Synthesis of Skeletal Analogues of Saxitoxin Derivatives and Evaluation of Their Inhibitory Activity on Sodium Ion Channels Na_V1.4 and Na_V1.5

Abstract

Skeletal analogues of saxitoxin (STX) that possess a fused-type tricyclic ring system, designated FD-STX, were synthesized as candidate sodium ion channel modulators. Three kinds of FD-STX derivatives 4a-c with different substitution at C13 were synthesized, and their inhibitory activity on sodium ion channels was examined by means of cell-based assay. (-)-FD-STX (4a) and (-)-FD-dcSTX (4b), which showed moderate inhibitory activity, were further evaluated by the use of the patch-clamp method in cells that expressed Na(V)1.4 (a tetrodotoxin-sensitive sodium channel subtype) and Na(V)1.5 (a tetrodotoxin-resistant sodium channel subtype). These compounds showed moderate inhibitory activity towards Na(V)1.4, and weaker inhibitory activity towards Na(V)1.5. Uniquely, however, the inhibition of Na(V)1.5 by (-)-FD-dcSTX (4b) was "irreversible".

Saxitoxin

“…The preparation of a N21-dimethyl derivative of STX, by Andresen and Du Bois shows that nitrogen substitution of the carbamate group does not reduce toxin affinity for Na V 1.4 (2.1 AE 0.1 nm). [60] Subsequent developments by Llewellyn, [136] Oshima, [137] Nagasawa, [138,139] and Du Bois [60,[85][86][87][88] have exploited the C13 position of saxitoxin to access modified toxins, including biotin-, affinity-and fluorescently-labeled conjugates (see Sections 5.2, 5.3).…”

Recent progress in neuroactive marine natural products

“…They extended their strategy to synthesize STX derivatives that possess unnatural skeletal structures: (−)-FDdcSTX ( 28 ), (−)-FDSTX ( 29 ) and (−)-FDdoSTX ( 30 ). 66 Functional evaluation of these compounds found that inhibition of VGSCs by the active congeners 28 and 29 on rat Na V 1.4 and 1.5 was very weak ( 28 : 18 and 182 µM for Na V 1.4 and 1.5, respectively; 29 : 3.8 and 118 µM); compound 28 , interestingly, exhibited an apparently irreversible inhibition of Na V 1.5. current. 66 …”

Saxitoxin

“…[138] Alle sechs Verbindungen sind durch Totalsynthese als Einzelenantiomere erhältlich. Die Bindungsaffinitäten der STX-und FD-STX-Derivate an Na V wurden mit einem Lebensfähigkeits-Assay an Neuro-2A-Zellen [155] und durch Ganzzellen-Voltage-Clamp-Elektrophysiologie untersucht (HEK293-Zellen).…”

“…Die Synthese eines N21-Dimethylderivats von STX durch Andresen und Du Bois belegt, dass eine Substitution des Carbamat-Stickstoffatoms die Affinität des Toxins für Na V 1.4 (2.1 nm) nicht verringert. [60] Später nutzten Llewellyn, [136] Oshima, [137] Nagasawa [138,139] und Du Bois [60,[85][86][87][88] die C13-Position von Saxitoxin als Zugang zu modifizierten Toxinen, darunter biotin-, affinitäts-und fluoreszenzmarkierte Konjugate (siehe Abschnitte 5.2, 5.3).…”

“…In einer kürzlich erschienenen Arbeit berichtet Nagasawa über die systematische Analyse der inhibitorischen Aktivitäten von drei C13-modifizierten STX-Derivaten und drei verwandten kondensierten tricyclischen Verbindungen, die als FD-STX bezeichnet werden. [138] Alle sechs Verbindungen sind durch Totalsynthese als Einzelenantiomere erhältlich. Die Bindungsaffinitäten der STX-und FD-STX-Derivate an Na V wurden mit einem Lebensfähigkeits-Assay an Neuro-2A-Zellen [155] und durch Ganzzellen-Voltage-Clamp-Elektrophysiologie untersucht (HEK293-Zellen).…”