Interakce steroidu s NMDA receptorem: Strukturně-aktivitní studie a vliv na mutované lidské formy NMDA receptorů

• Název práce v češtině: Interakce steroidu s NMDA receptorem: Strukturně-aktivitní studie a vliv na mutované lidské formy NMDA receptorů
• Název v anglickém jazyce: Steroid - NMDA receptor interaction: Structure-activity study and effect on mutant forms of human NMDA receptors
• Klíčová slova: NMDA receptor, neurosteroid, strukturně-aktivitní vztah, pregnanové analogy, pregnenové analogy, lidské mutace
• Klíčová slova anglicky: NMDA receptor, neurosteroid, structure-activity relationship, pregnane analogues, pregnene analogues, human mutations
• Akademický rok vypsání: 2012/2013
• Typ práce: disertační práce
• Jazyk práce: čeština
• Ústav: Mimofakultní pracoviště (13-999)
• Vedoucí / školitel: prof. MUDr. Ladislav Vyklický, DrSc.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 24.09.2014
• Datum zadání: 24.09.2014
• Datum potvrzení stud. oddělením: 24.09.2014
• Datum a čas obhajoby: 03.12.2018 00:00
• Datum odevzdání elektronické podoby: 28.06.2018
• Datum odevzdání tištěné podoby: 28.06.2018
• Datum proběhlé obhajoby: 03.12.2018
• Oponenti: Ing. Miroslava Anděrová, CSc.

Seznam odborné literatury

Krausova B, Slavikova B, Nekardova M, Hubalkova P, Vyklicky V, Chodounska H,Vyklicky L, Kudova E (2018) Positive Modulators of the N-Methyl-d-aspartate Receptor: Structure-Activity Relationship Study of Steroidal 3-Hemiesters. Journal of medicinal chemistry 61:4505-4516. (IF = 6.259; rok 2016)

Vyklicky V, Krausova B, Cerny J, Ladislav M, Smejkalova T, Kysilov B, Korinek M, Danacikova S, Horak M, Chodounska H, Kudova E, Vyklicky L (2018) Surface Expression, Function, and Pharmacology of Disease-Associated Mutations in the Membrane Domain of the Human GluN2B Subunit. Frontiers in molecular neuroscience 11:110. (IF = 5.076; rok 2016)

Adla SK, Slavikova B, Smidkova M, Tloustova E, Svoboda M, Vyklicky V, Krausova B, Hubalkova P, Nekardova M, Holubova K, Vales K, Budesinsky M, Vyklicky L, Chodounska H, Kudova E (2017) Physicochemical and biological properties of novel amide-based steroidal inhibitors of NMDA receptors. Steroids S0039-128X(16)30106-4. (IF= 2.282; rok 2016)

Vyklicky V, Smejkalova T, Krausova B, Balik A, Korinek M, Borovska J, Horak M, Chvojkova M, Kleteckova L, Vales K, Cerny J, Nekardova M, Chodounska H, Kudova E, Vyklicky L (2016) Preferential Inhibition of Tonically over Phasically Activated NMDA Receptors by Pregnane Derivatives. Journal of neuroscience 36(7):2161-75. (IF= 5.988; rok 2016)

Slavikova B, Chodounska H, Nekardova M, Vyklicky V, Ladislav M, Hubalkova P, Krausova B, Vyklicky L, Kudova E (2016) Neurosteroid-like Inhibitors of N-Methyl-D aspartate Receptor: Substituted 2-Sulfates and 2-Hemisuccinates of Perhydrophenanthrene. Journal of medicinal chemistry 59(10):4724-39. (IF= 6.259; rok 2016)

Kudova E, Chodounska H, Slavikova B, Budesinsky M, Nekardova M, Vyklicky V, Krausova B, Svehla P, Vyklicky L (2015) A New Class of Potent N-Methyl-D-Aspartate Receptor Inhibitors: Sulfated Neuroactive Steroids with Lipophilic D-ring Modifications. Journal of medicinal chemistry 58(15):5950-66. (IF= 5.589; rok 2015)

