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Photocontrol of zebrafish behavior with a photoswitchable ligand of nicotinic acetylcholine receptors - 19/07/26

Doi : 10.1016/j.biopha.2026.119727 
Claudio Papotto a, Nayeli Fernanda Pérez-Pérez b, c, d, Alexandre M.J. Gomila b, c, 1, Rosalba Sortino b, c, Mercè Cases e, Hyojung Lee b, c, Francesco Calzaferri a, 2, Marco De Amici a, Clelia Dallanoce a, Pau Gorostiza b, c, f, , Carlo Matera a, b, c,
a Department of Pharmaceutical Sciences, University of Milan, Milan 20133, Italy 
b Institute for Bioengineering of Catalonia (IBEC), Barcelona Institute of Science and Technology, Barcelona 08028, Spain 
c Networking Biomedical Center in Bioengineering, Biomaterials, and Nanomedicine (CIBER-BBN), ISCIII, Madrid 28029, Spain 
d University of Barcelona—Doctoral program, Barcelona 08007, Spain 
e Department of Pathology and Experimental Therapeutics, Faculty of Medicine and Health Sciences-Campus Bellvitge, University of Barcelona, Barcelona, Spain 
f Catalan Institution for Research and Advanced Studies (ICREA), Barcelona 08010, Spain 

Corresponding author at: Institute for Bioengineering of Catalonia (IBEC), Barcelona Institute of Science and Technology, Barcelona 08028, Spain. Institute for Bioengineering of Catalonia (IBEC), Barcelona Institute of Science and Technology Barcelona 08028 Spain ⁎⁎ Corresponding author at: Department of Pharmaceutical Sciences, University of Milan, Milan 20133, Italy. Department of Pharmaceutical Sciences, University of Milan Milan 20133 Italy

Abstract

The α7 nicotinic acetylcholine receptor (α7 nAChR) is a key modulator of neuronal and immunological signaling, and photopharmacology offers a route to control nicotinic transmission with high spatiotemporal precision. Here we report CPZ-2, a photoswitchable ligand inspired by a patented α7-active scaffold. CPZ-2 shows slow thermal relaxation, high photostability, and reversible photoswitching under one-photon irradiation, together with two-photon-induced photoisomerization monitored directly by HPLC–MS. Radioligand-binding competition performed on the trans-enriched state showed measurable displacement at α7 nAChRs and α1-containing receptors at 10 µM, with lower effects at α3β4 and α4β2 subtypes. Moreover, in wild-type zebrafish larvae, CPZ-2 modulated nicotine-evoked locomotion in a light-dependent manner after bath application. Finally, docking simulations in the α7 orthosteric site support a binding mode compatible with receptor engagement and suggest photostate-dependent differences in the orientation of the distal aromatic group relative to the C-loop region. Together, these data identify CPZ-2 as an uncharged, diffusible photoswitchable nicotinic ligand that combines robust one- and two-photon photochemistry with light-dependent modulation of nicotinic signaling in a wild-type vertebrate model.

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Graphical Abstract




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Highlights

CPZ-2 is introduced as a novel diffusible photoswitchable nAChR ligand.
CPZ-2 shows reversible one-photon and two-photon photoswitching.
An HPLC-based method to monitor two-photon switching molecules is described.
CPZ-2 photomodulates nicotine-evoked locomotion in zebrafish larvae.

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Keywords : Photopharmacology, Nicotinic Acetylcholine Receptor, Photoswitchable Ligand, Two-Photon Activation, Two-Photon Pharmacology, Zebrafish Behavioral Assay


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