Newly designed pyrrolo[2,1-c][1,4]benzodiazepines tricyclic skeleton has shown potential clusters of cannabinoid receptors CB1/CB2 selective ligands. CB2 plays a critical role in microglial-derived neuroinflammation, where it modulates cell proliferation, migration, and differentiation into M1 or M2 phenotypes. Beginning with computer-based docking studies accounting the recently discovered X-ray crystal structure of CB2, we designed a series of PBD analogs as potential ligands of CB2 and tested their binding affinities. Interestingly, computational studies and theoretical binding affinities of several selected (S,E)-11-[2-(arylmethylene)hydrazono]-PBD analogs, have revealed the presence of potential selectivity in binding attraction toward CB1 and CB2. Reported here is the discovery of the first representatives of this series of selective binding to CB2. Preliminary data showed that this class of molecules display potential binding efficacy toward the cannabinoid receptors tested. Intriguingly, initial cannabinoid binding assay showed a selective binding affinity of 4g and 4h showed Ki of 0.49 and 4.7 μM toward CB2 receptors while no binding was observed to CB1. The designed leads have shown remarkable stability pattern at the physiological pH magnifying their therapeutic values. We hypothesize that the PBD tricyclic structure offers the molecule an appropriate three-dimensional conformation to fit snugly within the active site of CB2 receptors, giving them superiority over the reported CB2 agonists/inverse agonists. Our findings suggested that the attachment of heterocyclic ring through the condensation of diazepine hydrazone and S- or N-heterocyclic aldehydes enhances the selectivity of CB2 over CB1. [Figure not available: see fulltext.].

Decades of research has provided evidence for the role of the endocannabinoid system in human health and disease. This versatile system, consisting of two receptors (CB1 and CB2), their endogenous ligands (endocannabinoids), and metabolic enzymes has been implicated in a wide variety of disease states, ranging from neurological disorders to cancer. CB2 has gained much interest for its beneficial immunomodulatory role that can be obtained without eliciting psychotropic effects through CB1. Recent studies have shed light on a protective role of CB2 in cardiovascular disease, an ailment which currently takes more lives each year in Western countries than any other disease or injury. By use of CB2 knockout mice and CB2-selective ligands, knowledge of how CB2 signaling affects atherosclerosis and ischemia has been acquired, providing a major stepping stone between basic science and translational clinical research. Here, we summarize the current understanding of the endocannabinoid system in human pathologies and provide a review of the results from preclinical studies examining its function in cardiovascular disease, with a particular emphasis on possible CB2-targeted therapeutic interventions to alleviate atherosclerosis.

No description available.

Modulation of the endocannabinoid system by the administration of exogenous agonists and selective antagonists has been shown to have potential to attenuate the contribution of inflammation to secondary injury in the CNS. The two most well-defined receptors are the CB1 and CB2 receptors. CB2, the cannabinoid receptor expressed primarily on hematopoietic cells and activated microglia, mediates the immunoregulatory functions of cannabinoids. The involvement of CB2 in central nervous inflammation has been demonstrated by using both endogenous and exogenous ligands. We showed previously that CB2 selective agonists inhibited leukocyte rolling and adhesion to CNS microvasculature and ameliorate clinical symptom in both chronic and remitting-relapsing EAE models; and our previous studies also demonstrated therapeutic potential of CB2 agonist improving recovery following spinal cord injury in the mouse. The goal of the current investigation was to evaluate the mechanisms through which administration of a selective cannabinoid-2 (CB2) agonist modifies inflammatory responses and helps to improve function following the injury in central nervous system. In the EAE project, we showed that Gp1a, a highly selective CB2 agonist with a four log higher affinity for CB2 than CB1, reduced clinical scores and facilitated recovery in EAE in conjunction with long term reduction in demyelination and axonal loss. We also established that Gp1a affected EAE through at least two different mechanisms, i.e. an early effect on Th1/Th17 differentiation in peripheral immune organs, and a later effect on the accumulation of pathogenic immune cells in the CNS, associated with reductions in the expression of CNS and T cell chemokine receptors, chemokines and adhesion molecules. This is the first report on the in vivo