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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine neue Verbindung der Formel I
als freie Base oder ein pharmazeutisch annehmbares Salze davon,
pharmazeutische Formulierungen, welche die Verbindung enthalten,
und die Verwendung der wirksamen Verbindung in der Therapie. Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung
der Verbindung der Formel I.
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Verbindung der
Formel I zur therapeutischen Verwendung, insbesondere einer Verbindung,
die sich zur Vorbeugung und/oder Behandlung von Zuständen, die
mit der Glykogensynthasekinase-3 (GSK3) zusammenhängen, bei
Säugern,
einschließlich
Mensch, eignet. Insbesondere einer Verbindung der Formel I, die
eine selektive Hemmung der GSK-3 zeigt.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Glykogensynthasekinase
3 (GSK3) ist eine Serin/-Threonin-Kinase,
die aus zwei Isoformen (α und β) besteht,
die von getrennten Genen codiert werden, aber innerhalb der katalytischen
Domäne
hoch homolog sind. GSK3 wird im zentralen und peripheren Nervensystem
stark exprimiert. GSK3 phosphoryliert mehrere Substrate, einschließlich tau, β-Catenin,
Glykogensynthase, Pyruvatdehydrogenase und den Elongationsinitiationsfaktor
2b (eIF2b). Insulin und Wachstumsfaktoren aktivieren Proteinkinase
B, die GSK3 am Serinrest 9 phosphoryliert und sie inaktiviert.
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Demenzen der Alzheimer-Krankheit (AD)
und Tauopathien
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AD
ist durch kognitive Abnahme, cholinerge Dysfunktion und neuronalen
Tod, Neurofibrillenbündel (neurofibrillary
tangles) und Drusen, die aus β-Amyloid-Ablagerungen bestehen,
gekennzeichnet. Die Abfolge dieser Ereignisse bei AD ist ungeklärt, es wird
aber angenommen, dass sie zusammenhängen. Glykogensynthasekinase
3β (GSK3β) oder Tau-
(τ-) phosphorylierende
Kinase phosphoryliert selektiv das Mikrotubulus-assoziierte Protein τ in Neuronen
an Stellen, die in AD-Gehirnen hyperphosphory-liert sind.
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Hyperphosphoryliertes
Protein τ besitzt
eine geringere Affinität
für Mikrotubuli
und reichert sich in Form gepaarter helikaler Filamente an, welche
die Hauptbestandteile sind, die Neurofibrillenbündel und Neuropilfäden in AD-Gehirnen
ausmachen. Dies führt
zu einer Depolymerisation von Mikrotubuli, was Absterben von Axonen
und Neuritendystrophie zur Folge hat. Neurofibrillenbündel findet
man durchwegs bei Erkrankungen, wie AD, amyotropher Lateralsklerose,
Guam-Parkinsondemenz-Komplex, kortikobasaler Degeneration, Dementia
Pugilistica und Kopftrauma, Down-Syndrom, postenzephalischem Parkinsonismus,
progressiver supranukleärer
Lähmung,
Niemann-Pick-Krankheit und Pick-Krankheit. Zugabe von β-Amyloid
zu primären
Hippocampuskulturen führt
zu einer Hyperphosphorylierung von τ und einem Zustand ähnlich der
gepaarten helikalen Filamente über
die Induktion der GSK3β-Aktivität, gefolgt
von Unterbrechung des axonalen Transports und von neuronalem Tod
(Imahori und Uchida, J. Biochem. 121:179-188, 1997). GSK3β markiert
vorzugsweise Neurofibrillenbündel,
und es wurde gezeigt, dass sie in AD-Gehirnen in Vor-Bündel-Neuronen
aktiv ist. In Hirngewebe von AD-Patienten sind außerdem die
GSK3-Proteinspiegel
um 50% erhöht.
Zudem phosphoryliert GSK3β die
Pyruvatdehydrogenase, ein Schlüsselenzym
beim Glykolyseweg, und verhindert die Umwandlung von Pyruvat zu
Acetyl-CoA (Hoshi et al., PNAS 93:2719-2723, 1996). Acetyl-CoA ist
entscheidend für
die Synthese von Acetylcholin, einem Neurotransmitter mit kognitiven
Funktionen. Folglich kann eine Hemmung der GSK3β vorteilhafte Wirkungen beim
Fortschreiten sowie bei den kognitiven Mängeln in Verbindung mit der
Alzheimer-Krankheit
und anderen vorstehend erwähnten
Erkrankungen haben.
