Progettazione razionale e sintesi di nuove molecole agenti da Modulatori Allosterici Negativi su Recettori Metabotropici del Glutammato sottotipo 5

Metabotropic glutamate receptors subtype 5 (mGluR5) are a member of the class C G-protein coupled receptor (GPCR) family and play a fundamental modulatory role in the central nervous system (CNS). They are widely expressed in brain regions involved in cognition, memory, and emotional regulation, and contribute to synaptic plasticity, long-term potentiation (LTP), and long-term depression (LTD), making them key factors in several neurological and psychiatric processes. Importantly, dysregulation of mGluR5 signaling has been implicated in a variety of CNS disorders, including Parkinson’s disease, Alzheimer’s disease, Fragile X Syndrome, anxiety and depression. These findings have generated interest in using mGluR5 as a potential pharmacological target. Among the various strategies developed to target mGluR5, negative allosteric modulators (NAMs) have emerged as particularly attractive candidates, due to their potential to fine-tune receptor activity with improved subtype selectivity and safety profiles. Several selective mGluR5 NAMs, such as MPEP, MTEP, fenobam, mavoglurant, and dipraglurant, have been evaluated in preclinical and clinical studies, showing promising results in modulating glutamatergic overactivity and alleviating disease symptoms. However, many of these compounds exhibit limitations in metabolic stability, brain penetration, or safety, highlighting the need for next-generation NAMs. This thesis focuses on the rational design, synthesis and preliminary characterization of novel small molecules as mGluR5 NAMs. Following an in-depth analysis of the receptor’s allosteric binding pocket and structure-activity relationship (SAR), several new mGluR5 NAM amide derivatives were designed (Fig. I). A variety of synthetic strategies were employed to generate the new candidate molecules, including amide coupling reactions using agents such as HATU, EDCI, and BTFFH, in order to identify the most effective conditions. Additionally, attention was given to the synthesis of a key reagent, 3-chloro-5-cyanobenzoic acid. Most target compounds were successfully synthesized, with 17 compounds completed in total, though some planned analogues could not be prepared due to time constraints. Compound characterizations were conducted using NMR, HPLC, and LC-MS techniques to confirm purity and identity. I Overall, this study contributes to the ongoing efforts to develop safer and more effective mGluR5 NAMs by expanding the understanding of key pharmacophores involved in receptor modulation. The newly synthesized compounds may serve as valuable leads for further pharmacological evaluation and optimization, ultimately supporting the development of new therapies for neuropsychiatric and neurodegenerative disorders associated with glutamatergic dysregulation.

I recettori metabotropici del glutammato del sottotipo 5 (mGluR5) fanno parte della famiglia dei recettori accoppiati a proteine G (GPCR) di classe C e svolgono un ruolo fondamentale nel sistema nervoso centrale (SNC). Sono localizzati in varie regioni cerebrali coinvolte nei processi cognitivi, nella memoria e nella regolazione emotiva, e contribuiscono alla plasticità sinaptica, al potenziamento a lungo termine (LTP) e alla depressione a lungo termine (LTD), rendendoli fattori chiave in numerosi processi neurologici e psichiatrici. È stato dimostrato che la disregolazione della segnalazione mediata dai mGluR5 è implicata in diverse patologie del SNC, tra cui il morbo di Parkinson, la malattia di Alzheimer, la Sindrome dell’X Fragile, l’ansia e la depressione. Questi risultati hanno generato un crescente interesse nell’utilizzo di mGluR5 come potenziale target farmacologico. Tra le diverse strategie sviluppate per controllare i mGluR5, i modulatori allosterici negativi (NAM) si sono rivelati particolarmente promettenti, grazie alla loro capacità di regolare con precisione l’attività recettoriale con una maggiore selettività per un sottotipo e migliori profili di sicurezza. Diversi NAM selettivi per mGluR5, come MPEP, MTEP, fenobam, mavoglurant e dipraglurant, sono stati valutati in studi preclinici e clinici, ottenendo risultati promettenti nella modulazione dell’iperattività glutammatergica e nel miglioramento dei sintomi patologici. Tuttavia, molti di questi composti presentano limitazioni in termini di stabilità metabolica, capacità di attraversare la barriera ematoencefalica o sicurezza, evidenziando la necessità di sviluppare NAM di nuova generazione. Questa tesi si concentra sulla progettazione, sintesi e caratterizzazione preliminare di nuove piccole molecole con attività di NAM su mGluR5. A seguito di un’analisi approfondita del sito allosterico di legame del recettore e delle relazioni struttura-attività (SAR), sono stati progettati diversi nuovi derivati ammidici di NAM per mGluR5 (Fig. I). Per generare i nuovi candidati sono state impiegate diverse strategie sintetiche, tra cui reazioni di accoppiamento ammidico utilizzando agenti come HATU, EDCI e BTFFH, al fine di identificare le condizioni più efficaci. Particolare attenzione è stata dedicata anche alla sintesi di un reagente chiave, l’acido 3-cloro-5-cianobenzoico. La maggior parte dei composti pianificati è stata sintetizzata con successo, per un totale di 17 composti completati; purtroppo, non è stato III possibile preparare alcuni analoghi previsti a causa di limitazioni di tempo. Le nuove molecole sono state caratterizzate mediante NMR, HPLC e LC-MS, al fine di confermarne purezza e identità. Nel complesso, questo lavoro contribuisce agli sforzi attuali per lo sviluppo di NAM per mGluR5 più sicuri ed efficaci, ampliando la comprensione dei principali farmacofori coinvolti nella modulazione recettoriale. I nuovi composti sintetizzati potrebbero costituire valide molecole guida per ulteriori studi farmacologici e di ottimizzazione, supportando lo sviluppo di nuove terapie per disturbi neuropsichiatrici e neurodegenerativi associati alla disregolazione del segnale glutammatergico.