottotipi recettoriali Aumenta le funzioni cognitive in modelli sperimentali Era entrato in sperimentazione clinica (non conclusa) per il trattamento AD MILAMELINA

Sostituzione dell’estere con anelli eteroaromatici bioisosterici Xanomeline is a functionally selective M1/M4 muscarinic acetylcholine receptor agonist. Clinical studies have shown that xanomeline significantly improves the cognitive function of patients with Alzheimer’s disease as well as decreasing behavioral symptoms such as hallucinations and delusions (Bodick et al., 1997), which also has led to interest in xanomeline as a potential therapy for schizophrenia. Xanomeline exhibits a novel mode of interaction with the M1 receptor different from that used by conventional agonists. It persistently binds to and continues to activate the receptor even after extensive washing There is evidence that the persistent attachment of xanomeline takes place away from the classical binding site, whereas the active group of xanomeline interacts reversibly with the primary receptor activation site Xanomeline is a muscarinic acetylcholine receptor agonist with reasonable selectivity for theM1 and M4 subtypes. It has been studied for the treatment of both Alzheimer's disease and schizophrenia, particularly the cognitive and negative symptoms, although gastrointestinal side effects led to a high drop-out rate in clinical trials. Despite this, xanomeline has been shown to have reasonable efficacy for the treatment of schizophrenia symptoms, and one recent human study found robust improvements in verbal learning andshort-term memory associated with xanomeline treatment. XANOMELINA Selettività funzionale per M1/M4 Potenziale applicazioni nel AD e nella schizofrenia L’elevata attività vs M1 sembra sia mediata anche da una interazione allosterica, oltre a quella ortosterica

Analoghi ciclici Diminuzione di pKa e quindi maggiore passaggio attraverso la BEE

Variazioni al nucleo TH piridinico TH pirimidina Selettività funzionale per M1 La potenza aumenta passando da metile ad octile Potenziale applicazioni nel AD e nella schizofrenia TH piridina TH pirimidina TH pirimidina Omologazione del ciclo Antinocicettivo The amyloid beta-peptides A beta 40 and A beta 42 are highly amyloidogenic constituents of brain beta-amyloid plaques in Alzheimer's disease (AD). Lowering their formation may be achieved by modulating the activities of proteases that cleave the amyloid precursor protein (A beta PP), including alpha- beta-, and gamma-secretases. Talsaclidine is a functionally selective muscarinic m1 agonist that stimulates non-amyloidogenic alpha-secretase processing in vitro. We compared cerebrospinal fluid (CSF) levels of A beta 40 and A beta 42 measured by ELISA before and at the end of 4 weeks of treatment with talsaclidine. These data show that treatment with the m1 agonist talsaclidine reduced A beta peptides, and particularly A beta 42, in AD patients, suggesting it as a potential amyloid lowering therapy of AD. Sabcomeline, a direct-acting cholinergic muscarinic receptor  agonist, offers a new approach to the treatment of schizophrenia. Worldwide rights to the development and marketing of the compound were acquired from GlaxoSmithKline. Exploratory studies including a Phase IIa clinical trial conducted by Minster provided evidence that sabcomeline has activity against the negative symptoms of schizophrenia and associated cognitive decline. The Company has filed patents relating to the use of sabcomeline in the management of cognitive decline and negative symptoms in schizophrenia and in the management of prodromal syndrome, a collection of symptoms indicating the potential onset of mental illness. Minster is in advanced discussions with two leading US academic centres in clinical psychiatry, at Columbia University, New York, and Vanderbilt University, Nashville, with a view to their conducting a Phase II proof of concept study with sabcomeline in the treatment of schizophrenia. With its established safety and tolerability profile from previous studies in more than 2,500 patients with Alzheimer’s disease sabcomeline offers the possibility of rapid development in this area of high unmet medical need. The US National Institute of Mental Health has estimated that schizophrenia affects 1.5 million people in the US. Schizophrenia remains a difficult condition to treat and all drugs currently used in the management of the condition have significant side effects AZANORBORNANO TALSACLIDINA Selettività funzionale per M1 Stimola la attività non amiloidogenica della alfa-secretasi Potenziale applicazioni nel AD SABCOMELINA CHINUCLIDINA Potente agonista funzionale per M1, agonista parziale per M3 Potenziale applicazioni nella schizofrenia