CB2-mediated Gp1a inhibition of Th17/Th1 differentiation. We also confirmed the Gp1a-induced inhibition of Th17/Th1 differentiation in vitro, both in non-polarizing and polarizing conditions. The CB2-induced inhibition of Th17 differentiation is highly relevant in view of recent studies emphasizing the importance of pathogenic self-reactive Th17 cells in EAE/MS. In spinal cord injury project, we showed that spinal cord injury mice CB2 agonist O-1966 (with affinities to the CB1 and CB2 receptors of 5055±984 and 23±2.1 nM, respectively) had improved motor function, autonomic function. They also had significant reductions in CXCL-9, CXCL-11, dramatic reductions in IL-23p19 expression and its receptor IL-23r, and reduction in the number of immunoreactive microglia. The results reported in this thesis, demonstrated that the combined effect on Th17 differentiation and immune cell accumulation into the CNS, may contribute to the usefulness of CB2 selective ligands as potential therapeutic agents in neuroinflammation. / Physiology

Au cours des dernières années, un intérêt grandissant concernant les rôles physiologiques des endocannabinoïdes (eCBs) a été observé. Le système eCB est une cible attrayante pour la modulation du système immunitaire et de la douleur périphérique. Bien que le récepteur CB1 soit distribué dans le système nerveux, le récepteur CB2 est traditionnellement associé au système immunitaire. Ce dogme fait maintenant l’objet d’un débat depuis la découverte de l’expression du récepteur CB2 dans certains neurones. La rétine est un modèle important pour l’étude de processus neuronaux. La présence du récepteur CB1 y a été démontrée. Des études fonctionnelles rapportent que l’activation des récepteurs cannabinoïdes affecte le fonctionnement de plusieurs cellules rétiniennes. À ce jour, aucune étude ne s’est intéressée au rôle global des récepteurs CB1 et CB2 dans la rétine. Nous avons investigué les conséquences de l’élimination du récepteur CB1 (cnr1-/-) ou du récepteur CB2 (cnr2-/-) sur la fonction rétinienne mesurée par électrorétinographie. Nous avons également caractérisé la distribution du récepteur CB2 dans la rétine. Pour ce faire, nous avons comparé la spécificité de plusieurs anticorps dirigés contre le récepteur CB2. Seulement l’un des anticorps testés a montré une spécificité satisfaisante. Il a permis de détecter la présence du récepteur CB2 dans les cônes, les bâtonnets, les cellules horizontales, amacrines, bipolaires et ganglionnaires. Nos résultats d’électrorétinographie indiquent que seules les souris cnr2-/- présentent une amplitude accrue de l’onde a des ERG, en conditions scotopiques. En conditions photopiques, l’amplitude de l’onde b des souris cnr2-/- montre un schéma d’adaptation à la lumière différent des autres groupes. Aucun effet significatif n’a été observé chez les animaux cnr1-/-. Ces résultats permettent de conclure que les récepteurs CB1 et CB2 jouent des rôles différents dans le traitement visuel et que le récepteur CB2 semble être impliqué dans l’établissement des réponses rétiniennes. / Cannabinoid receptors (CB1R and CB2R) are among the most abundant G-protein coupled receptors in the central nervous system. The endocannabinoid system is an attractive target for immune system modulation and peripheral pain management. While CB1R is distributed in the nervous system, CB2R has traditionally been associated to the immune system. This dogma is currently a subject of debate since the discovery of CB2R expression in neurons. The retina is an interesting model for neuronal processes’ study. The activation of cannabinoid receptors modulates neurotransmitter release from photoreceptors and could also affect bipolar cell synaptic release. However, the impact of CB1r and CB2R on the retinal function as a whole is currently unknown. In the present study, we investigated the function of cannabinoid receptors in the retina by recording electroretinographic responses (ERG) from mice lacking either CB1 or CB2 receptors (cnr1-/- and cnr2-/-, respectively). We also documented the precise distribution of CB2R by comparing the specificity of library of CB2R antibodies. One of the antibodies tested exhibited a valuable specificity and localized CB2R expression in cones and rods photoreceptors, horizontal cells, some amacrine cells, and bipolar and ganglion cells. In scotopic conditions, the amplitudes of the awave of the ERG were increased in cnr2-/- mice, while they remained unchanged in cnr1-/- mice. Under photopic conditions, b-wave amplitudes of cnr2-/- mice required more light adaptation time to reach stable values. No effect was observed in cnr1-/- mice. These data indicate that CB2R is likely to be involved in shaping retinal responses to light and suggest that CB1 and CB2 receptors could have different roles in visual processing.