Předběžná náplň práce

N-metyl-D-aspartátové (NMDA) receptory jsou glutamátem aktivované iontové kanály propustné pro Ca2+, které hrají klíčovou roli při excitačním synaptickém přenosu a plasticitě a jejich dysfunkce (hyperfunkce nebo hypofunkce) se podílí na patologii celé řady neuropsychiatrických onemocnění. Aktivita NMDA receptorů je ovlivněna širokou škálou alosterických modulátorů, včetně neurosteroidů, které mohou jak inhibovat, tak potencovat aktivitu NMDA receptorů, což z nich činí slibný terapeutický cíl. V této dizertační práci popisujeme nové skupiny neurosteroidních analogů, které mají strukturní modifikace na uhlících v pozici C3 a C17 steroidního jádra, a analogy postrádající D-kruh (perhydrofenanthreny). Hodnotili jsme vztah mezi strukturou a aktivitou (SAR, z angl. Structure-Activity Relationship) pro jejich modulační účinek na rekombinantních GluN1/GluN2B receptorech. Naše výsledky ukazují, že: (i) endogenní neurosteroid pregnanolon sulfát (PA S) a jeho analogy, substituované na C3 karboxylovými kyselinami s různou délkou řetězce, jsou účinnými inhibitory tonicky aktivovaných NMDA receptorů, přičemž vykazují minimální nebo žádný účinek na fazicky aktivované NMDA receptory. (ii) Většina testovaných analogů PA S (látky 3.1 51.1, 9.2 a 2.3-4.3) se ukázala být účinnějšími inhibitory NMDA receptorů (hodnoty IC50, odpovídající koncentraci látky vyvolávající 50% inhibici, se pohybují od 84,0 nM do 15,6 μM) než endogenní PA-S (IC50 = 24,6 μM). (iii) Odpovědi mutovaných lidských hGluN1/hGluN2B(V558I, W607C; V618G a L825V) receptorů (s přibližně 10-násobně sníženou pravděpodobností otevření iontového kanálu) byly v přítomnosti endogenního pregnenolon sulfátu (PE-S) a jeho analogu androsten hemisukcinátu potencovány z 59-197 % a 406-1647 %, respektive. (iv) Všechny testované analogy PE-S (látky 2.4-24.4) potencují aktivitu GluN1/GluN2B receptorů (hodnoty EC50, odpovídající koncentraci látky vyvolávající polovinu maximální potenciace (Emax), se pohybují od 1,8 μM do 151,4 μM a hodnoty Emax se pohybují od 48 % do 452 %), a 10 z nich vykazovalo vyšší zdánlivou afinitu pro GluN1/GluN2B receptory ve srovnání s endogenním PE-S (EC50 = 21,7 μM). Dané výsledky by mohly pomoci při vývoji nových terapeutik na bázi neurosteroidů, které mohou být případně využity při léčbě neuropsychiatrických onemocnění, podmíněných hyperfunkcí nebo hypofunkcí NMDA receptorů.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptors are glutamate-gated calcium permeable ion channels that play a key role in excitatory synaptic transmission and plasticity, and their dysfunction (hyperfunction or hypofunction) underlies several neuropsychiatric disorders. The activity of NMDA receptors is influenced by a wide variety of allosteric modulators, including neurosteroids that could both inhibit and potentiate the activity of NMDA receptors, which makes them promising therapeutic targets. In this thesis, we describe new classes of neurosteroid analogues which possess structural modifications at carbons C3 and C17 of the steroidal core, and analogues without D-ring region (perhydrophenanthrenes). We evaluated the structure-activity relationship (SAR) for their modulatory effect at recombinant GluN1/GluN2B receptors. Our results demonstrate that: (i) endogenous neurosteroid pregnanolone sulphate (PA S) and its analogues, substituted at C3 with a carboxylic acid moiety of varying length, are effective antagonists of tonically activated NMDA receptors with a smaller or no effect on phasically activated NMDA receptors. (ii) Most of the tested analogues of PA-S (compounds 3.1-51.1, 9.2 and 2.3-4.3) are more potent inhibitors of NMDA receptors (with values of IC50, the concentration of compound that produces 50% inhibition, varying from 84.0 nM to 15.6 µM) than the endogenous PA-S (IC50 = 24.6 μM). (iii) Responses induced in mutant human hGluN1/hGluN2B(V558I; W607C; V618G; and L825V) receptors (with diminished probability of channel opening by ~10-fold) were potentiated by 59-197% and 406-1647%, respectively, when recorded in the presence of endogenous pregnenolone sulphate (PE-S) and its analogue androstene hemisuccinate. (iv) In case of PE S analogues (compounds 2.4-24.4) we found out that they potentiate the activity of NMDA receptors (EC50 values, corresponding the concentration producing half maximal potentiation, varying from 1.8 to 151.4 µM and Emax values varying from 48 to 452 %) and 10 of them were more potent NMDA receptor modulators than endogenous PE-S (EC50 = 21.7 µM). Our results provide an opportunity for the development of new therapeutic drugs based on neurosteroids that can be potentially used in the treatment of neuropsychiatric disorders involving hyperfunction or hypofunction of NMDA receptors.