Analogie con Ach e SAR OSSOTREMORINA Derivati McN-A-343 Non è selettivo per i diversi sottotipi recettoriali Provoca una sintomatologia simile al PD Viene utilizzato come tool farmacologico in modelli sperimentali del PD Serve da lead per trovare farmaci potenziali per AD OSSOTREMORINA Analogie con Ach e SAR Mima la testa cationica della Ach; Non sono tollerate variazioni (solo N(Me3): ossitremorina-M Mima ossigeno estereo Ach (centro elettron ricco) Non sono tollerate variazioni Interagisce con un terzo sito polare del recettore Non può essere né rimosso né sostituito Oxotremorine is a synthetic alkaloid and is a muscarinic agonist in that it will bind to muscarinic acetylcholine receptors. It is therefore a parasympathomimetic. Specifically, oxotremorine is a non-selective muscarinic receptor agonist. In addition, it also produces ataxia, tremor and spasticity, similar to those symptoms seen in Parkinsonism, and has thus become a research tool in experimental studies aimed at determining more effective anti-Parkinsonian drugs The selective M1 agonist 4-(m-chlorophenylcarbamoyloxy)-2-butynyl-trimethyl ammonium chloride (McN-A-343, 10.0 mg/kg) significantly attenuated both the QNX-induced locomotion and habituation deficit, while neither the non-selective muscarinic agonist oxotremorine (0.125 mg/kg) nor the acetylcholinesterase inhibitor physostigmine (0.06 mg/kg) had a significant effect on these behaviors. These data suggest that, in this model, the M1 cholinergic receptor mediates both locomotion and habituation. Derivati Selettivo verso M1 McN-A-343

ANTAGONISTI MUSCARINICI non selettivi: alcaloidi delle Solanacee (±) ATROPINA Atropa belladonna Tropanolo + Acido tropico Gli isomeri naturali sono i (-). Il processo di estrazione (che per gli alcaloidi prevede una estrazione acido-base) porta alla racemizzazione (che è catalizzata da basi) (-)SCOPOLAMINA

Relazioni struttura-attività Correlata ad ACh 3C invece che 2 ma la struttura azabiciclica confina i gruppi funzionali ad una distanza simile a quella della ACh La quaternarizzazione di N mantiene l’attività ma annulla gli effetti centrali (il derivato onio non passa la BEE) Fondamentale –OH Fondamentale la streochimica

