ETD

• endocannabinoid system
• inhibitors
• MAGL inhibitors
• Monoacylglycerol lipase
• reversible inhibitors

Monoacylglycerol lipase is an enzyme belonging to the serine hydrolase family, located at the interface between the endocannabinoid system (ECS) and lipid metabolism, where it plays a crucial role in the degradation of 2-arachidonoylglycerol (2-AG) and in modulating the levels of lipid mediators involved in pathophysiological processes such as pain, inflammation, nociception, and cancer. In this regard, MAGL represents a promising therapeutic target for various diseases, including neurodegenerative, inflammatory, metabolic, and oncological conditions. In recent years, scientific research has therefore focused on the development of MAGL modulators, particularly molecules capable of inhibiting this enzyme. To date, the literature primarily reports irreversible inhibitors, characterized by high potency and selectivity but associated with adverse effects, including physical dependence—due to a prolonged increase in 2-AG levels—and the resulting desensitization of the cannabinoid receptor type 1 (CB1R). Consequently, the most recent research has focused on developing reversible MAGL inhibitors, with the aim of more finely regulating enzymatic activity without causing serious side effects.
My thesis project focused on the synthesis of new reversible MAGL inhibitors, developed from a compound previously synthesized by the research group where I conducted my thesis work (Compound 1). Compound 1, characterized by the presence of an amide functional group, was identified as the most promising reversible inhibitor in the series, with an IC50 value of 0.34 µM. Furthermore, it demonstrated excellent selectivity for MAGL, good membrane permeability via passive diffusion, and excellent plasma stability. However, in vitro studies revealed limited metabolic stability, attributed primarily to the possible hydrolysis of the amide bond by liver microsomes.
Molecular modeling studies have shown that the amide group of compound 1 did not form significant interactions with the enzyme’s active site, suggesting the possibility of replacing it with a different functional group capable of acting as a bioisostere but characterized by greater stability. Based on this evidence, the research group designed and synthesized an initial series of triazole derivatives in which the amide bond was replaced by a 1,2,3-triazole ring. Preliminary biological evaluation of the new triazole derivatives demonstrated that their inhibitory activity against MAGL was maintained or even enhanced. These results suggested that the triazole ring could serve as a valid bioisostere for the amide group, prompting the expansion of this series of compounds to gain further insight into structure-activity relationships (SAR) and to identify new derivatives with improved biological profiles.
My thesis work fits into this context; its objective was to design and synthesize a new series of triazole derivatives, with the aim of further investigating their SAR, improving their inhibitory activity against MAGL, and, at the same time, increasing the metabolic stability of the compounds.
Based on this rationale, several triazole-core derivatives were synthesized, characterized by the presence of an R group at the 4-position of the ring, with varying chemical structures. The new triazole derivatives obtained will subsequently undergo enzyme inhibition assays on isolated human MAGL to evaluate their inhibitory activity against MAGL and confirm their reversible inhibition mechanism.

La monoacilglicerolo lipasi è un enzima appartenente alla famiglia delle serina idrolasi, situato all’interfaccia fra il sistema endocannabinoide (ECS) ed il metabolismo lipidico, dove svolge un ruolo cruciale nella degradazione del 2-arachidonoilglicerolo (2-AG) e nella modulazione dei livelli di mediatori lipidici coinvolti in processi fisiopatologici quali dolore, infiammazione, nocicezione e cancro. A tal proposito, la MAGL rappresenta un bersaglio terapeutico promettente per diverse patologie, tra cui malattie neurodegenerative, infiammatorie, metaboliche ed oncologiche. Negli ultimi anni, la ricerca scientifica si è dunque focalizzata sullo sviluppo di modulatori della MAGL, in particolare di molecole in grado di inibire tale enzima. Ad oggi, in letteratura sono riportati principalmente inibitori irreversibili, caratterizzati da elevata potenza e selettività, ma associati a effetti avversi, tra cui la dipendenza fisica, dovuta al prolungato aumento dei livelli di 2-AG, e la conseguente desensibilizzazione del recettore cannabinoide di tipo 1 (CB1R). Pertanto, la ricerca più recente si è concentrata sullo sviluppo di inibitori reversibili della MAGL, con lo scopo di regolare in modo più fine l’attività enzimatica senza provocare effetti indesiderati gravi.
Il mio progetto di tesi si è focalizzato sulla sintesi di nuovi inibitori reversibili della MAGL, sviluppati a partire da un composto precedentemente sintetizzato dal gruppo di ricerca presso il quale ho svolto il mio periodo di tesi. Il composto 1, caratterizzato dalla presenza di una funzionalità ammidica, è stato identificato come il più promettente inibitore reversibile della serie con un valore di IC50 pari a 0.34 µM. Inoltre, esso ha dimostrato un’ottima selettività nei confronti della MAGL, una buona permeabilità di membrana per diffusione passiva ed un’eccellente stabilità plasmatica. Tuttavia, studi in vitro hanno evidenziato una limitata stabilità metabolica, attribuita principalmente alla possibile idrolisi del legame ammidico da parte dei microsomi epatici.
Studi di modellistica molecolare hanno mostrato che il gruppo ammidico del composto 1 non instaurava interazioni significative con il sito attivo dell'enzima, suggerendo la possibilità di sostituirlo con un diverso gruppo funzionale in grado di agire come bioisostero, ma caratterizzato da maggiore stabilità. Sulla base di queste evidenze, il gruppo di ricerca ha progettato e sintetizzato una prima serie di derivati triazolici, nei quali il legame ammidico è stato sostituito da un anello 1,2,3-triazolico. La valutazione biologica preliminare dei nuovi derivati triazolici ha dimostrato il mantenimento, o addirittura il miglioramento, dell'attività inibitoria sulla MAGL. Tali risultati hanno suggerito che l’anello triazolico potesse rappresentare un valido bioisostero del gruppo ammidico, motivando l'espansione di questa serie di composti al fine di ottenere maggiori informazioni sulle relazioni struttura-attività (SAR) e di identificare nuovi derivati con migliori profili biologici.
In questo contesto si inserisce il mio lavoro di tesi, che ha avuto come obiettivo la progettazione e la sintesi di una nuova serie di derivati triazolici, finalizzata ad approfondirne la SAR, a migliorare l'attività inibitoria nei confronti della MAGL e, al contempo, ad incrementare la stabilità metabolica dei composti.
Sulla base di questo razionale, sono stati sintetizzati diversi derivati a nucleo triazolico caratterizzati dalla presenza di un gruppo R, in posizione 4 dell’anello, di diversa natura chimica. I nuovi derivati triazolici ottenuti saranno successivamente sottoposti a saggi di inibizione enzimatica sull’enzima MAGL umano isolato, al fine di valutarne l’attività inibitoria nei confronti della MAGL e di confermarne il meccanismo di inibizione reversibile.