Novel heterocyclic quinoline/quinolone-based compounds as acetylcholinesterase inhibitors and antioxidant agents

Abstract

Alzheimer’s disease represents about 60-80% of all cases of dementia, mainly affecting people over 65 years. This pathology is caracterizated at the molecular level by the presence of senile plaques (Aβ amyloid peptides aggregates) and neurofibrillary tangles (NFTs). In addition, several experimental studies have revealed that acetylcholinesterase (AChE) enzyme plays a crucial role in the development of Alzheimer’s disease, leading to the formation of NFTs and senile plaques. Oxidative stress is a cause and consequence of this pathology, activating signalling pathways that promote Aβ peptides aggregation, which in turn are detected by microglia cells, leading to the formation of free radicals, including NO• , which, in turn, contributes to the marked neuroinflammation in this pathology. In this context, the development of AChE inhibitors and antioxidants, namely as radical scavengers, continue to deserve attention from researchers. The aim of the present work was the synthesis, structural characterization (mono-( 1H and 13C) and two-dimensional (HMBC and HSQC) nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, mass spectrometry, high resolution mass spectrometry and x-ray) of (aryl)(furo [3,2-c] quinolin-2-yl)methanones, 3-(3-aryl4,5-dihydro-1H-pyrazol-5-yl)-4-chloroquinolines and, as exploratory approach, (E)-3-(2-hydroxyphenyl)-5-(4-methoxystyryl)isoxazole for the evaluation of AChE inhibitory activity and antiradical activity. The anticholinergic and antiradical activities of the synthesized compounds were evaluated using Ellman's method and radical scavenging assays for (2,2'-azinobis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS+• ) and NO• , respectively. Whenever possible, the obtained values were expressed as a function of the concentration of compound which promoted 50% of inhibition of enzymatic activity or promoted 50% of radicals scavenging (IC50), respectively, to establish some biological structural-activity relationships. (Aryl)(furo[3,2-c]quinolin-2-yl)methanones were not effective as antiradical agents, however two derivatives exhibited AChE inhibitory activities (IC50 < 100 µM). 3-(3-Aryl-4,5-dihydro-1H-pyrazol-5-yl)-4-chloroquinolines and (E)-3-(2- hydroxyphenyl)-5-(4-methoxystyryl)isoxazole were good ABTS+• scavenger agents but were not very effective in NO• scavenging, presenting for most derivatives IC50 > 700 µM. 3-(3-Aryl-4,5-dihydro-1H-pyrazol-5-yl)-4- chloroquinolines showed promising AChE inhibitory activities with most derivatives having IC50 < 100 µM, while (E)-3-(2-hydroxyphenyl)-5-(4- methoxystyryl)isoxazole was not very effective against this enzyme. These results showed that some of the synthesized compounds have potential as AChE inhibitors and antioxidant agents.

A doença de Alzheimer representa cerca de 60 a 80% dos casos de demência afetando principalmente indivíduos com idades superiores a 65 anos. Esta patologia é caracterizada, a nível molecular, pela presença de placas senis (agregados de péptidos de Aβ amilóide) e agregados neurofibrilares (NFTs). Além disso, diversos estudos experimentais têm revelado que a enzima acetilcolinesterase (AChE) participa no desenvolvimento desta patologia, culminando na formação de NFTs e placas senis. O stress oxidativo é uma causa e consequência desta patologia, ativando vias de sinalização que promovem a agregação dos péptidos Aβ, que por sua vez, são detetados pelas células da microglia, levando à produção de radicais livres incluindo óxido nítrico (NO• ) que, por sua vez, contribuem para a neuroinflamação marcada nesta patologia. Neste contexto, o desenvolvimento de inibidores da AChE e de antioxidantes, nomeadamente como agentes captadores desses radicais, continuam a merecer atenção por parte dos investigadores. O presente trabalho teve por objetivo a síntese, caracterização estrutural (espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN) mono- ( 1H e 13C) e bidimensionais (HMBC e HSQC), espetrometria de massa, espetrometria de massa de alta resolução e raio-x) de (aril)(furo[3,2-c]quinolin-2-il)metanonas, 3- (3-aril-4,5-di-hidro-1H-pirazol-5-il)-4-cloroquinolinas e ,a título exploratório, de (E)-3-(2-hidroxifenil)-5-(4-metoxiestiril)isoxazol para avaliação da atividade inibitória da AChE e antiradicalar. As atividades anticolinérgicas e antiradicalar dos compostos sintetizados foram avaliadas recorrendo aos métodos de Ellman e de avaliação da capacidade de captação dos radicais (ácido 2,2'-azino-bis(3-etilbenzotiazolina-6-sulfónico) (ABTS+•) e NO• , respetivamente. Sempre que possível, os valores obtidos foram expressos em função da concentração de composto que promoveu a inibição de 50% da atividade enzimática ou que promoveu 50% de captação dos radicais (IC50), respetivamente, para serem estabelecidas algumas relações estruturaatividade biológica. As (aril)(furo[3,2-c]quinolin-2-il)metanonas não se mostraram efectivas como agentes antiradicalares, no entanto dois derivados exibiram atividades inbitórias da AChE (IC50 < 100 µM). As 3-(3-aril-4,5-di-hidro-1H-pirazol-5-il)-4- cloroquinolinas e o (E)-3-(2-hidroxifenil)-5-(4-metoxiestiril)isoxazol foram bons agentes captadores do ABTS+• no entanto não foram muito efetivos na captação do NO• , apresentando para a maior parte dos derivados IC50 > 700 µM. As 3-(3- aril-4,5-di-hidro-1H-pirazol-5-il)-4-cloroquinolinas apresentaram atividades inibitórias de AChE promissoras com maior parte dos derivados apresentando IC50 < 100 µM, enquanto o (E)-3-(2-hidroxifenil)-5-(4-metóxiestiril)isoxazol não foi muito efetivo contra esta enzima. Os resultados evidenciaram que alguns compostos sintetizados apresentaram potencial como inibidores da AChE e como agentes antioxidantes.