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Chronische und akute neurodegenerative
Erkrankungen
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Es
hat sich gezeigt, dass ein wachstumsfaktorvermittelte Aktivierung
des PI3K/Akt-Weges eine Schlüsselrolle
beim neuronalen Überleben
spielt. Die Aktivierung dieses Weges führt zu einer Hemmung der GSK3β. Neuere
Untersuchungen (Bhat et al., PNAS 97:11074-11079 (2000)) weisen
darauf hin, dass die GSK3β-Aktivität in zellulären und
Tiermodellen der Neurodegeneration, wie zerebraler Ischämie, oder
nach Verarmung an Wachstumsfaktor erhöht ist. Zum Beispiel war die
Phosphorylierung von aktiven Zentren in Neuronen erhöht, die
anfällig
für Apoptose
sind, eine Art des Zelltods, von dem allgemein angenommen wird,
dass er bei chronischen und akuten degenerativen Erkrankungen auftritt,
wie Alzheimer-Krankheit, Parkinson-Krankheit, amyotropher Lateralsklerose,
Chorea Huntington und HIV-Demenz, ischämischem Schlaganfall und Kopftrauma.
Lithium war bei der Hemmung der Apoptose in Zellen und im Gehirn
in Dosierungen neuroprotektiv, die zu einer Hemmung der GSK3β führen. Folglich
könnten
GSK3β-Inhibitoren
zur Abschwächung des
Verlaufs neurodegenerativer Erkrankungen nützlich sein.
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Bipolarstörungen (BD)
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Bipolarstörungen sind
durch manische und depressive Episoden gekennzeichnet. Lithium wird
aufgrund seiner die Stimmung stabilisierenden Wirkungen zur Behandlung
von BD verwendet. Der Nachteil von Lithium ist das schmale therapeutische
Fenster und die Gefahr einer Überdosierung,
die zu einer Lithiumintoxikation führen kann. Die kürzliche
Entdeckung, dass Lithium GSK3 in therapeutischen Konzentrationen hemmt,
hat die Möglichkeit
eröffnet,
dass dieses Enzym ein Schlüsselziel
der Lithiumwirkung im Gehirn darstellt (Stambolic et al., Curr.
Biol. 6:1664-1668, 1996; Klein und Melton; PNAS 93:8455-8459, 1996).
Die Hemmung der GSK3β kann
daher von therapeutischer Bedeutung bei der Behandlung von BD- als
auch bei AD-Patienten sein, die an affektiven Störungen leiden.
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Schizophrenie
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GSK3
ist, insbesondere während
der neuronalen Entwicklung, an Signalübertragungskaskaden mehrerer
zellulärer
Prozesse beteiligt. Kozlovsky et al. (Am J Psychiatry Mai 2000;
157(5):831-3) entdeckten, dass die GSK3β-Spiegel bei schizophrenen Patienten
um 41% niedriger als bei Vergleichsindividuen waren. Diese Studie
deutet darauf hin, dass an der Schizophrenie eine Nervenentwicklungspathologie
beteiligt ist und dass eine anomale GSK3-Regulation bei der Schizophrenie
eine Rolle spielen könnte.
Ferner wurde über
geringere β-Catenin-Spiegel
bei Patienten mit Schizophrenie berichtet (Cotter et al., Neuroreport
9:1379-1383 (1998)).
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Diabetes
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Insulin
stimuliert die Glykogensynthese in den Skelettmuskeln über die
Dephosphorylierung und somit die Aktivierung der Glykogensynthase.
Unter Ruhebedingungen phosphoryliert und inaktiviert GSK3 die Glykogensynthase über Dephosphorylierung.
GSK3 wird ferner in Muskeln von Patienten mit Diabetes Typ II überexprimiert
(Nikoulina et al., Diabetes Feb. 2000; 49(2):263-71). Eine Hemmung
der GSK3 erhöht
die Aktivität der
Glykogensynthase, wodurch die Spiegel an Glucose durch dessen Umwandlung
in Glykogen gesenkt werden. Eine Hemmung der GSK3 kann daher von
therapeutischer Bedeutung bei der Behandlung von Diabetes Typ I
und II sowie diabetischer Neuropathie sein.
