Calcium channel blocker as a drug candidate for the treatment of generalised epilepsies

Abstract

Epilepsy represents one of the most common chronic brain diseases affecting more than 50 million people worldwide. The current available antiepileptic drugs (AEDs) present multiple mechanisms of action whether they are direct or indirect, exerting their function in modulating several ion channels. The most common channels implicated are GABAA-receptors, voltage-gated sodium channels (VGSC), voltage-gated potassium channels (VGKC), highvoltage-gated calcium channels (HVGCC) and AMPA receptor. Actelion Pharmaceuticals targeted another type of ion channel whose threshold was low, differing from the classical HVGCC: Ttype calcium channels (TTCCs). These low-threshold activation channels are products of different genes in mammals, being CACNA1H the most relevant in epileptogenesis. The unclassified epilepsies are categorised by ‘idiopathic', and there is a strong bond between genetic variation in the T-type calcium channel gene CACNA1H and idiopathic generalised epilepsies (IGEs). The different TTCCs are Cav3.1, Cav3.2 (CACNA1H) and Cav3.3, whose role in neuronal excitability and muscle contraction is crucial. However, these calcium antagonists have traditionally been used for the treatment of cardiovascular diseases, and further optimisation of their poor specificity led to a promising biological activity toward the Cav3 channel for epilepsy treatment. Currently, there are approximately 28 AEDs commercially available to patients, however, due to the diverse physiological and pathological processes implicated in this brain disorder, more than 30% of epileptic patients are pharmacoresistant to therapy and thus, unable to achieve seizure control. Despite the plethora of the approved AEDs, there is likely a limited number of actual functional targets relevant to epilepsy, and it calls for novel compounds with new mechanisms of action. In this work is detailed the synthesis of a 1,4-benzodiazepine as a new brain penetrant, selective, triple TTCC blocker. This new molecule is (3R,5S)-11 [(3R,5S)-N,1-dibenzyl-3,5- dimethyl-1,2,3,5-tetrahydro-4H-pyrido-[3,4-e][1,4]diazepine-4-carboxamide]. Furthermore, Idorsia Pharmaceuticals characterized another promising molecule that reached clinical trials: N-{1-[(5-cyanopyridin-2-yl)methyl]1H-pyrazol-3-yl}-2-{4-[1,1,1-(trifluoromethyl)cyclopropyl]-phenyl}acetamide (12). Compound 12 (ACT-709478) is synthesised in this project by making react aminopyrazole 28 with 2-{4-[1,1,1-trifluoromethyl)cyclopropyl]phenyl}acetic acid (24). Both compounds ((3R,5S)-11, 12) showed excellent efficacy on the WAG/Rij rat (Wistar Albino Glaxo from Rijswijk-rat) and GAERS (generalised absence epilepsy rat of Strasbourg) models, both genetic models of generalized epilepsy in rodent animals, demonstrating a strong decrease in the epileptic activity due to an excellent TTCC blockade.

L’epilèpsia representa una de les malalties cròniques del cervell més comunes afectant més de 50 milions de persones a tot el món. Els actuals fàrmacs antiepilèptics presenten múltiples mecanismes d’acció, ja siguin directes o indirectes, exercint la seva funció en la modulació de diversos canals iònics. Els canals més freqüents implicats són els receptors GABAA, els canals de sodi dependents de voltatge (VGSC), els canals de potassi voltatge dependents (VGKC), els canals de calci d’alt voltatge dependents (HVGCC) i el receptor AMPA. L’empresa farmacèutica Actelion es va proposar com a objectiu uns altres tipus de canals iònics: els canals de calci de tipus T (TTCCs), el llindar dels quals era baix, diferint així dels clàssics canals de calci d’alt voltatge. Aquests canals de baix llindar d’activació són producte de diferents gens presents als mamífers, essent així CACNA1H el més rellevant quant a epileptogènesi. Les epilèpsies no classificades són categoritzades com a “idiopàtiques” i existeix un fort enllaç entre la variació genètica del gen CACNA1H en els canals de calci tipus T i les epilèpsies generalitzades idiopàtiques (IGEs). Els diferents tipus de TTCCs són Cav3.1, Cav3.2 (CACNA1H) i Cav3.3, el rol dels quals és crucial en l’excitabilitat neuronal i la contracció muscular. No obstant això, aquests antagonistes del calci han estat utilitzats tradicionalment per al tractament de malalties cardiovasculars i una optimització addicional de la seva pobra especificitat va portar una activitat biològica prometedora envers el canal Ca v3 pel tractament de l’epilèpsia. Actualment, hi ha aproximadament uns 28 AEDs disponibles comercialment per als pacients, malgrat això a causa dels processos fisiològics i fisiopatològics implicats en el procés de l’epilèpsia més del 30% d’aquests pacients epilèptics són fàrmacoresistents a la teràpia i, per aquest motiu, incapaços d’aconseguir un control de les convulsions. Tot i haver una sobreabundància de d’AEDs aprovats, hi ha una limitació de dianes funcionals rellevants per a l’epilèpsia i això requereix compostos novells nous amb mecanismes d’acció nous. En aquest treball la síntesi de 1,4-benzodiazepina està detallada com un nou compost, amb capacitat penetrant del cervell, selectiu i capaç de blocar els tres tipus de TTCCs. Es tracta de la molècula (3R,5S)-10 [(3R,5S)-N,1-dibenzil-3,5-dimetil-1,2,3,5-tetrahidro-4H-pirido-[3,4-e ][1,4]diazepina-4-carboxamida]. Addicionalment, l’empresa farmacèutica Idorsia va caracteritzar una altre molècula prometedora que va aconseguir arribar a assajos clínics: N-{1-[(5-cianopiridina-2-il)metil]1H-pirazol-3-yl}-2-{4-[1,1,1-(trifluorometil)ciclopropil]-fenil}acetamida (11). El compost 11 (ACT-709478) és sintetitzat en aquest projecte fent reaccionar l’aminopirazol 25 amb l’àcid 2-{4-[1,1,1-(trifluorometill)ciclopropil]fenil} acètic (23). Els dos compostos ((3R, 5S)-10, 11) van mostrar una eficàcia excel·lent en els models de ratolí WAG/Rij (Wistar Albino Glaxo de Rijswijk-rat) i GAERS (rata d’epilèpsia generalitzada d’Estrasburg), ambdós models d’epilèpsia generalitzada en animals rosegadors, demostrant així una forta disminució de l’activitat epilèptica a causa d’un excel·lent blocatge dels canals TTCC.