Design and Synthesis of Novel Atypical Chemokine Receptor 3 (ACKR3) Agonists for Antiplatelet Therapy

Abstract

Kardiovaskuläre Erkrankungen sind die weltweit häufigste Todesursache. Mit einem Anteil von 83 % aller durch kardiovaskuläre Erkrankungen bedingten Todesfälle sind die ischämische Herzkrankheit (IHD) und der ischämische Schlaganfall (IS) die Hauptkontributeure der hohen Mortalität dieser Krankheitsgruppe. In der Sekundärprävention von IHD- und IS-Patienten spielen Thrombozytenaggregationshemmer eine zentrale Rolle. Obwohl die Therapie mit Thrombozytenaggregationshemmern für eine signifikante Erniedrigung der Sterblichkeit sorgt, können Sie selten schwerwiegende Nebenwirkungen versuchen, allem voraus Blutungen. Der atypische Chemokinrezeptor 3 (ACKR3) wurde in den jüngsten wissenschaftlichen Erkenntnissen als möglicher Modulator der Thrombozytenaggregation diskutiert. ACKR3 gehört zur Familie der G-Protein-gekoppelten Rezeptoren, rekrutiert aber utypischerweise β-Arrestin anstelle eines G-Proteins. Biologische Experimente haben gezeigt, dass eine Aktivierung dieses Rezeptors zu einer Degranulation der Blutplättchen, die durch eine Verringerung der P-Selektin-Expression quantifiziert wird, und folglich zu einer deutlichen Verringerung der Blutplättchenaggregation führt. Trotz des Vorhandenseins einiger weniger Agonisten, konnte bisher kein ACKR3-Agonist mit hoher Thrombozytenaggregations-hemmung identifiziert werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei scaffolds von Verbindungen entwickelt. Die beiden scaffolds wurden in Sektionen unterteilt, anschließend wurden systematische Derivatisierungen vorgenommen und ihre Fähigkeit, ACKR3 zu modulieren, wurde evaluiert. Das erste scaffold A, welches auf eine virtual screening des ACKR3-Rezeptors basiert, resultierte in den first-in-class Superagonisten 32 (EC50 = 3.4 µM, Emax = 161 %, P-sel. expr. red. = 76 %) und 31 (EC50 = 3.5 µM, Emax = 164 %, P-sel. expr. red. = 97 %). Die Optimierungsbemühungen des scaffold B, basierend auf einer schwachen Literaturverbindung, brachten zwei hochaktive ACKR3-Plättchenmodulatoren hervor, Verbindung 118 (EC50 = 0.111 µM, P-sel. expr. red. = 95 %) und 122 (EC50 = 0.069 µM, P-sel. expr. red. = 80 %). Beide Verbindungen wiesen eine hohe β-Arrestin-Rekrutierungspotenz, ausgeprägte Selektivität sowie eine niedrige Toxizität auf. Zusammenfassend wurden somit im Rahmen dieser Arbeit die ersten ACKR3-Thrombozytenaggregationshemmer entwickelt, synthetisiert und umfassend charakterisiert.

Cardiovascular diseases are the world’s leading cause of death. Accounting for 83 % of all cardiovascular disease-related deaths, ischemic heart disease (IHD) and ischemic stroke (IS) are the main contributors to the high mortality rate of this disease group. In the secondary prevention of IHD and IS patients, platelet aggregation inhibitors play a pivotal role. Although therapy with platelet aggregation inhibitors significantly reduces mortality, they can rarely cause severe side effects, most notably bleeding. The atypical chemokine receptor 3 (ACKR3) has been discussed in recent scientific findings as a possible modulator of platelet aggregation. ACKR3 belongs to the family of G protein-coupled receptors but atypically recruits β-arrestin instead of a G protein. Biological experiments have demonstrated that the activation of this receptor results in platelet degranulation, quantified by a reduction in P-selectin expression, and consequently to a notable reduction in platelet aggregation. Despite the existence of a few agonists, no ACKR3 agonist with high antiplatelet activity has been identified so far. Two scaffolds of compounds were developed as a part of this work. The two scaffolds were divided into sections, then systematic derivatizations were performed, and their ability to modulate ACKR3 was evaluated. The first scaffold A, which was based on a virtual screening of the ACKR3 receptor, resulted in the first-in-class superagonists 32 (EC50 = 3.4 µM, Emax = 161 %, P-sel. expr. red. = 76 %) and 31 (EC50 = 3.5 µM, Emax = 164 %, P-sel. expr. red. = 97 %). Optimization efforts of scaffold B, based on a weak literature compound, yielded two highly active ACKR3 platelet modulators, compound 118 (EC50 = 0.111 µM, P-sel. expr. red. = 95 %) and 122 (EC50 = 0.069 µM, P-sel. expr. red. = 80 %). Both compounds exhibited high β-arrestin recruitment potency, strong selectivity, and low toxicity. In summary, in this study, the first ACKR3 platelet aggregation inhibitors were developed, synthesized, and comprehensively characterized.