Toward an innovative treatment of Alzheimer's disease : Design of novel multi-target directed ligands

La maladie d’Alzheimer (MA) est une maladie neurodégénérative complexe caractérisée par une perte progressive de la mémoire et de la cognition. C’est la première cause de démence chez le sujet âgé et affecte environs 4.6 millions de personnes par an, selon un rapport de l’association « Alzheimer’s disease International », le nombre de patients pourrait s’élever à 135.5 millions en 2050. Du fait de sa complexité, la MA reste incurable et seuls 4 médicaments aux vertus palliatives dont 3 visant à inhiber l’acétylcholinestérase (AChE) ont reçu une autorisation de mise sur le marché à ce jour. L’approche multi-cible parait particulièrement adaptée du fait du grand nombre de cibles potentielles de la pathologie, et du caractère multifactoriel de la maladie. Cette approche consiste à associer sur une seule molécule, plusieurs pharmacophores afin qu’ils puissent agir simultanément sur différentes cibles impliquées dans le processus neurodégénératif. Dans ce contexte, en parallèle de la resynthèse d’un ligand multi-cible conjugué alliant un inhibiteur d’AChE (IAChE) et un antioxydant, deux nouvelles familles de ligands multi-cibles conjuguées, combinant un IAChE et un agoniste des récepteurs nicotiniques α7 (α7 nAChR) ont été conçues et leur synthèse abordée. Dans le cas de la première famille, le fragment ivastigmine a été choisi pour sa capacité à inhiber de manière pseudo-irréversible l’AChE et a été conjugué à un motif quinuclidine, un puissant agoniste des α7 nAChRs impliqués dans la MA. En combinant ces deux fragments, il a été observé que les propriétés biologiques in vitro de chaque pharmacophore étaient améliorées. La structure de la seconde famille est basée sur le Donepezil, un IAChE réversible de plus forte affinité, combiné au même motif quinuclidine que dans la série précédente. Si des intermédiaires avancés ont été obtenus, un ou deux étapes restent à finaliser pour finaliser la synthèse de cette troisième famille de MTDL.Alzheimer’s disease (AD) is a complex neurodegenerative disease characterised by a progressive loss of memory and cognition. Nowadays, 4.6 million new patients are identified every year and according to the “Alzheimer’s diseases International” association, the number of patients could reach 135.5 million in 2050. Due to its complexity, AD remains uncurable and only 4 palliative drugs, of which 3 are acetylcholinesterase (AChE) inhibitors (AChEI), have been approved by FDA to date. AD being a multifactorial illness, with many potential targets involved in the pathology, the MTDL approach seems promising. This strategy associates in one single molecule, different pharmacophores (at least) acting on different targets involved in this CNS-related disorder. In this context, in parallel with the upscaled synthesis of a conjugated MTDL combining an AChEI inhibitor and an antioxidant, two new families of conjugated MTDLs associating an AChEI and a α7 nicotinic receptor (α7 nAChR) agonist have been investigated. The structure of the first family was based on a Rivastigmine scaffold, known to be a pseudo-irreversible AChE inhibitor, and a quinuclidine fragment, a potent α7 nAChR agonist. By combining these two fragments, it was brought to light that the in vitro biological properties were improved on both targets. The second family was based on a donepezil fragment, a more potent AChEI, and the same quinuclidine fragment than in the first family. Advanced intermediates have been obtained, and two last steps remain to be achieved for the completion of this third MTDL series

Vers un traitement de la maladie d'Alzheimer : synthèse de nouveaux ligands multi-cibles