Lors de cette étude, nous avons d’abord localisé les récepteurs CB1 et CB2 sur les structures neuronales. Nous avons montré que les récepteurs CB1 et CB2 sont présents sur les dendrites et les axones et les filopodes. Dans le même ordre d’idée, nous avons localisé le récepteur DCC sur les structures neuronales. Celui-ci est aussi présent sur les dendrites, les axones et les filopodes. Ces résultats suggèrent que le récepteur DCC serait impliqué non seulement dans le processus de synaptogenèse médié par le récepteur CB1, comme cela a été montré dans le laboratoire du professeur Bouchard, mais aussi dans celui, éventuellement, médié par le récepteur CB2. Nous avons ensuite évalué l’effet des ligands du récepteur CB2. Nous n’avons détecté aucun effet clair des agonistes inverses (AM630 et JTE907) et des agonistes (JWH015 et JWH133) quant à la médiation du processus de synaptogenèse en terme de variation de la densité des filopodes et des points de contacts synaptiques. Nous avons obtenu des résultats variables. Ceux-ci furent non reproductibles. Nous avons obtenu des résultats différents des résultats originaux lorsque nous avons requantifié visuellement les mêmes photos à deux reprises Nous avons développé une méthode informatisée de quantification qui nous a permis d’obtenir des résultats reproductibles. Cependant, nous n’avons toujours pas détecté d’effets sur la synaptogenèse médiés par le récepteur CB2. Ces résultats préliminaires ne nous permettent ni d’infirmer, ni de confirmer d’éventuels effets sur la synaptogenèse médiés par le récepteur CB2. Une étude exhaustive serait nécessaire pour le déterminer. / During this study we first localised the receptors CB1 and CB2 on neuronal structures. We have shown that those receptors expressed on dendrites and filopodia. Likewise and based on Bouchard’s previous laboratory results showing an implication of the netrin-1 receptor, Deleted in Colorectal Cancer (DCC), on the synaptogenesis process mediated by the receptor CB1 we localized the receptor DCC on neuronal structures. We have shown that the receptor DCC is expressed on dendrites, axons and filopodia. These results suggest an implication of the receptor DDC in a synaptogenesis process that would be mediated by the receptor CB2. We then evaluated the effects triggered by the receptor CB2’s ligands on the synaptogenesis process. We found no evidences of any effects on synaptogenesis mediated by the receptor CB2 inverse agonists (AM630 and JTE907) and agonists (JWH015 and JWH133) in term of filopodia density and synaptic contacts density variations. We witnessed highly variable results that were irreproducible. Visual quantifications of filopodia and synaptic contacts density were variable as we quantified two times the same set of photos. We have therefore developed a computer based quantification method by which we were able to obtained reproducible results. Nevertheless we found no evidence of any implication of the receptor CB2 on the synaptogenesis process. These preliminary results do not allow us neither to rule out nor to confirm eventual CB2 receptor effects on synaptogenesis. An exhaustive study is required to access possible CB2 receptors effect on synaptogenesis.