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Haarausfall
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GSK3
phosphoryliert β-Catenin
und baut es ab. β-Catenin ist ein Effektor
des Keratonin-Syntheseweges. Eine Stabilisierung von β-Catenin
kann zu einer Steigerung der Haarentwicklung führen. Mäuse, die aufgrund einer Mutation
von Stellen, die von GSK3 phosphoryliert werden, ein stabilisiertes β-Catenin
exprimieren, durchlaufen einen Prozess, der einer De novo-Haar-Morphogenese ähnelt (Gat
et al., Cell 25. Nov. 1998; 95(5):605-14)). Die neuen Follikel bildeten
Talgdrüsen
und Hautpapillen, die gewöhnlich
nur bei der Embryogenese entstehen. Folglich kann eine GSK3-Hemmung
eine Behandlung für
Kahlheit bieten.
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Orale Kontrazeptiva
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Vijajaraghavan
et al. (Biol Reprod Juni 2000; 62(6):1647-54) berichteten, dass
in beweglichen verglichen mit unbeweglichen Spermien viel GSK3 vorliegt.
Immunzytochemie deckte auf, dass GSK3 im Flagellum und im vorderen
Abschnitt des Spermienkopfes vorhanden ist. Diese Daten deuten darauf
hin, dass GSK3 ein Schlüsselelement
sein könnte,
das einer Beweglichkeitsinitiation in der Epididymis und der Regulation
der Funktion reifer Spermien zu Grunde liegt. Inhibitoren der GSK3
könnten
als Kontrazeptiva für
Männer
geeignet sein.
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WO 0026203 offenbart 2-Ureidothiazole
als CDK-Inhibitoren,
die sich zur Behandlung von Proliferationsstörungen und anderen Erkrankungen,
wie Alzheimer-Krankheit, eignen.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einer Verbindung mit
einer selektiven inhibierenden Wirkung auf GSK3 sowie mit guter
Bioverfügbarkeit
bereitzustellen.
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Demgemäß stellt
die vorliegende Erfindung eine Verbindung der Formel I:
als freie Base oder ein pharmazeutisch
annehmbares Salz davon bereit.
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Ein
geeignetes pharmazeutisch annehmbares Salz der erfindungsgemäßen Verbindung
ist zum Beispiel ein Säureadditionssalz,
das ausreichend basisch ist, wie ein Salz einer anorganischen oder
organischen Säure
oder ein Alkalimetallsalz, ein Erdalkalimetallsalz.
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Die
Verbindung der Formel I kann in Form eines Pro-Drug verabreicht
werden, das im menschlichen oder tierischen Körper unter Bildung der Verbindung
der Formel I abgebaut wird.
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Es
sollte ferner selbstverständlich
sein, dass die Verbindung der Formel I in der solvatisierten Form, wie
der hydrierten Form, sowie in der unsolvatisierten Form vorliegen
kann. Selbstverständlich
umfasst die Erfindung all diese Formel.
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Herstellungsverfahren
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Ein
anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zur
Herstellung der Verbindung der Formel I als freie Base oder ein
pharmazeutisch annehmbares Salz davon bereit. Das Verfahren zur
Herstellung der Verbindung der Formel I umfasst Folgendes:
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Das
Umsetzen einer Verbindung der Formel II mit einer Verbindung der
Formel III in einem geeigneten Lösungsmittel,
wie N,N-Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid, Dioxan oder Tetrahydrofuran,
bei einer Temperatur im Bereich von +70 bis +150°C.
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Beispiel 1
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N-(4-Methoxybenzyl)-N'-(5-nitro-1,3-thiazol-2-yl)harnstoff
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Ein
Gemisch von 2-Amino-5-nitrothiazol (0,89 g, 6,13 mmol) und 4-Methoxybenzylisocyanat
(1 g, 6,13 mmol) in N,N-Dimethylformamid (6 ml) wurde unter einer
Stickstoffatmosphäre
bei 100°C
für 15
Std. erhitzt. Man ließ das
Gemisch abkühlen,
und es wurde zwischen Wasser und Ethylacetat ausgeschüttelt. Die
wässrige Schicht
wurde mit einer weiteren Portion Ethylacetat extrahiert. Die vereinigten
organischen Schichten wurden mit Salzlösung gewaschen, getrocknet
(MgSO4) und eingedampft, wobei 2,5 g eines
halbfesten Rohprodukts erhalten wurden. Das meiste des Materials
wurde in Chloroform/Ethanol (98:2, etwa 15 ml) und Triethylamin (3
ml) gelöst,
gefolgt von Filtration. Das gelöste
Rohprodukt wurde an einer Silicagelsäule unter Verwendung von CHCl3/Ethanol, 95:5, als Elutionsmittel gereinigt,
wobei 408 mg (22%ige Ausbeute) der Titelverbindung als gelblicher
Feststoff erhalten wurden: Schmp. > 190°C (Zers.); 1H-NMR (DMSO-d6,
400 MHz) δ 11,64
(br s, 1H), 8,50 (s, 1H), 7,25-7,23 (m, 3H), 6,92-6,89 (m, 2H),
4,30 (d, J = 5,9 Hz, 2H), 3,73 (s, 3H); 13C-NMR
(DMSO-d6, 100 MHz) δ 164,42, 158,43, 153,48, 143,47,
140,80, 130,82, 128,72, 113,82, 55,08, 42,60; ESMS m/z 309 (M+ + 1)
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Pharmazeutische Formulierungen
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Unter
einem Aspekt der Erfindung wird eine pharmazeutische Zusammensetzung,
die eine Verbindung der Formel I als freie Base oder ein pharmazeutisch
annehmbares Salz davon umfasst, zur Verwendung bei der Vorbeugung
und/oder Behandlung von mit Glykogensynthasekinase-3 zusammenhängenden
Erkrankungen bereitgestellt.