ANTAGONISTI MUSCARINICI non selettivi: Applicazioni cliniche Scopolamina Midriatico e cicloplegico Cinetosi Atropina Midriatico e cicloplegico Bradicardiaca Iperidrosi Antidoto nell’avvelenamento da organofosfati Buscopan Spasmolitico Omatropina: esterificazione del tropanolo con acido mandelico anzichè con acido tropico Atropine Ophthalmic use Topical atropine is used as a cycloplegic, to temporarily paralyze the accommodation reflex; and as a mydriatic, to dilate the pupils. Atropine degrades slowly, typically wearing off in 2 to 3 days, so is generally used as a therapeutic mydriatic, whereas tropicamide (a shorter-acting cholinergic antagonist) or phenylephrine (an α-adrenergic agonist) are preferred as an aid to opthalmic examination. The effects of atropine can last up to two weeks. Atropine induces mydriasis by blocking contraction of the circular pupillary sphincter muscle, which is normally stimulated by acetylcholine release, thereby allowing the radial pupillary dilator muscle to contract and dilate the pupil. Atropine is contraindicated in patients predisposed to narrow angle glaucoma. Atropine can be given to patients who have direct globe trauma. Resuscitation Injections of atropine are used in the treatment of bradycardia (an extremely low heart rate), asystole and pulseless electrical activity (PEA) in cardiac arrest. This works because the main action of the vagus nerve of the parasympathetic system on the heart is to slow it down. Atropine blocks that action and therefore may speed up the heart rate. The usual dose of atropine is 0.5 to 1 mg IV push every three to five minutes, up to a maximum dose of 0.04mg/kg. Atropine is also useful in treating second degree heart block Mobitz Type 1 (Wenckebach block), and also third degree heart block with a high Purkinje or AV-nodal escape rhythm. It is usually not effective in second degree heart block Mobitz type 2, and in third degree heart block with a low Purkinje or ventricular escape rhythm. Atropine is contraindicated in ischemia-induced conduction block, because the drug increases oxygen demand of the AV nodal tissue, thereby aggravating ischemia and the resulting heart block. One of the main actions of the parasympathetic nervous system is to stimulate the M2 muscarinic receptor in the heart, but atropine inhibits this action. Secretions and bronchoconstriction Atropine's actions on the parasympathetic nervous system inhibits salivary, sweat, and mucus glands. This can be useful in treating hyperhidrosis and can prevent the death rattle of dying patients. Even though it has not been officially indicated for either of these purposes by the FDA, it has been used by physicians for these purposes. [2] Antidote for organophosphate poisoning Cycloplegia is paralysis of the ciliary muscle of the eye, resulting in a loss of accommodation. The iris is the heavily pigmented colored part of the eye. It has a contractile diaphragm in front of the lens with a central opening called the pupil. It is located between the lens and the cornea, and is attached radially to the ciliary body and the cornea via ligaments called pectinate ligaments. The iris contains two sets of muscles: a radial group for enlargement of the pupil (dilator pupillae), and a circular group set to decrease pupil size on contraction (sphincter pupillae). The muscles regulate the amount of light entering the eye. The sphincter pupillae is stimulated through muscarinic receptors by the parasympathetic nervous system. The dilator pupillae is stimulated through adrenergic receptors by the sympathetic nervous system. Cycloplegic drugs are generally muscarinic receptor blockers. These include atropine, cyclopentolate, homatropine, scopolamine and tropicamide. They are indicated for use in cycloplegic refractions and the treatment of uveitis. Many cycloplegics are also mydriatic (pupil dilating) agents and are used as such during ophthalmoscopic examinations to better visualize the retina. Omatropina Bromoidrato Midriatico Spasmolitico

ANALOGI SINTETICI: presupposti Analogie con ACh tranne che nella porzione dell’acido tropico: questa porzione è fondamentale per l’attività antagonistica (confermato anche dall’importanza della stereochimica a questo livello) semplificare la struttura della Atropina mantenendone i gruppi funzionali introdurre gruppi voluminosi ad opportuna distanza dal N basico H; OH (è sempre OH quando X=CH2); CONH2 In genere i composti con Y = OH sono più attivi dei corrispondenti con Y = H -COO-; -O-; CH2. I composti con l'O hanno una componente antiistaminica pronunciata CH3; C2H5; gruppi ciclici Gruppi ciclici, aromatici o alifatici Voluminosi Opportunamente disposti n=2, generalmente

Midriatico e cicloplegico Alcuni esempi CYCLOPENTOLATE Midriatico e cicloplegico The exact mechanism of action in parkinsonian syndromes is not precisely understood, but it is known that trihexyphenidyl blocks efferent impulses in parasympathetically innervated structures like smooth muscles (spasmolytic activity), salivary glands, and eyes (mydriasis). In higher doses direct central inhibition of cerebral motor centers may contribute. In very high doses central toxicity as seen in atropine overdose is noted. It binds to the M1 muscarinic receptor.[1] Biperiden has an atropine-like blocking effect on all peripheral structures which are parasympathetic-innervated (e.g. cardiovascular and visceral organs). It also has a prominent central blocking effect on M1 receptors. Is an antiparkinsonian agent of the anticholinergic type Cyclopentolate is a mydriatic and cycloplegic agent commonly used during pediatric eye examinations. Cyclopentolate is also administered as an atropine substitute to reverse muscarinic and CNS effects of indirect cholinomimetic (anti-AChase) administration. BIPERIDEN  Bloccante recettori centrali M1 Antiparkinsoniano TRIHEXYPHENIDYL Spasmolitico, midriatico Bloccante recettori centrali M1 Antiparkinsoniano

