Discovery, Synthesis, and Optimization of Diarylisoxazole-3-carboxamides as Potent Inhibitors of the Mitochondrial Permeability Transition Pore

ChemMedChem

Volumn 10, Issue 10, 2015, Pages 1655-1671

  Roy, Sudeshna ^a   Šileikyte, Justina ^b   Schiavone, Marco ^b   Neuenswander, Benjamin ^a   Argenton, Francesco ^b   Aubé, Jeffrey ^a   Hedrick, Michael P ^c   Chung, Thomas D Y ^c   Forte, Michael A ^d   Bernardi, Paolo ^b   Schoenen, Frank J ^a  

^a UNIVERSITY OF KANSAS   (United States)

^b UNIVERSITY OF PADOVA   (Italy)

^c BURNHAM INSTITUTE   (United States)

^d OREGON HEALTH AND SCIENCE UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

calcium retention capacity; mitochondria; muscular dystrophy; permeability transition; zebrafish

Indexed keywords

5 (3 HYDROXYPHENYL) N (3,4,5 TRIMETHOXYPHENYL)ISOXAZOLE 3 CARBOXAMIDE; AMIDE; DIARYLISOXAZOLE 3 CARBOXAMIDE DERIVATIVE; MITOCHONDRIAL PERMEABILITY TRANSITION PORE; N (3 CHLORO 2 METHYLPHENYL) 5 (4 FLUORO 3 HYDROXYPHENYL)ISOXAZOLE 3 CARBOXAMIDE; N (5 CHLORO 2 METHYLPHENYL) 5 (3 HYDROXY 4 METHOXYPHENYL)ISOXAZOLE 3 CARBOXAMIDE; N (5 CHLORO 2 METHYLPHENYL) 5 (4 FLUORO 3 HYDROXYPHENYL)ISOXAZOLE 3 CARBOXAMIDE; N (5 CHLORO 2 METHYLPYRIDIN 3 YL) 5 (3 HYDROXY 4 METHOXYPHENYL)ISOXAZOLE 3 CARBOXAMIDE; PROTEIN INHIBITOR; RHODAMINE 123; UNCLASSIFIED DRUG; CALCIUM; CARRIER PROTEIN; ISOXAZOLE DERIVATIVE; N-(3-CHLORO-2-METHYLPHENYL)-5-(4-FLUORO-3-HYDROXYPHENYL)ISOXAZOLE-3-CARBOXAMIDE;

ADULT; ANIMAL CELL; ANIMAL EXPERIMENT; ANIMAL MODEL; ANIMAL TISSUE; ARTICLE; CONCENTRATION RESPONSE; CONTROLLED STUDY; DRUG EFFICACY; DRUG HALF LIFE; DRUG METABOLISM; DRUG POTENCY; DRUG SYNTHESIS; EC50; EMBRYO; FEMALE; HUMAN; HUMAN CELL; IN VITRO STUDY; IN VIVO STUDY; MALE; MITOCHONDRIAL MEMBRANE POTENTIAL; MITOCHONDRION SWELLING; MUSCULAR DYSTROPHY; NONHUMAN; PHYSICAL CHEMISTRY; PRIORITY JOURNAL; REACTION OPTIMIZATION; STRUCTURE ACTIVITY RELATION; ANTAGONISTS AND INHIBITORS; CHEMICAL STRUCTURE; CHEMISTRY; DOSE RESPONSE; DRUG DEVELOPMENT; METABOLISM; SYNTHESIS;

CALCIUM; DOSE-RESPONSE RELATIONSHIP, DRUG; DRUG DISCOVERY; HUMANS; ISOXAZOLES; MITOCHONDRIAL MEMBRANE TRANSPORT PROTEINS; MOLECULAR STRUCTURE; STRUCTURE-ACTIVITY RELATIONSHIP;

EID: 84942499948     PISSN: 18607179     EISSN: 18607187     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/cmdc.201500284     Document Type: Article

References (77)

