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A nicotinic-dopaminergic hybrid probe enhances D2-like autoreceptor-mediated inhibition of dopamine release - 20/09/26

Doi : 10.1016/j.biopha.2026.119867 
Carlo Matera a, 1, Massimo Grilli b, 1, Luca Pucci c, 1, Enrico Mario Alessandro Fassi a, Sergio Fucile d, e, Mario Marchi b, Chiara Fiorentini f, Francesco Clementi c, Michele Zoli g, Clelia Dallanoce a, Giovanni Grazioso a, Marco De Amici a, , Cecilia Gotti c,
a Dipartimento di Scienze Farmaceutiche - Sezione di Chimica Farmaceutica “Pietro Pratesi”, Università degli Studi di Milano, via L. Mangiagalli 25, Milano 20133, Italy 
b Dipartimento di Farmacia, Università degli Studi di Genova, viale Cembrano 4, Genova 16148, Italy 
c CNR, Istituto di Neuroscienze, c/o Università di Milano-Bicocca, 20854 Vedano al Lambro, Monza, Italy 
d Dipartimento di Fisiologia e Farmacologia, Università "La Sapienza", piazzale Aldo Moro 5, Roma 00185, Italy 
e IRCCS Neuromed, via Atinense 18, Pozzilli 86077, Italy 
f Dipartimento di Medicina Molecolare e Traslazionale - Sezione di Farmacologia, Università degli Studi di Brescia, viale Europa 11, Brescia 25123, Italy 
g Dipartimento di Scienze Biomediche Metaboliche e Neuroscienze, Centro di Neuroscienze e Neurotecnologia (CfNN), Università di Modena e Reggio Emilia, via Campi 287, Modena 41125, Italy 

Correspondence to: Università degli Studi di Milano, Dipartimento di Scienze Farmaceutiche, via L. Mangiagalli 25, Milano, MI 20133, Italy. Università degli Studi di Milano, Dipartimento di Scienze Farmaceutiche via L. Mangiagalli 25 Milano MI 20133 Italy ⁎⁎ Correspondence to: CNR, Institute of Neuroscience, c/o Università di Milano-Bicocca, Edificio U28, Via Follereau 3, Vedano al Lambro, MB 20854, Italy. CNR, Institute of Neuroscience, c/o Università di Milano-Bicocca, Edificio U28 Via Follereau 3 Vedano al Lambro MB 20854 Italy

Abstract

β2-containing nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs) and dopamine D 2 receptors (D 2 Rs) cooperate to shape striatal dopamine (DA) output, yet the mechanisms by which nicotinic-dopaminergic crosstalk influences D 2 -like autoreceptor-mediated inhibition of DA release remain unclear. Here we use NiCh8 , a covalently linked nicotinic–dopaminergic hybrid, as a molecular probe to test whether single-molecule co-engagement can enhance D 2 -like autoreceptor-mediated inhibition of DA release. NiCh8 binds native α4β2* and α6β2* nAChRs as well as D 2 Rs, and behaves as a very low-efficacy partial agonist with antagonistic activity at α4β2 nAChRs. In equilibrium slice/synaptosome assays, NiCh8 elicits a modest dihydro-β-erythroidine-sensitive [³H]DA release that is absent in α4/α6 double-knockout (KO) synaptosomes. Strikingly, in superfused striatal synaptosomes NiCh8 potently suppresses basal and nicotine (NIC)-evoked DA outflow at nanomolar concentrations; this inhibition is preserved in β2-KO preparations, abolished by sulpiride, and is not reproduced by the parent pharmacophores ( NONI and PAMC ) alone or in combination. Structure-guided modeling supports a plausible bitopic binding mode at D 2 R, in which the dopaminergic fragment is predicted to engage the orthosteric site while the nicotinic fragment may contact a secondary binding region, providing a working structural rationale for the observed inhibitory phenotype. Together, these data identify NiCh8 as a hybrid probe that functionally enhances sulpiride-sensitive D 2 -like autoreceptor-mediated inhibition of DA release and provides a basis for future studies testing the role of D 2 R secondary-pocket engagement.

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Graphical Abstract




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Highlights

NiCh8 incorporates a nicotinic and a dopaminergic pharmacophore connected by a flexible spacer
This ligand behaves as a very low-efficacy partial agonist with antagonist activity at α4β2 nAChRs
The effects of NiCh8 on [ 3 H]DA release have been assessed using equilibrium and superfusion protocols
It inhibits basal and nicotine-evoked [ 3 H]DA outflow in a sulpiride-sensitive and a β2-independent manner
Molecular modeling analysis supports a bitopic binding mode at dopamine D 2 receptors

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Keywords : Nicotinic acetylcholine receptors, Dopamine D 2 receptor , Dopamine release, Striatal synaptosomes, Bifunctional hybrid ligand, Bitopic ligand, Secondary binding pocket, Nicotine addiction


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