ANTAGONISTI M1 selettivi: Pirenzepina (Gastrozepin) Scoperta nel 1980: primo antagonista M1 selettivo pKa= 8.2 LogP = -0.6 pKa= 2.1 Sistema triciclico: conformazione a farfalla: possibile isomeria ottica (in realtà DG troppo bassa (18 Kcal/mol) per separare i 2 enatiomeri I 2 legami ammidici la differenziano dalla Imipramina (antipsicotropo) La selettività è determinata sia dal ciclo benzodiazepinonico che dalla catena laterale (che ha un’influenza maggiore) Catena laterale: modifiche che determinano perdita di attività e/selettività aumento della libertà conformazionale sostituzione della Me-N sostituzione ciclo a 6 spostamento del N-CH3 Non passa la BEE USO: trattamento ulcera peptica (prima di antiH2 e inibitori di pompa) valori di log P indicano che l'Imipramina supera la barriera emato-encefalica e quindi possiede effetti centrali(psicotropo). Al contrario, la Pirenzepina non attraversa labarriera emato-encefalica, per cui ha solo effetti periferici,non centrali. Le RAS sulla Pirenzepina indicano che la selettività M1 dipende sia dal sistema triciclico che dalla catena laterale. La Pirenzepinapossiede un’affinitàpiùelevata per il recettore M1(pKi= 8.0) ed un’affinitàcirca 6, 17 e 50 volte piùbassa rispettivamente per i recettori M4, M3e M2. E’interessante notare che fino ad ora la Pirenzepinaèrimasta uno dei piùselettivi antagonisti recettorialiM1. Inibisce la secrezione acida gastrica a dosi alle quali la salivazione e la frequenza cardiaca sono influenzate in modo marginale. Pirenzepine (marketed by Gastrozepin) is used in the treatment of peptic ulcers, as it reduces gastric acid secretion and reduces muscle spasm. Telenzepine is an analogue of pirenzepine with a higher potency and similar selectivity for M1-receptors in animals. On a molar basis telenzepine proved to be a 25 and 50 times more potent inhibitor of gastric and salivary secretion, respectively A peptic ulcer, also known as PUD or peptic ulcer disease[1], is an ulcer (defined as mucosal erosions equal to or greater than 0.5 cm) of an area of the gastrointestinal tract that is usually acidic and thus extremely painful. As much as 80% of ulcers are associated with Helicobacter pylori, a spiral-shaped bacterium that lives in the acidic environment of the stomach, however only 20% of those cases go to a doctor. Ulcers can also be caused or worsened by drugs such as Aspirin and other NSAIDs. Contrary to general belief, more peptic ulcers arise in the duodenum (first part of the small intestine, just after the stomach) than in the stomach. About 4% of stomach ulcers are caused by a malignant tumor, so multiple biopsies are needed to make sure. Duodenal ulcers are generally benign A peptic ulcer may arise at various locations: Stomach (called gastric ulcer) Duodenum (called duodenal ulcer) Esophagus (called esophageal ulcer) Meckel's Diverticulum (called Meckel's Diverticulum ulcer)

ANTAGONISTI M1 selettivi: Derivati pirenzepina UH-AH 37 TELENZEPINA Carba-analogo PIRENZEPINA Della telenzepina e di UH-AH 37 è stato possibile risolvere i 2 enantiomeri (la presenza di un Cl o CH3 rendel la barriera energetica di interconversione maggiore: L’enantiomero destrogiro è 100-5000 volte più potente Il carbaanalogo mantiene la selettività nei confronti di M1 passa la Bee

ANTAGONISTI M2 selettivi: Derivati AF DX 16 YM59981 YM55758 AF DX 16 prototipo Il sistema triciclico condensato ha un'influenza moderata. La flessibilità della catena laterale favorisce la selettività M2.- I sistemi di anelli a sei membri non sono necessari.- L'orientazione spaziale dell'azoto protonato della catena laterale è diversa rispetto ai derivati M1 selettivi. Selettivi verso M2 (M2M1  M3) Alta biodisponibilità orale Non passano BEE: ottimi agenti cardioselettivi

ANTAGONISTI M2 selettivi: Derivati AF DX 16 prototipo Della telenzepina e di UH-AH 37 è stato possibile risolvere i 2 enantiomeri (la presenza di un Cl o CH3 rendel la barriera energetica di interconversione maggiore: L’enantiomero destrogiro è 100-5000 volte più potente Il carbaanalogo mantiene la selettività nei confronti di M1 passa la Bee Selettivi verso M2 (M2M1  M3) Passano BEE: potenziali agenti nel trattamento della demenza e Alzheimer