Au cours des dernières années, un intérêt grandissant concernant les rôles physiologiques des endocannabinoïdes (eCBs) a été observé. Le système eCB est une cible attrayante pour la modulation du système immunitaire et de la douleur périphérique. Bien que le récepteur CB1 soit distribué dans le système nerveux, le récepteur CB2 est traditionnellement associé au système immunitaire. Ce dogme fait maintenant l’objet d’un débat depuis la découverte de l’expression du récepteur CB2 dans certains neurones. La rétine est un modèle important pour l’étude de processus neuronaux. La présence du récepteur CB1 y a été démontrée. Des études fonctionnelles rapportent que l’activation des récepteurs cannabinoïdes affecte le fonctionnement de plusieurs cellules rétiniennes. À ce jour, aucune étude ne s’est intéressée au rôle global des récepteurs CB1 et CB2 dans la rétine. Nous avons investigué les conséquences de l’élimination du récepteur CB1 (cnr1-/-) ou du récepteur CB2 (cnr2-/-) sur la fonction rétinienne mesurée par électrorétinographie. Nous avons également caractérisé la distribution du récepteur CB2 dans la rétine. Pour ce faire, nous avons comparé la spécificité de plusieurs anticorps dirigés contre le récepteur CB2. Seulement l’un des anticorps testés a montré une spécificité satisfaisante. Il a permis de détecter la présence du récepteur CB2 dans les cônes, les bâtonnets, les cellules horizontales, amacrines, bipolaires et ganglionnaires. Nos résultats d’électrorétinographie indiquent que seules les souris cnr2-/- présentent une amplitude accrue de l’onde a des ERG, en conditions scotopiques. En conditions photopiques, l’amplitude de l’onde b des souris cnr2-/- montre un schéma d’adaptation à la lumière différent des autres groupes. Aucun effet significatif n’a été observé chez les animaux cnr1-/-. Ces résultats permettent de conclure que les récepteurs CB1 et CB2 jouent des rôles différents dans le traitement visuel et que le récepteur CB2 semble être impliqué dans l’établissement des réponses rétiniennes. / Cannabinoid receptors (CB1R and CB2R) are among the most abundant G-protein coupled receptors in the central nervous system. The endocannabinoid system is an attractive target for immune system modulation and peripheral pain management. While CB1R is distributed in the nervous system, CB2R has traditionally been associated to the immune system. This dogma is currently a subject of debate since the discovery of CB2R expression in neurons. The retina is an interesting model for neuronal processes’ study. The activation of cannabinoid receptors modulates neurotransmitter release from photoreceptors and could also affect bipolar cell synaptic release. However, the impact of CB1r and CB2R on the retinal function as a whole is currently unknown. In the present study, we investigated the function of cannabinoid receptors in the retina by recording electroretinographic responses (ERG) from mice lacking either CB1 or CB2 receptors (cnr1-/- and cnr2-/-, respectively). We also documented the precise distribution of CB2R by comparing the specificity of library of CB2R antibodies. One of the antibodies tested exhibited a valuable specificity and localized CB2R expression in cones and rods photoreceptors, horizontal cells, some amacrine cells, and bipolar and ganglion cells. In scotopic conditions, the amplitudes of the awave of the ERG were increased in cnr2-/- mice, while they remained unchanged in cnr1-/- mice. Under photopic conditions, b-wave amplitudes of cnr2-/- mice required more light adaptation time to reach stable values. No effect was observed in cnr1-/- mice. These data indicate that CB2R is likely to be involved in shaping retinal responses to light and suggest that CB1 and CB2 receptors could have different roles in visual processing.