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Die
Formulierung kann in einer Form vorliegen, die geeignet ist zur
oralen Verabreichung, zum Beispiel als Tablette, Pille, Sirup, Pulver,
Granulat oder Kapsel, zur parenteralen Injektion (einschließlich intravenös, subkutan,
intramuskulär,
intravaskulär
oder Infusion) als sterile Lösung,
Suspension oder Emulsion, zur topischen Verabreichung als Salbe,
Pflaster oder Creme oder zur rektalen Verabreichung als Zäpfchen.
Im Allgemeinen können
die vorstehenden Zusammensetzungen auf herkömmliche Weise unter Verwendung
pharmazeutisch annehmbarer Träger
und Verdünnungsmittel
hergestellt werden. Geeignete tägliche
Dosen der Verbindung der Formel I bei der Behandlung eines Säugers, einschließlich Mensch,
sind etwa 0,01 bis 250 mg/kg Körpergewicht
bei peroraler Verabreichung und etwa 0,001 bis 250 mg/kg Körpergewicht
bei parenteraler Verabreichung. Die übliche Tagesdosis des Wirkstoffs
schwankt innerhalb eines breiten Bereichs und hängt von verschiedenen Faktoren
ab, wie der zugehörigen
Indikation, dem Verabreichungsweg, dem Alter, Gewicht und Geschlecht
des Patienten, und kann von einem Arzt bestimmt werden.
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Medizinische Verwendung
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Es
wurde überraschenderweise
entdeckt, dass die erfindungsgemäße Verbindung
als freie Base oder ein pharmazeutisch annehmbares Salz davon zur
Hemmung der Glykogensynthasekinase-3 (GSK3) gut geeignet ist. Dementsprechend
wird erwartet, dass die erfindungsgemäße Verbindung zur Vorbeugung
und/oder Behandlung von Zuständen
verwendbar ist, die mit der Aktivität der Glykogensynthasekinase-3
zusammenhängen,
d.h. die Verbindung kann dazu verwendet werden, eine hemmende Wirkung
auf die GSK3 bei Säugern,
einschließlich
Mensch, zu erzeugen, die einer solchen Vorbeugung und/oder Behandlung
bedürfen.
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GSK3
wird im zentralen und peripheren Nervensystem und in anderen Geweben
stark exprimiert. Folglich wird erwartet, dass die erfindungsgemäße Verbindung
sich zur Vorbeugung und/oder Behandlung von Zuständen eignet, die mit der Glykogensynthasekinase-3
im zentralen und peripheren Nervensystem zusammenhängen. Insbesondere
wird erwartet, dass die erfindungsgemäße Verbindung zur Vorbeugung
und/oder Behandlung von einem oder mehreren Zuständen geeignet ist, wie Demenz,
Alzheimer-Krankheit,
Parkinson-Krankheit, frontotemporale Demenz des Parkinsontyps, Guam-Parkinsondemenz-Komplex,
HIV-Demenz, Erkrankungen,
die mit Neurofibrillenbündel-Pathologien einhergehen,
amyotrophe Lateralsklerose, kortikobasale Degeneration, Dementia
Pugilistica, DownSyndrom, Chorea Huntington, postenzephalischer Parkinsonismus,
progressive supranukleäre
Lähmung,
Pick-Krankheit,
Niemann-Pick-Krankheit, Schlaganfall, Kopftrauma und andere chronische
neurodegenerative Erkrankungen, Bipolarerkrankung, affektive Störungen,
Depression, Schizophrenie, kognitive Störungen, Diabetes Typ I und
Typ II und diabetische Neuropathie, Haarausfall und zur kontrazeptiven
Medikation.