ANTAGONISTI M2 selettivi: Metoctramina Sviluppata partendo dal concetto di poliammina come supporto universale METOCTRAMINA Sostituito il gruppo o-metossibenzilico con un nucleo piridobenzodiazepinonico (farmacoforo migliore) TRIPITRAMINA Molto potente Molto selettivo concetto di poliammina come supporto universale E’ noto che i recettori accoppiati alle proteine G, caratterizzati dalla presenza di sette domini transmembranali, hanno una elevata omologia tra di loro che ovviamente rende molto complessa la ricerca di selettività. Questa omologia naturalmente aumenta ancora quando si prendano in considerazione i sottogruppi recettoriali. D'altra parte l'esistenza di ligandi in grado di discriminare tra sottotipi recettoriali rende evidente che anche piccole differenze strutturali dei siti attivi possono determinare differenze rilevanti nella affinità di un ligando. Le molecole recettoriali hanno un comune scheletro, costituito dai legami peptidici, circondato da sostituenti rappresentati dalle catene dovuta alla natura ed alla disposizione spaziale di questi gruppi sostituenti. Tra questi i gruppi carbossilici di amminoacidi quali l'aspartico o il glutammico rappresentano un eccellente sito di ancoraggio di un ligando a carattere basico. E’ ragionevole pensare che la distribuzione degli ioni carbossilato nei vari tipi e sottotipi recettoriali possa differire, anche se di poco. Un ligando che contenga una sequenza di cariche positive come una poliammina può quindi mettere in evidenza differenze anche minime di localizzazione di cariche negative, legandosi preferenzialmente ad un recettore più che ad un altro. E’ inoltre ragionevole pensare che una opportuna modulazione della distanza tra gli atomi di azoto di una poliammina che contenga alla sua estremità gruppi già di per sé in grado di interagire con il sito attivo di undato recettore, possa evidenziare le sottili differenze che esistono tra i sottogruppi recettoriali. Le poliammine possono rappresentare quindi un supporto di tipo universale in grado di legarsi ad una struttura proteica quale quella dei recettori, mentre la modulazione del numero delle cariche positive (atomi di azoto ionizzati), la loro distanza, nonché il tipo di farmacoforo inserito aidue estremi della catena, determinano la classe ed il sottotipo di recettori coinvolti. La scelta delle tetrammine, in gran parte dovuta al caso, si è rivelata molto proficua, ma è ovvio che sono possibili anche soluzioni con un numero diverso di cariche Metoctramina: pA2 (M2): 7.78, pA2 (M3): 6.28. Selettività M2/M3 = 32 Tripitramina: pA2 (M2): 9.69, pA2 (M3): 6.50. Selettività M2/M3 = 1550

ANTAGONISTI M3 selettivi Prototipi 4-DAMP ESAIDROSILADIFENIDOLO La loro struttura è molto vicina alla struttura generale: non sorprende la scarsa selettività Discreta selettività M2/M3 (4.5, 15-30 volte) ma non distinguono M3/M1