1. D. Siemen, M. Ziemer, IUBMB Life 2013, 65, 255-262;
2. P. Bernardi, A. Rasola, M. Forte, G. Lippe, Physiol. Rev. 2015, 95, 1111-1155.
3. G. Szabadkai, M. R. Duchen, Physiology 2008, 23, 84-94;
4. T. E. Gunter, S.-S. Sheu, Biochim. Biophys. Acta, J. Bioenerg. 2009, 1787, 1291-1308.
5. P. Bernardi, A. Krauskopf, E. Basso, V. Petronilli, E. Blachly-Dyson, F. De Lisa, M. Forte, FEBS J. 2006, 273, 2077-2099;
6. A. G. Barsukova, D. Bourdette, M. Forte, Eur. J. Neurosci. 2011, 34, 437-447;
7. A. Barsukova, A. Komarov, G. Hajnoczky, P. Bernardi, D. Bourdette, M. Forte, Eur. J. Neurosci. 2011, 33, 831-842.
8. P. Bernardi, L. Scorrano, R. Colonna, V. Petronilli, F. Di Lisa, Eur. J. Biochem. 1999, 264, 687-701;
9. M. Forte, P. Bernardi, J. Bioenerg. Biomembr. 2005, 37, 121-128.
10. M. Forte, B. G. Gold, G. Marracci, P. Chaudhary, E. Basso, D. Johnsen, X. Yu, J. Fowlkes, P. Bernardi, D. Bourdette, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2007, 104, 7558-7563.
11. L. J. Martin, B. Gertz, Y. Pan, A. C. Price, J. D. Molkentin, Q. Chang, Exp. Neurol. 2009, 218, 333-346.
12. H. Du, L. Guo, F. Fang, D. Chen, A. A. Sosunov, G. M. McKhann, Y. Yan, C. Wang, H. Zhang, J. D. Molkentin, F. J. Gunn-Moore, J. P. Vonsattel, O. Arancio, J. X. Chen, S. D. Yan, Nat. Med. 2008, 14, 1097-1105.
13. D. P. Millay, M. A. Sargent, H. Osinska, C. P. Baines, E. R. Barton, G. Vuagniaux, H. L. Sweeney, J. Robbins, J. D. Molkentin, Nat. Med. 2008, 14, 442-447;
14. L. Merlini, A. Angelin, T. Tiepolo, P. Braghetta, P. Sabatelli, A. Zamparelli, A. Ferlini, N. M. Maraldi, P. Bonaldo, P. Bernardi, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2008, 105, 5225-5229.
15. C. P. Baines, R. A. Kaiser, N. H. Purcell, N. S. Blair, H. Osinska, M. A. Hambleton, E. W. Brunskill, M. R. Sayen, R. A. Gottlieb, G. W. Dorn, J. Robbins, J. D. Molkentin, Nature 2005, 434, 658-662.
16. A. C. Schinzel, O. Takeuchi, Z. Huang, J. K. Fisher, Z. Zhou, J. Rubens, C. Hetz, N. N. Danial, M. A. Moskowitz, S. J. Korsmeyer, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2005, 102, 12005-12010.
17. K. Fujimoto, Y. Chen, K. S. Polonsky, G. W. Dorn II, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2010, 107, 10214-10219.
18. A. Battigelli, J. Russier, E. Venturelli, C. Fabbro, V. Petronilli, P. Bernardi, T. Da Ros, M. Prato, A. Bianco, Nanoscale 2013, 5, 9110-9117.
19. A. W. Leung, P. Varanyuwatana, A. P. Halestrap, J. Biol. Chem. 2008, 283, 26312-26323;
20. T. Azarashvili, D. Grachev, O. Krestinina, Y. Evtodienko, I. Yurkov, V. Papadopoulos, G. Reiser, Cell calcium 2007, 42, 27-39.
21. I. Szabõ, V. De Pinto, M. Zoratti, FEBS lett. 1993, 330, 201-205;
22. I. Szabõ, V. De Pinto, M. Zoratti, FEBS lett. 1993, 330, 206-210.
23. A. P. Halestrap, C. Brennerb, Curr. Med. Chem. 2003, 10, 1507-1525.