Lors de cette étude, nous avons d’abord localisé les récepteurs CB1 et CB2 sur les structures neuronales. Nous avons montré que les récepteurs CB1 et CB2 sont présents sur les dendrites et les axones et les filopodes. Dans le même ordre d’idée, nous avons localisé le récepteur DCC sur les structures neuronales. Celui-ci est aussi présent sur les dendrites, les axones et les filopodes. Ces résultats suggèrent que le récepteur DCC serait impliqué non seulement dans le processus de synaptogenèse médié par le récepteur CB1, comme cela a été montré dans le laboratoire du professeur Bouchard, mais aussi dans celui, éventuellement, médié par le récepteur CB2. Nous avons ensuite évalué l’effet des ligands du récepteur CB2. Nous n’avons détecté aucun effet clair des agonistes inverses (AM630 et JTE907) et des agonistes (JWH015 et JWH133) quant à la médiation du processus de synaptogenèse en terme de variation de la densité des filopodes et des points de contacts synaptiques. Nous avons obtenu des résultats variables. Ceux-ci furent non reproductibles. Nous avons obtenu des résultats différents des résultats originaux lorsque nous avons requantifié visuellement les mêmes photos à deux reprises Nous avons développé une méthode informatisée de quantification qui nous a permis d’obtenir des résultats reproductibles. Cependant, nous n’avons toujours pas détecté d’effets sur la synaptogenèse médiés par le récepteur CB2. Ces résultats préliminaires ne nous permettent ni d’infirmer, ni de confirmer d’éventuels effets sur la synaptogenèse médiés par le récepteur CB2. Une étude exhaustive serait nécessaire pour le déterminer. / During this study we first localised the receptors CB1 and CB2 on neuronal structures. We have shown that those receptors expressed on dendrites and filopodia. Likewise and based on Bouchard’s previous laboratory results showing an implication of the netrin-1 receptor, Deleted in Colorectal Cancer (DCC), on the synaptogenesis process mediated by the receptor CB1 we localized the receptor DCC on neuronal structures. We have shown that the receptor DCC is expressed on dendrites, axons and filopodia. These results suggest an implication of the receptor DDC in a synaptogenesis process that would be mediated by the receptor CB2. We then evaluated the effects triggered by the receptor CB2’s ligands on the synaptogenesis process. We found no evidences of any effects on synaptogenesis mediated by the receptor CB2 inverse agonists (AM630 and JTE907) and agonists (JWH015 and JWH133) in term of filopodia density and synaptic contacts density variations. We witnessed highly variable results that were irreproducible. Visual quantifications of filopodia and synaptic contacts density were variable as we quantified two times the same set of photos. We have therefore developed a computer based quantification method by which we were able to obtained reproducible results. Nevertheless we found no evidence of any implication of the receptor CB2 on the synaptogenesis process. These preliminary results do not allow us neither to rule out nor to confirm eventual CB2 receptor effects on synaptogenesis. An exhaustive study is required to access possible CB2 receptors effect on synaptogenesis.

Les cannabinoides (CBs) et plus spécifiquement les agonistes des récepteurs CB2 ontdémontré leurs propriétés analgésiques, sans effet psychotrope comparés auxagonistes CB1. Les CBs sont généralement des composés lipophiles et non “drug-like”présentant une faible biodisponibilité. Afin d’évaluer de nouveaux CB2 agonistesd’origine synthétique développés par notre laboratoire, sur des modèles in vivo dedouleur neuropathique, une stratégie de formulation précoce a été mise au point et apermis le développement de quatre systèmes de délivrance d’actif. Une étudepharmacologique d’efficacité a été conduite avec notre tête de série MDA7, formulédans des complexes d’inclusion avec des cyclodextrines (CDs), des liposomes et unesolution micellaire administrés par voie parentérale. Le concept à base de CDs adémontré une plus forte activité anti nociceptive. Une étude de compréhension dumécanisme d’inclusion de MDA7 dans le complexe supramoléculaire formé avec lesCDs a été menée. Des systèmes auto-émulsionnables (SEDDS) ont également étéutilisés pour une administration orale afin d’étudier le profile pharmacocinétique deMDA7. Des nanocapsules (NCs) polymériques