ANTAGONISTI M3 selettivi: Derivati più selettivi DARIFENACINA (Enablex) Buona selettività verso i M3 (discriminati da M1 e M2) USO: Colon irritabile Buona selettività verso i M3 (discriminati da M1 e M2). USO: Incontinenza urinaria OXIBUTINIL Darifenacin (Enablex, Emselex, Novartis) is a medication used to treat urinary incontinence. Darifenacin works by blocking the M3 muscarinic acetylcholine receptor, which is primarily responsible for bladder muscle contractions. It thereby decreases the urgency to urinate. It should not be used in people with urinary retention. It is not known whether this selectivity for the M3 receptor translates into any clinical advantage when treating symptoms of overactive bladder syndrome Darifenacin not only is a more potent antagonist in tissues controlled by M3 receptor subtypes compared to tissues controlled by M1 and M2 receptor subtypes but also appears to be selective forM3 receptors in smooth muscle preparations compared to M3 receptors in glandular tissue. More recently, the M3 selectivity of Darifenacin was confirmed in binding experiments with cloned human muscarinic receptor subtypes where shows a 47-fold separation between M2 and M3 affinity Tolterodine used to treat urinary incontinence. ( Detrol and Detrusitol) Shows 4-fold functional selectivity for inhibition of muscarinic receptors in the urinary bladder compared to muscarinic receptors in the parotid glands in vivo, this selectivity cannot be attributed to activity at a single muscarinic receptor subtype. In cloned human muscarinic (M1-M5) receptors, does not discriminate among the subtypes in binding experiments nor are there large differences in affinity for muscarinic receptors in specific tissues (M1-M3). Tolterodine acts on M2 and M3 subtypes of muscarinic receptors whereas most antimuscarinic treatments for overactive bladder only act on M3 receptors making them more selective.Tolterodine, although it acts on two types of receptors, has fewer side effects than other antimuscarinics eg. oxybutynin (which is selective for M3 only) as tolterodine targets the bladder more than other areas of the body. This means that less drug needs to be given daily (due to efficient targeting of the bladder) and so there are fewer side effects Oxybutynin is an anticholinergic medication used to relieve urinary and bladder difficulties, including frequent urination and inability to control urination (urge incontinence), by decreasing muscle spasms of the bladder. It also has direct spasmolytic effects on bladder smooth muscle as a calcium antagonist and local anesthetic, but at concentrations far above those used clinically. It is available orally in generic formulation and as the brand-names Ditropan and Lyrinel XL, and as a transdermal patch under the brand-name Oxytrol. Also Ditrospam by Avenzor Syria Oxybutynin is also a possible treatment of hyperhidrosis, or hyper-active sweating Oxybutynin contains one stereocenter. Commercial formulations are sold as the racemate. The (R)-enantiomer is a more potent anticholinergic than either the racemate or the (S)-enantiomer, which is essentially without anticholinergic activity at the doses used in clinical practice.[5][6] However, (R)-oxybutynin administered alone offers little or no clinical benefit above and beyond the racemic mixture. The other actions (calcium antagonism, local anesthesia) of oxybutynin are not stereospecific. (S)-Oxybutynin has not been clinically tested for its spasmolytic effects, but may be clinically useful for the same indications as the racemate, without the unpleasant anticholinergic side effects TOLTERODINA (Detrusitol) Non hanno selettività di binding ma dimostrano selettività funzionale per i recettori muscarinici della vescica. USO: Incontinenza

Interazione con il recettore Competitivi Struttura più complessa rispetto alla Ach Affinità maggiore rispetto alla Ach Il sito d’azione degli agonisti e antagonisti non coincide con quello della Ach Interazione con siti accessori Esperimenti di mutagenesi Asp 147 (3TM): Agonisti ed Antagonisti Tyr 533, 529(7TM), Tyr 506(6TM), Tyr 148(3TM), Thr 231,234(5TM): Agonisti Asn 507 (6TM): Antagonisti Tutti gli anta muscarinici in uso sono competitivi; Struttura: hanno una struttura più complessa rispetto alla Ach E’ fondamentale la presenza dell’OH e la sua sterochimica per l’attività anta Hanno una affinità molto maggiore per il recettore rispetto aglla Ach Il sito d’azione degli anta non coincide con quello della Ach Bisogna considerare la esistenza di siti accessori Esperimenti di mutagenesi hanno confermato l’importanza dell ASP 147 (3TM) si per ago che per anta I siti fondamentali per l’interazione con Ach non sono indispensabili per l’azione anta È importante un residuo di Asn 507 (6TM)

A model of the muscarinic receptor showing (A) an antagonist and (B) acetylcholine docked into the binding site.