24. J. E. Kokoszka, K. G. Waymire, S. E. Levy, J. E. Sligh, J. Cai, D. P. Jones, G. R. MacGregor, D. C. Wallace, Nature 2004, 427, 461-465;
25. C. P. Baines, R. A. Kaiser, T. Sheiko, W. J. Craigen, J. D. Molkentin, Nat. Cell Biol. 2007, 9, 550-555.
26. J. Q. Kwong, J. Davis, C. P. Baines, M. A. Sargent, J. Karch, X. Wang, T. Huang, J. D. Molkentin, Cell Death Differ. 2014, 21, 1209-1217;
27. M. Gutiérrez-Aguilar, D. L. Douglas, A. K. Gibson, T. L. Domeier, J. D. Molkentin, C. P. Baines, J. Mol. Cell. Cardiol. 2014, 72, 316-325;
28. J. Šileikyte, E. Blachly-Dyson, R. Sewell, A. Carpi, R. Menabo, F. Di Lisa, F. Ricchelli, P. Bernardi, M. Forte, J. Biol. Chem. 2014, 289, 13769-13781.
29. V. Giorgio, S. von Stockum, M. Antoniel, A. Fabbro, F. Fogolari, M. Forte, G. D. Glick, V. Petronilli, M. Zoratti, I. Szabo, G. Lippe, P. Bernardi, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2013, 110, 5887-5892;
30. M. Carraro, V. Giorgio, J. Sileikyte, G. Sartori, M. Forte, G. Lippe, M. Zoratti, I. Szabo, P. Bernardi, J. Biol. Chem. 2014, 289, 15980-15985.
31. P. Bernardi, Front. Physiol. 2013, 4, 95.
32. E. Basso, L. Fante, J. Fowlkes, V. Petronilli, M. Forte, P. Bernardi, J. Biol. Chem. 2005, 280, 18558-18561.
33. P. Wang, J. Heitman, Genome Biol. 2005, 6, 226.
34. J. Liu, J. D. Farmer, Jr., W. S. Lane, J. Friedman, I. Weissman, S. L. Schreiber, Cell 1991, 66, 807-815.
35. P. C. Waldmeier, J. J. Feldtrauer, T. Qian, J. J. Lemasters, Mol. Pharmacol. 2002, 62, 22-29.
36. E. P. Taddeo, R. C. Laker, D. S. Breen, Y. N. Akhtar, B. M. Kenwood, J. A. Liao, M. Zhang, D. J. Fazakerley, J. L. Tomsig, T. E. Harris, S. R. Keller, J. D. Chow, K. R. Lynch, M. Chokki, J. D. Molkentin, N. Turner, D. E. James, Z. Yan, K. L. Hoehn, Mol. Metab. 2014, 3, 124-134;
37. T. Tiepolo, A. Angelin, E. Palma, P. Sabatelli, L. Merlini, L. Nicolosi, F. Finetti, P. Braghetta, G. Vuagniaux, J. M. Dumont, C. T. Baldari, P. Bonaldo, P. Bernardi, Br. J. Pharmacol. 2009, 157, 1045-1052.
38. A. H. Schinkel, E. Wagenaar, L. van Deemter, C. A. Mol, P. Borst, J. Clin. Invest. 1995, 96, 1698-1705;
39. S. Murasawa, K. Iuchi, S. Sato, T. Noguchi-Yachide, M. Sodeoka, T. Yokomatsu, K. Dodo, Y. Hashimoto, H. Aoyama, Bioorg. Med. Chem. 2012, 20, 6384-6393;
40. B. Yun, H. Lee, M. Ghosh, B. F. Cravatt, K. L. Hsu, J. V. Bonventre, H. Ewing, M. H. Gelb, C. C. Leslie, J. Biol. Chem. 2014, 289, 1491-1504.
41. D. Fancelli, A. Abate, R. Amici, P. Bernardi, M. Ballarini, A. Cappa, G. Carenzi, A. Colombo, C. Contursi, F. Di Lisa, G. Dondio, S. Gagliardi, E. Milanesi, S. Minucci, G. Pain, P. G. Pelicci, A. Saccani, M. Storto, F. Thaler, M. Varasi, M. Villa, S. Plyte, J. Med. Chem. 2014, 57, 5333-5347.