et cationiques ont également été développéesafin de stabiliser un phytocannabinoide, CB2, en vue d’une administration in vivo. Desétudes pour caractériser et évaluer l’influence des paramètres affectant la formation desNCs préparées par nanoprécipitation ont été conduites. Nous avons étudié lapropension des NCs développées à former des interactions ioniques avec desmacrocycles anioniques tels que les sulfobutylether-β-cyclodextrines ou, desinteractions électrostatiques avec les cucurbit[n]urils / Cannabinoids (CBs) and particularly CB2 agonists have been shown to reduce pain andinflammation without eliciting any apparent psychotropic effect conversely to CB1agonist compounds. CBs candidates are usually lipophilic non drug-like compoundswith poor bioavailability. To serve the purpose of evaluating new synthetic CB2 agonistsdeveloped by our group, on in vivo neuropathic pain models, an enabling formulationstrategy has been set up and four Drug Delivery Systems (DDS) developed. Forparenteral administration, cyclodextrin (CD)-based inclusion complexes, liposomes andsurfactants/co-solvents micellar solution have been investigated whereas Self-Emulsifying DDS (SEDDS) was selected for oral administration. A pharmacologicalstudy conducted with lead compound MDA7, formulated in CD-based DDS resulted inthe higher antinociceptive activity. A comprehensive study of the inclusion mechanismof MDA7 in the CD supramolecular complexes prepared was carried out. MDA7pharmacokinetic profile was also generated formulated in micellar solution and SEDDS.Besides, cationic polymeric nanocapsules (NCs) have been designed to serve as aprotective DDS for oral administration of a dietary phytocannabinoid CB2 agonist.Studies were undertaken to characterize and evaluate the influence of differentparameters on NCs formation prepared by nanoprecipitation. The cationic NCsdeveloped have been explored for their property to yield proportion of counterioniccondensation in the presence of macrocycles bearing anionic groups such assulfobutylether-beta-cyclodextrin or to form electrostatic interactions/host-guestcomplexion with cucurbit[n]uril.

Atherosclerotic disease is characterized by the formation of lipid-ladden plaques in artery walls. During later stages of disease, these plaques become calcified by mechanisms involving the trans-differentiation of vascular smooth muscle cells (VSMC) to osteoblast-like cells. Although vascular calcification was thought to be a passive mechanism, evidence shows that this process is heavily modulated by various cell signaling mechanisms, including CB2 endocannabinoid receptors. Previous studies have shown that known CB2 antagonists accelerate VSMCs trans-differentiation to an osteoblast-like phenotype, indicating that this receptor serves an anti-calcification signal. The goal of this investigation is to determine if a series of 11-[2-arylmethylene)hydrazono]-PBD derivatives with established CB2 binding affinity function as CB2 antagonists or agonists in a cell culture model of VSMC osteoblastic trans-differentiation. MOVAS cells were grown in standard media or osteogenic media (to induce trans-differentiation) supplemented with and without the various PBD derivatives. Following the treatment period, the extent of osteoblast-like activity was evaluated by alizarin red staining for calcium deposition. To quantify the staining present, the dye was extracted using cetylpyridinium chloride hydrate solution and then analyzed via UV-Vis spectroscopy at 570 nm. The ability of the derivatives to modulation of osteoblastic transdifferentiation of MOVAS cells was further evaluated by performing Western blot analysis for expression of Runx2, an essential transactivator of osteoblast differentiation. Results of this work determined that some of the PBD derivatives increased the calcification compared to the control, indicating that they likely act as CB2 receptor antagonists, while others decreased calcification compared to the control, indicating that they likely act as CB2 receptor agonists. Not only do these results characterize the interactions of these compounds with CB2 receptors, they demonstrate that these PBD derivatives have biological activity. These results also further implicate CB2 receptors as a regulator of VSMC cell calcification, which could lead to novel drug therapies for the treatment of atherosclerotic plaques.