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Pyridine- and quinoline-based piperazine nitriles: Potent and selective 5-HT3 receptor agonists and efficacious desensitizers - 21/05/26

Doi : 10.1016/j.biopha.2026.119351 
Anders A. Jensen
 Department of Drug Design and Pharmacology, Faculty of Health and Medical Sciences, University of Copenhagen, Copenhagen Ø 2100, Denmark 

Abstract

This work presents a series of pyridine- and quinoline-based piperazine nitriles as potent and selective agonists and efficacious desensitizers of 5-HT 3 serotonin receptors (5-HT 3 Rs). A structure-activity relationship study of the functional properties displayed by 33 4,6-dimethyl-2-(piperazin-1-yl)nicotinonitriles and close structural analogs at human 5-HT 3 A and 5-HT 3 AB receptors in HEK293T cells in a fluorescence-based membrane potential assay identified several potent 5-HT 3 R agonists and delineated pharmacophore elements for this activity. The analogs 4,6-dimethyl-2-[4-(2-hydroxyethyl)piperazin-1-yl]pyridine-3-carbonitrile ( 3b ) and 2-[4-(2-methoxyethyl)-1-piperazinyl]-4-methyl-3-quinolinecarbonitrile ( 6a ) displayed high selectivity for 5-HT 3 Rs over other serotonin receptors and were as 5-HT 3 R-selective as the prototypic reference agonist mCPBG. 3b also mediated robust and concentration-dependent activation of 5-HT 3 A in Xenopus oocytes in TEVC recordings, whereas the 6a -evoked responses in these oocytes were characterized by minute current amplitudes and rapid current decays. Both 3b and 6a were found to induce substantial 5-HT 3 R desensitization, with low-nanomolar concentrations of 6a mediating pronounced and persistent de facto inhibition of 5-HT 3 Rs expressed in Xenopus oocytes and HEK293T cells. These characteristics were contrasted by the rapid recovery of the 5-HT 3 R from the desensitization induced by serotonin, mCPBG or SR 57227, whereas the close structurally related agonist quipazine also induced sustained receptor desensitization. Thus, the desensitizer properties were clearly ligand-specific, and the balance between the 5-HT 3 R activation and desensitization mediated by the 1-phenylpiperazine and 2-(piperazin-1-yl)quinoline analogs appeared to be tweakable by relatively small structural modifications. In conclusion, the high 5-HT 3 R-selectivity and the potent and efficacious receptor desensitization induced by 6a make it a potentially interesting pharmacological tool for studies of these receptors.

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Graphical Abstract




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Highlights

33 pyridine- and quinoline-based piperazine analogs are characterized at 5-HT 3 Rs.
The SAR study identifies potent 5-HT 3 Rs agonists, including analogs 3b and 6a .
3b and 6a display pronounced 5-HT 3 R-selectivity over other 5-HT receptors.
6a mediates pronounced and persistent desensitization of the 5-HT 3 Rs.

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Abbreviations : 5-HT, 5-HT 3 R , FMP, HEK293T, nAChR, SAR, TEVC

Keywords :  5-HT 3 receptor , desensitizer, agonist, 5-HT 3 R-selective , electrophysiology


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