42. W. R. Telfer, A. S. Busta, C. G. Bonnemann, E. L. Feldman, J. J. Dowling, Hum. Mol. Genet. 2010, 19, 2433-2444;
43. A. Zulian, E. Rizzo, M. Schiavone, E. Palma, F. Tagliavini, B. Blaauw, L. Merlini, N. M. Maraldi, P. Sabatelli, P. Braghetta, P. Bonaldo, F. Argenton, P. Bernardi, Hum. Mol. Genet. 2014, 23, 5353-5363.
44. "Small Molecules Targeting the Mitochondrial Permeability Transition", J. Sileikyte, S. Roy, P. Porubsky, B. Neuenswander, J. Wang, M. Hedrick, A. B. Pinkerton, S. Salaniwal, P. Kung, A. Mangravita-Novo, L. H. Smith, D. N. Bourdette, M. R. Jackson, J. Aubé, T. D. Chung, F. J. Schoenen, M. F. Forte, P. Bernardi in: NIH Molecular Libraries. Probe Reports from the Molecular Libraries Program [ http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK47352/: April 15, 2014 (updated January 16, 2015)], Bethesda (MD), National Center for Biotechnology Information (USA), 2010.
45. J. B. Baell, Future Med. Chem. 2010, 2, 1529-1546;
46. J. B. Baell, G. A. Holloway, J. Med. Chem. 2010, 53, 2719-2740.
47. K. A. Kumar, P. Jayaroopa, Int. J. Pharm. Chem. Biol. Sci. 2013, 3, 294-304.
48. H. K. Jung, M. R. Doddareddy, J. H. Cha, H. Rhim, Y. S. Cho, H. Y. Koh, B. Y. Jung, A. N. Pae, Bioorg. Med. Chem. 2004, 12, 3965-3970.
49. S. R. Bertenshaw, J. S. Carter, P. W. Collins, S. H. Docter, M. J. Granets, I. K. Khanna, J. W. Malecha, J. M. Miyashiro, T. D. Penning, K. L. Rogers, D. J. Rogier, Jr., J. J. Talley, S. S. Yu, (G.D. Searle & Co.), Pat. No. EP 0924201 B1, 1999.
50. A. Bischoff, K. Sundaresan, R. P. Bala Koteswara, B. Ainan, H. Ayyamperumal, R. Grish A., S. Tatiparthy, G. Prabhu, H. Subramanya, (Forest Laboratories Holdings Ltd.), Int. PCT Pub. No. WO 2009117676 A3, 2010.
51. A. L. Hopkins, G. M. Keseru, P. D. Leeson, D. C. Rees, C. H. Reynolds, Nat. Rev. Drug Discovery 2014, 13, 105-121.
52. Full panel inhibition data for compound 60 are provided in the Supporting Information.
53. L. Azzolin, S. von Stockum, E. Basso, V. Petronilli, M. A. Forte, P. Bernardi, FEBS lett. 2010, 584, 2504-2509;
54. S. von Stockum, V. Giorgio, E. Trevisan, G. Lippe, G. D. Glick, M. A. Forte, C. Da-Re, V. Checchetto, G. Mazzotta, R. Costa, I. Szabo, P. Bernardi, J. Biol. Chem. 2015, 290, 4537-4544;
55. F. Ricchelli, F. Dabbeni-Sala, V. Petronilli, P. Bernardi, B. Hopkins, S. Bova, Biochim. Biophys. Acta Bioenerg. 2005, 1708, 178-186.
56. V. Petronilli, P. Costantini, L. Scorrano, R. Colonna, S. Passamonti, P. Bernardi, J. Biol. Chem. 1994, 269, 16638-16642.
57. P. Costantini, R. Colonna, P. Bernardi, Biochim. Biophys. Acta Bioenerg. 1998, 1365, 385-392;
58. J. Sileikyte, V. Petronilli, A. Zulian, F. Dabbeni-Sala, G. Tognon, P. Nikolov, P. Bernardi, F. Ricchelli, J. Biol. Chem. 2011, 286, 1046-1053.
59. J. M. Ford, W. N. Hait, Pharmacol. Rev. 1990, 42, 155-199;