Agonisti Di origine naturale Muscarina Pilocarpina Arecolina Di sintesi Ossotremorina Betanecolo Carbacolo Metacolina Antagonisti Di origine naturale Atropina Scopolamina Di sintesi Biperidene Ciclopentolato Pirenzepina Triesifenidile

Acetilcolinesterasi

ACHASI:MECCANISMO DI IDROLISI Esiste un sito anionico per la colina ed un sito esterasico per il gruppo acetile •Il gruppo acetile dovrebbe restare legato all’AchE, mentre la colina si libera •Successivamente si stacca anche il gruppo acetile per idrolisi spontanea •I gas nervini fosforilano e bloccano in maniera irreversibile il sito esterasico dell’acetilcolinesterasi con il conseguente aumento dei livelli di acetilcolina e l’attivazione intensa delle sinapsi colinergiche a livello del SNA, SNC e del sistema motorio. : esaltazione delle proprietà nucleofile dell’OH serinico (catalisi basica) esaltazione della tendenza della colina a fungere da LG (catalisi acida) esaltazione delle proprietà nucleofile dell’H2O esaltazione della tendenza del residuo serinico a fungere da LG

Proprietà farmacologiche degli inibitori delle acetilcolinesterasi Generali stimolazione delle risposte mediate dai recettori muscarinici stimolazione, seguita da depressione e paralisi, di tutti i gangli del sistema nervoso autonomo stimolazione, seguita da paralisi dei muscoli scheletrici (azioni nicotiniche) stimolazione con occasionale depressione, dei recettori colinergici nel sistema nervoso centrale Occhio costrizione del muscolo sfintere della pupilla (miosi) costrizione del muscolo ciliare ( blocco del riflesso dell’acccomodazione: la visione da vicino è a fuoco) facilitazione della fuoriuscita dell’umore acqueo Tratto gastrointestinale aumento della contrazione gastrica e della secrezione acida gastrica aumento della motilità intestinale Giunzione neuromuscolare stimolazione seguita da paralisi

CARBAMMATI INIBITORI DELLA ACETILCOLINESTERASE REVERSIBILI N Pirrolidine FISOSTIGMINA Uretano o carbammato Carbammato è essenziale L’anello aromatico è importante L’azoto pirrolidinico è importante e si trova ionizzato al pH del sangue Physostigmine (also known as eserine from éséré, West African name for the Calabar bean) is a parasympathomimetic, specifically, a reversible cholinesterase inhibitor alkaloid of the Calabar bean. The chemical was synthesized for the first time in 1935 by the chemists Percy Lavon Julian and Josef Pikl. It is available in the U.S. under the trade names Antilirium, Eserine Salicylate, Isopto Eserine, and Eserine Sulfate Fisostigmina è usato per trattare miastenia gravis, glaucoma, La malattia di Alzheimer e ritardato svuotamento gastrico. È stato indicato per migliorare la memoria a breve termine (KRUS et al. 1968). Recentemente, ha iniziato ad essere utilizzato nel trattamento di ipotensione ortostatica. Perché è un amina terziaria (E quindi non ha legame di idrogeno, il che rende più idrofobo), può attraversare il barriera emato-encefalicaE salicilato di fisostigmina è usato per trattare la del sistema nervoso centrale effetti di atropina, scopolamina e altri anticolinergici overdose. Fisostigmina è il antidoto di scelta per Datura stramonium avvelenamento. E 'anche un antidoto per Atropa belladonna avvelenamento, gli stessi che per atropina. E 'stato anche utilizzato come antidoto per l'avvelenamento con GHB pure, ma è poco efficace e spesso causa di tossicità supplementare, quindi non è un trattamento raccomandato.

MECCANISMO D’IDROLISI (Anticolinesterasici) Reversibili Irreversibili : esaltazione delle proprietà nucleofile dell’OH serinico (catalisi basica) esaltazione della tendenza del residuo triciclico a fungere da LG (catalisi acida) e formazione di un addotto carbammoilato stabile R R R R R R = MeNH

CARBAMMATI : IMPIEGHI TERAPEUTICI (Anticolinesterasici) Reversibili Irreversibili Myastenia gravis Antidoto per avvelenamenti da antagonisti muscarinici o curarizzanti Trattamento del glaucoma Malattia di Alzheimer Analoghi della FISOSTIGMINA MIOTINA Suscettibile ad idrolisi chimica e può attraversare la barriera ematoencefalica come base libera Trattamento AD di grado lieve o moderato dove si è dimostrata essere efficace sia nel miglioramento dei disturbi cognitivi sia nel rallentamento della progressione della malattia  E’ efficace anche nella terapia della demenza associata al PD  anche se i risultati sono modesti RIVASTIGMINA

