Design and Synthesis of novel Soluble Epoxide Hydrolase Inhibitors

L’enzima epossido idrolasi solubile (sEH) rappresenta un nuovo bersaglio terapeutico per il trattamento di diverse patologie, tra cui disturbi infiammatori, dolore e malattie neurodegenerative, ed è inoltre coinvolto nella regolazione della pressione sanguigna e dello stress cellulare. Questo enzima è responsabile del metabolismo degli acidi epossieicosatrienoici (EET), che vengono rilasciati in risposta a uno stimolo. Gli EET esercitano effetti benefici nella modulazione delle risposte infiammatorie, della percezione del dolore e della regolazione del tono vascolare. Di conseguenza, l’inibizione dell’epossido idrolasi, che aumenta i livelli endogeni di EET, ha suscitato un crescente interesse come strategia terapeutica promettente per il trattamento di diverse malattie. EC5026 (16, (S)-1-(3-fluoro-4-(trifluorometossi)fenil)-3-(1-(2-metilbutanoil)piperidin-4-il)urea), un inibitore della sEH sviluppato da EicOsis, è attualmente in sperimentazione clinica come composto non narcotico per il trattamento del dolore neuropatico e dell’osteoartrite, del morbo di Parkinson, ed è in fase di valutazione preclinica per la malattia di Alzheimer. Basandosi sul promettente scaffold di questo composto, studi precedenti hanno esplorato modifiche sulla porzione piperidinica, sostituendo il gruppo carbonilico legato allo scheletro della piperidina con un gruppo benzilico. È stato dimostrato che tale sostituzione è ben tollerata all’interno della tasca idrofobica della sEH, anche in presenza di un azoto protonato a pH fisiologico. Utilizzando questo scaffold, il mio gruppo di ricerca ha sintetizzato una serie di composti contenenti sostituenti in posizione para o meta sull’anello aromatico di sinistra. Per completare questi studi SAR, il mio lavoro si è concentrato sull’introduzione di un atomo di fluoro in posizione orto, portando alla sintesi di sei nuovi derivati. La sintesi è stata realizzata in due passaggi: formazione dell’isocianato arilico, seguita dall’accoppiamento con la benzilpiperidina per ottenere i derivati dell’urea finali. Questi composti sono stati successivamente valutati per la loro attività inibitoria verso sEH, mostrando valori di IC₅₀ aumentati rispetto agli analoghi non sostituiti, indicando che l’introduzione di un atomo di fluoro in posizione orto è dannosa per la potenza inibitoria. A causa dell’esito sfavorevole della fluorurazione in orto, l’attenzione si è spostata verso modifiche sulla porzione destra della molecola. Sono stati sintetizzati otto nuovi derivati, attualmente in fase di valutazione per determinarne i valori di IC₅₀. Inoltre, mi è stata assegnata la sintesi di due composti di riferimento, EC5026 e AS2586114, da utilizzare come controlli nelle future valutazioni in vitro e in vivo dei nuovi inibitori della sEH. I risultati biologici forniranno le basi per future strategie di ottimizzazione volte a migliorare la potenza inibitoria contro sEH, generando composti più attivi.

The soluble epoxide hydrolase enzyme (sEH) is a novel therapeutic target for the treatment of several diseases including inflammatory, pain-related and neurodegenerative disorders, and is also involved in the regulation of blood pressure and cellular stress. This enzyme is responsible for the metabolism of epoxyeicosatrienoic acids (EETs) into their corresponding diols (DHETs), thereby decreasing their beneficial effects. EETs are released from cellular membrane phospholipids by the action of phospholipase A2 in response to a stimulus. They exhibit potent biological effects, such as vascular tone regulation, modulation of inflammatory responses, and pain perception. Consequently, the inhibition of this enzyme, which increases endogenous levels of EETs, has gained increasing interest as a promising therapeutic strategy for the treatment of several diseases. EC5026 (16, (S)-1-(3-Fluoro-4-(trifluoromethoxy)phenyl)-3-(1-(2 methylbutanoyl)piperidin-4-yl)urea), a sEH inhibitor developed by EicOsis, is currently in clinical trials as a non-narcotic compound for the treatment of neuropathic and osteoarthritis pain, Parkinson’s disease, and is in preclinical evaluation for Alzheimer’s disease. Building on the promising scaffold of this compound, previous studies investigated modifications on the piperidine moiety, by substituting the carbonyl group linked to the piperidine scaffold with a benzyl moiety. This substitution was shown to be well tolerated within the hydrophobic pocket of sEH, even in the presence of a protonated nitrogen at physiological pH. Using this scaffold, my research group synthesized a series of compounds bearing para or meta substituents on the left-hand-side aromatic ring. To complete these SAR studies, my work focused on introducing a fluorine atom in the ortho position, leading to the synthesis of six new derivatives. The synthesis was accomplished in two steps: formation of the aryl isocyanate, followed by coupling with the benzylpiperidine to afford the final urea products. These compounds were then evaluated for their sEH inhibitory activity showing increased IC50 values compared to the unsubstituted analogues, indicating that the introduction of a fluorine atom in ortho position is detrimental for the inhibitory potency. Due to the unfavorable outcome of ortho-fluorination, attention has shifted to modifications on the right-hand-side moiety of the molecule. Eight new derivatives were synthetized and they are currently under evaluation to determine their IC50 values. In addition, I was also encharged to synthetize two reference compounds EC5026 and AS2586114, to be used as controls in future in vitro and in vivo evaluation of novel sEH inhibitors. The biological results will provide the basis for future optimization strategies aimed at enhancing inhibitory potency against sEH generating more active compounds.