60. P. Bernardi, Ital. J. Neurol. Sci. 1999, 20, 395-400.
61. T. Tsuruo, H. Iida, S. Tsukagoshi, Y. Sakurai, Cancer Res. 1981, 41, 1967-1972;
62. I. Bosch, J. Croop, Biochim. Biophys. Acta Rev. Cancer 1996, 1288, F 37 -F 54.
63. G. Pepe, E. Bertini, P. Bonaldo, K. Bushby, B. Giusti, M. de Visser, P. Guicheney, G. Lattanzi, L. Merlini, F. Muntoni, I. Nishino, I. Nonaka, R. B. Yaou, P. Sabatelli, C. Sewry, H. Topaloglu, A. van der Kooi, Neuromuscular Disord. 2002, 12, 984-993;
64. A. K. Lampe, K. M. D. Bushby, J. Med. Genet. 2005, 42, 673-685.
65. N. M. Maraldi, P. Sabatelli, M. Columbaro, A. Zamparelli, F. A. Manzoli, P. Bernardi, P. Bonaldo, L. Merlini, Adv. Enzyme Regul. 2009, 49, 197-211;
66. W. A. Irwin, N. Bergamin, P. Sabatelli, C. Reggiani, A. Megighian, L. Merlini, P. Braghetta, M. Columbaro, D. Volpin, G. M. Bressan, P. Bernardi, P. Bonaldo, Nat. Genet. 2003, 35, 367-371.
67. A. Angelin, T. Tiepolo, P. Sabatelli, P. Grumati, N. Bergamin, C. Golfieri, E. Mattioli, F. Gualandi, A. Ferlini, L. Merlini, N. M. Maraldi, P. Bonaldo, P. Bernardi, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2007, 104, 991-996.
68. A. Zulian, F. Tagliavini, E. Rizzo, C. Pellegrini, F. Sardone, N. Zini, N. M. Maraldi, S. Santi, C. Faldini, L. Merlini, V. Petronilli, P. Bernardi, P. Sabatelli, Front. Aging Neurosci. 2014, 6, 324;
69. L. Merlini, P. Sabatelli, A. Armaroli, S. Gnudi, A. Angelin, P. Grumati, M. E. Michelini, A. Franchella, F. Gualandi, E. Bertini, N. M. Maraldi, A. Ferlini, P. Bonaldo, P. Bernardi, Oxid. Med. Cell. Longevity 2011, 2011, 139194.
70. E. Palma, T. Tiepolo, A. Angelin, P. Sabatelli, N. M. Maraldi, E. Basso, M. A. Forte, P. Bernardi, P. Bonaldo, Hum. Mol. Genet. 2009, 18, 2024-2031.
71. L. Lucarini, B. Giusti, R.-Z. Zhang, T.-C. Pan, C. Jimenez-Mallebrera, E. Mercuri, F. Muntoni, G. Pepe, M.-L. Chu, Hum. Genet. 2005, 117, 460-466;
72. A. K. Lampe, Y. Zou, D. Sudano, K. K. O'Brien, D. Hicks, S. H. Laval, R. Charlton, C. Jimenez-Mallebrera, R. Z. Zhang, R. S. Finkel, G. Tennekoon, G. Schreiber, M. S. van der Knaap, H. Marks, V. Straub, K. M. Flanigan, M. L. Chu, F. Muntoni, K. M. D. Bushby, C. G. Bönnemann, Hum. Mutat. 2008, 29, 809-822.
73. J. Berger, T. Sztal, P. D. Currie, Biochem. Biophys. Res. Commun. 2012, 423, 785-788.
74. A. G. Gornall, C. J. Bardawill, M. M. David, J. Biol. Chem. 1949, 177, 751-766.
75. G. W. Rogers, M. D. Brand, S. Petrosyan, D. Ashok, A. A. Elorza, D. A. Ferrick, A. N. Murphy, PloS one 2011, 6, e 21746.
76. M. Wu, A. Neilson, A. L. Swift, R. Moran, J. Tamagnine, D. Parslow, S. Armistead, K. Lemire, J. Orrell, J. Teich, S. Chomicz, D. A. Ferrick, Am. J. Physiol. 2006, 292, C 125 -C 136.
77. C. B. Kimmel, W. W. Ballard, S. R. Kimmel, B. Ullmann, T. F. Schilling, Dev. Dyn. 1995, 203, 253-310.