Analoghi della FISOSTIGMINA Br - Reversibili Irreversibili MeSO3 - Non attraversano la BBE PIRIDOSTIGMINE NEOSTIGMINE Resistenza all’idrolisi dei carbammati terziari Meccanismo 1 Meccanismo 2 -HOAr Non idrolisi -Me + Me

INIBITORI DELLA ACETILCOLINESTERASE IRREVERSIBILI AGENTI NERVINI ORGANOFOSFORICI DIFLOS SARIN fluorofosfatato diisopropilico è stato usato in oculistica come agente miotico nel trattamento dell'infezione cronica da glaucoma   e come agente sperimentale nel campo delle neuroscienze per la sua proprietà d’inibire’acetilcolinesterase e capacità di indurre ritardo neuropatico periferico   ll Sarin o GB è un gas nervino  della famiglia degli organofosfati classificato come arma chimica di distruzione di massa. Fu ottenuto per la prima volta nel 1939 da due scienziati tedeschi, durante i tentativi di sviluppare dei pesticidi. Stabile

ORGANOFOSFORICI Analoghi dei gasi nervini (Anticolinesterasici) IMPIEGHI TERAPEUTICI Reversibili Irreversibili Glaucoma Aggressivi chimici Insetticidi Insetticidi Echothiophate (Phospholine) is a parasympathomimetic and a phosphorothioate. It is an acetylcholinesterase inhibitor. ECOTIOPATE Medicinale MELATION PARATION

Metabolismo degli insetticidi nei mammiferi e negli insetti Utilizzato nel trattamento dei pidocchi e scabbia (rogna), anche se non In periodi prolungati

ORGANOFOSFORICI come antidoti d’altri organofosforici Reversibili Irreversibili Un farmaco, antidoto dei veleni organofosfati, deve spiazzare il legame fosfoestere con la serina rendendo il sito recettoriale nuovamente pronto a degradare fisiologicamente l'acetilcolina I fosfati possono essere idrolizzati con idrossilamine Disegno: introduzione di questo gruppo nucleofilo in strutture che targeted del sito recettoriale agenti riattivatori si usano alcune ossime (obidossima, pralidossima) che sono in grado, se somministrate prontamente, di riattivare l'acetilcolinesterasi" il nervino e PRALIDOSSIMA  o 2-PAM  OBIDOSSIMA

MECCANISMO DE AZIONE DEGLI ANTIDOTI ORGANOFOSFORICI

Agenti anticolinesterasi ed Alzheimer Perdita della memoria ? Deterioro intellettivo Perdita di connessione colinergici Cambi della personalità Allevio della sintomatologia ts main therapeutic use is in the treatment ofAlzheimer's disease where it is used to increase cortical acetylcholine GALANTAMINE TACRINE DONEPEZIL

Sito catalitico DONEPEZIL The benzyl ring interacts primarily with Trp 84  ; the piperidine ring interacts with Tyr 70, Tyr 121, and Tyr 334  ; and the indanone ring interacts with Trp 279  at the entrance of the gorge. These contacts are essential for the favorable and selective binding of E2020 with acetylcholinesterase . DONEPEZIL Sito catalitico

……… ALTRI RIVASTIGMINE XANOMELINE Agonista muscarinico M1 ANABASEINA Agonista nicotinico METRIFONATE

SYNTHESIS OF NOVEL CLASSES OF ACETYLCHOLINESTERASE INHIBITORS FOR THE TREATMENT AND PREVENTION OF ALZHEIMER'S DISEASE   Starting from two known models of reversible acetylcholinesterase inhibitors (AChEIs), such as tacrine, the first AChEI to be commercialized for the treatment of AD, and (-)-huperzine A, a natural product exhibiting a potent and selective AChE inhibitory activity, and taking advantage of the fact that the binding sites of these lead compounds within the active site of the enzyme AChE are close and partially overlap, we designed through a conjunctive approach a new structural family of AChEIs which could simultaneously occupy both binding zones, thereby increasing their affinity for the enzyme. Thus, by combination in the same molecule of the 4-aminoquinoline moiety of the model tacrine and the carbobicyclic moiety of the model (-)-huperzine A we designed the so-called huprines or tacrine-huperzine A hybrids.