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Die
für die
therapeutische oder vorbeugende Behandlung einer bestimmten Erkrankung
erforderliche Dosis variiert notwendigerweise je nach dem behandelten
Wirt, dem Verabreichungsweg und der Schwere der behandelten Krankheit.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung der Verbindung
der Formel I zur Herstellung eines Medikaments zur Vorbeugung und/oder
Behandlung von Zuständen,
die mit GSK3 zusammenhängen.
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Im
Rahmen der vorliegenden Beschreibung umfasst der Begriff "Therapie" sowohl Behandlung
als auch Vorbeugung, wenn nicht speziell anders angegeben. Die Begriffe "therapeutisch" und "zur Therapie" sollten dementsprechend
verstanden werden.
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Nicht-medizinische Verwendung
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Zusätzlich zu
ihrer Verwendung in der Therapie ist die Verbindung der Formel I
als freie Base oder ein pharmazeutisch annehmbares Salz davon auch
als pharmakologisches Werkzeug bei der Entwicklung und Standardisierung
von In-vitro- und In-vivo-Testsystemen zur Untersuchung der Wirkungen
von Inhibitoren der GSK3 in Labortieren, wie Katzen, Hunden, Kaninchen,
Affen, Ratten und Mäusen,
als Teil der Forschung nach neuen Therapeutika geeignet.
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Pharmakologie
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Bestimmung der ATP-Konkurrenz im Scintillation-Proxy-GSK3β-Assay GSK3β-Scintillation-Proximity-Assay
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Die
Konkurrenzexperimente wurden in Doppelansätzen mit 10 verschiedenen Konzentrationen
der Inhibitoren in Mikrotiterplatten mit durchsichtigem Boden (Wallac, Finnland)
durchgeführt.
Ein biotinyliertes Peptidsubstrat, Biotin-Ala-Ala-Glu-Glu-Leu-Asp-Ser-Arg-Ala-Gly-Ser(PO3H2)-Pro-Gln-Leu (AstraZeneca, Lund), wurde
in einer Endkonzentration von 1 μM
in einen Assaypuffer gegeben, der 1 mU rekombinante humane GSK3β (Universität Dundee,
GB), 12 mM Morpholinpropansulfonsäure (MOPS), pH 7,0, 0,3 mM
EDTA, 0,01% β-Mercaptoethanol,
0,004% Brij 35 (einen Phosphataseinhibitor), 0,5% Glycerin und 0,5 μg BSA/25 μl enthielt. Die
Umsetzung wurde durch Zugabe von 0,04 μCi [γ-33P]ATP
(Amersham, GB) und unmarkiertem ATP in einer Endkonzentration von
1 μM und
einem Assayvolumen von 25 μl
gestartet. Nach einer 20-minütigen
Inkubation bei Raumtemperatur wurden die Umsetzungen jeweils durch
Zugabe von 25 μl
Stopplösung
beendet, die 5 mM EDTA, 50 μM
ATP, 0,1% Triton X-100 und 0,25 mg mit Streptavidin beschichtete
Scintillation-Proximity-Assay-(SPA-) Kugeln (Amersham, GB) enthielt.
Nach 6 Stunden wurde die Radioaktivität in einem Flüssigszintillationszähler (1450
MicroBeta Trilux, Wallac) bestimmt. Die Hemmkurven wurden mittels
nicht-linearer Regression unter Verwendung von GraphPad Prism, USA,
ausgewertet. Der Km-Wert von ATP für GSK3β, der zur Berechnung
der Hemmkonstanten (Ki) der verschiedenen
Verbindungen verwendet wurde, betrug 20 μM.
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Die
folgenden Abkürzungen
wurden verwendet:
- MOPS
- Morpholinpropansulfonsäure
- EDTA
- Ethylendiamintetraessigsäure
- BSA
- Rinderserumalbumin
- ATP
- Adenosintriphosphat
- SPA
- Scintillation Proximity
Assay
- GSK3
- Glykogensynthasekinase
3
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Ergebnisse
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Der
Ki-Wert für die erfindungsgemäße Verbindung
beträgt
96 nM.