Alzheimer’s disease (AD) is a complex neurodegenerative disease characterised by a progressive loss of memory and cognition. Nowadays, 4.6 million new patients are identified every year and according to the “Alzheimer’s diseases International” association, the number of patients could reach 135.5 million in 2050. Due to its complexity, AD remains uncurable and only 4 palliative drugs, of which 3 are acetylcholinesterase (AChE) inhibitors (AChEI), have been approved by FDA to date. AD being a multifactorial illness, with many potential targets involved in the pathology, the MTDL approach seems promising. This strategy associates in one single molecule, different pharmacophores (at least) acting on different targets involved in this CNS-related disorder. In this context, in parallel with the upscaled synthesis of a conjugated MTDL combining an AChEI inhibitor and an antioxidant, two new families of conjugated MTDLs associating an AChEI and a α7 nicotinic receptor (α7 nAChR) agonist have been investigated. The structure of the first family was based on a Rivastigmine scaffold, known to be a pseudo-irreversible AChE inhibitor, and a quinuclidine fragment, a potent α7 nAChR agonist. By combining these two fragments, it was brought to light that the in vitro biological properties were improved on both targets. The second family was based on a donepezil fragment, a more potent AChEI, and the same quinuclidine fragment than in the first family. Advanced intermediates have been obtained, and two last steps remain to be achieved for the completion of this third MTDL series.La maladie d’Alzheimer (MA) est une maladie neurodégénérative complexe caractérisée par une perte progressive de la mémoire et de la cognition. C’est la première cause de démence chez le sujet âgé et affecte environs 4.6 millions de personnes par an, selon un rapport de l’association « Alzheimer’s disease International », le nombre de patients pourrait s’élever à 135.5 millions en 2050. Du fait de sa complexité, la MA reste incurable et seuls 4 médicaments aux vertus palliatives dont 3 visant à inhiber l’acétylcholinestérase (AChE) ont reçu une autorisation de mise sur le marché à ce jour. L’approche multi-cible parait particulièrement adaptée du fait du grand nombre de cibles potentielles de la pathologie, et du caractère multifactoriel de la maladie. Cette approche consiste à associer sur une seule molécule, plusieurs pharmacophores afin qu’ils puissent agir simultanément sur différentes cibles impliquées dans le processus neurodégénératif. Dans ce contexte, en parallèle de la resynthèse d’un ligand multi-cible conjugué alliant un inhibiteur d’AChE (IAChE) et un antioxydant, deux nouvelles familles de ligands multi-cibles conjuguées, combinant un IAChE et un agoniste des récepteurs nicotiniques α7 (α7 nAChR) ont été conçues et leur synthèse abordée. Dans le cas de la première famille, le fragment ivastigmine a été choisi pour sa capacité à inhiber de manière pseudo-irréversible l’AChE et a été conjugué à un motif quinuclidine, un puissant agoniste des α7 nAChRs impliqués dans la MA. En combinant ces deux fragments, il a été observé que les propriétés biologiques in vitro de chaque pharmacophore étaient améliorées. La structure de la seconde famille est basée sur le Donepezil, un IAChE réversible de plus forte affinité, combiné au même motif quinuclidine que dans la série précédente. Si des intermédiaires avancés ont été obtenus, un ou deux étapes restent à finaliser pour finaliser la synthèse de cette troisième famille de MTDL

Toward an Innovative Treatment of Alzheimer’s Disease: Design of MTDLs Targeting Acetylcholinesterase and α-7 Nicotinic Receptors

International audienceAlzheimer’s disease (AD) is a complex and progressive neurodegenerative disorder. The available therapy is limited to symptomatic treatment, and its efficacy remains unsatisfactory. In view of the prevalence and expected increase in the incidence of AD, the development of an effective therapy is crucial for public health. Since the therapeutic paradigm “one compound–one-target” has shown its limits in the treatment of AD, new strategies are emerging to overcome the lack of efficiency of the current pharmacotherapy in the past decade. The most promising is the multitarget-directed ligands (MTDLs) strategy. This project consists of the development of new multifunctional agents, which will act simultaneously on the different players in AD pathology by combining an AChE inhibitory activity based on the structures of a well-known AChE inhibitor (Rivastigmine) with an α-7 nAChR activation. Indeed, nAChRs were recently put forward as potential targets for the treatment of central nervous system (CNS) diseases, such as AD. Because of their distribution and abundance in the CNS, the α-7 subtypes are potential therapeutic targets for this disorder

Discovery of a Potent Dual Inhibitor of Acetylcholinesterase and Butyrylcholinesterase with Antioxidant Activity that Alleviates Alzheimer-like Pathology in Old APP/PS1 Mice

International audienc

Discovery of a Potent Dual Inhibitor of Acetylcholinesterase and Butyrylcholinesterase with Antioxidant Activity that Alleviates Alzheimer-like Pathology in Old APP/PS1 Mice

Combination of the scaffolds of the cholinesterase inhibitor huprine Y and the antioxidant capsaicin results in compounds with nanomolar potencies toward human acetylcholinesterase (AChE) and butyrylcholinesterase (BChE) that retain or improve the antioxidant properties of capsaicin. Crystal structures of their complexes with AChE and BChE revealed the molecular basis for their high potency. Brain penetration was confirmed by biodistribution studies in C57BL6 mice, with one compound (5i) displaying better brain/plasma ratio than donepezil. Chronic treatment of 10 month-old APP/PS1 mice with 5i (2 mg/kg, ip, 3 times per week, 4 weeks) rescued learning and memory impairments, as measured by 3 different behavioral tests, delayed the Alzheimer-like pathology progression, as suggested by a significantly reduced Aβ42/Aβ40 ratio in hippocampus, improved basal synaptic efficacy, and significantly reduced hippocampal oxidative stress and neuroinflammation. Compound 5i emerges as an interesting anti-Alzheimer lead with beneficial effects on cognitive symptoms and on some underlying disease mechanisms