@phdthesis{KimbadiLombe2021,
  author    = {Kimbadi Lombe, Blaise},
  title     = {Novel-Type Dimeric Naphthylisoquinoline Alkaloids from Congolese Ancistrocladus Lianas: Isolation, Structural Elucidation, and Antiprotozoal and Anti-Tumoral Activities},
  doi       = {10.25972/OPUS-19178},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-191789},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {Herein described is the discovery of three novel types of dimeric naphthylisoquinoline alkaloids, named mbandakamines, cyclombandakamines, and spirombandakamines. They were found in the leaves of a botanically as yet unidentified, potentially new Ancistrocladus species, collected in the rainforest of the Democratic Republic of the Congo (DRC). Mbandakamines showed an exceptional 6′,1′′-coupling, in the peri-position neighboring one of the outer axes, leading to an extremely high steric hindrance at the central axis, and to U-turn-like molecular shape, which - different from all other dimeric NIQs, whose basic structures are all quite linear - brings three of the four bicyclic ring systems in close proximity to each other. This created an unprecedented follow-up chemistry, involving ring closure reactions, leading to two further, structurally even more intriguing subclasses, the cyclo- and the spirombandakamines, displaying eight stereogenic elements (the highest total number ever found in naphthylisoquinoline alkaloids). The metabolites exhibited pronounced antiplasmodial and antitrypanosomal activities. Likewise reported in this doctoral thesis are the isolation and structural elucidation of naphthylisoquinoline alkaloids from two further potentially new Ancistrocladus species from DRC. Some of these metabolites have shown pronounced antiausterity activities against human pancreatic cancer PANC-1 cells.},
  subject      = {Naphthylisochinolinalkaloide},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Schies2019,
  author    = {Schies, Christine Lisa},
  title     = {Totalsynthese von Mbandakamin A und Weiteren Dimeren Naphthylisochinolin-Alkaloiden mit Antiplasmodialer Aktivit{\"a}t sowie HPLC-ECD-Analyse Inh{\"a}rent Chiraler Metallocorrole},
  doi       = {10.25972/OPUS-18501},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-185012},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {Tropische Infektionskrankheiten sind noch immer die Haupttodesurache in vielen L{\"a}ndern der Dritten Welt. Unter ihnen ist Malaria neben der Immunschw{\"a}chekrankheit AIDS und Tuberkulose am weitesten verbreitet. Laut WHO erkrankten allein im Jahr 2016 rund 216 Millionen Menschen an Malaria und weltweit verstarben 445.000 Menschen an den Folgen dieser Infektion. Solange die Wirksamkeit des Impfstoffs RTS,S/AS01 gegen Malaria noch Schwachstellen aufweist und andere Impfstoff-Kanditaten sich noch in pr{\"a}klinischen Testphasen befinden, ist vor allem die Entwicklung neuer Wirkstoffe, auch im Hinblick auf die rasante Ausbreitung von Resistenzen gegen herk{\"o}mmliche Medikamente, weiterhin eine dringende Aufgabe. Eine vielversprechende Wirkstoffklasse mit interessanten strukturellen Eigenschaften und einer ungew{\"o}hnlichen Biosynthese aus Acetat-Einheiten sind die Naphthylisochinolin-Alkaloide aus den beiden pal{\"a}otropischen Pflanzenfamilien der Dioncophyllaceae und Ancistrocladaceae. Die Naphthylisochinolin-Alkaloide sind hervozuheben aufgrund ihrer exzellenten Aktivit{\"a}t gegen Plasmodium falciparum, den Erreger der Malaria tropica, sowie wegen ihrer Wirksamkeit gegen Erreger weiterer Krankheiten wie beispielsweise AIDS, Leishmaniose und Afrikanische Trypanosomiasis. Auch im Kampf gegen maligne Erkrankungen wie Leuk{\"a}mie und pankreatischen Krebs werden sie aufgrund ihrer cytotoxischen Eigenschaften als vielversprechende Leitstrukturen betrachtet. Die strukturell beeindruckendsten Naphthylisochinolin-Alkaloide sind die dimeren Mbandakamine, die von unserer Arbeitsgruppe vor einiger Zeit aus einer kongolesischen Ancistrocladus-Liane isoliert wurden. Sie besitzen sieben stereogene Elemente und sind die ersten nat{\"u}rlich vorkommenden Dimere mit einer h{\"o}chst unsymmetrischen 6',1''-gekuppelten zentralen Biarylachse. Diese impliziert eine außergew{\"o}hnlich hohe sterische Hinderung an der zentralen Achse, wie sie noch in keinem anderen dimeren Naphthylisochinolin-Alkaloid gefunden wurde. Verbunden mit ihren bemerkenswerten und vielseitigen pharmakologischen Wirkeigenschaften sind sie ausgesprochen interessante Molek{\"u}le f{\"u}r eine synthetische Erschließung. Ziel dieser Arbeit war die erstmalige Totalsynthese von Mbandakamin A und B sowie die Synthese ihrer monomeren H{\"a}lften 5-epi-Korupensamin E und 8-O-Methylkorupensamin A. Zudem sollten weitere Naphthylisochinolin-Dimere, die bei der Synthese der Mbandakamine anfallen, isoliert und charakterisiert werden. Alle neuen mono- und dimeren Naphthylisochinoline sollten abschließend am Schweizerischen Tropen- und Public-Health-Institut auf ihre biologische Aktivit{\"a}t getestet werden. Zus{\"a}tzlich gelang im Rahmen eines Kooperationsprojekts erstmals die stereochemische Charakterisierung des strukturell ganz neuartigen, inh{\"a}rent chiralen Wolframbiscorrols durch online HPLC-ECD-Analyse in Kombination mit quantenchemischen Rechnungen.},
  subject      = {Naphthylisochinolin-Alkaloide},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Seupel2018,
  author    = {Seupel, Raina},
  title     = {Antiinfektive und Antitumorale Naphthylisochinolin-Alkaloide: Isolierung und Strukturaufkl{\"a}rung, Totalsynthese und Untersuchungen zum Wirkmechanismus},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-167950},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {Bedingt durch ihre strukturelle Diversit{\"a}t und biologischen Eigenschaften sind Naturstoffe seit jeher Quelle und Inspiration f{\"u}r Arzneimittel vor allem im therapeutischen Bereich der Onkologie und der Infektionskrankheiten. Ihr einzigartiges pharmakologisches Potenzial wird durch die selektive Interaktion mit einer Vielzahl von Zielmolek{\"u}len hervorgerufen. Aufgrund der zentralen Bedeutung von Naturstoffen in der Entdeckung und Entwicklung von neuen Arzneimitteln sind nach wie vor die Isolierung und Strukturaufkl{\"a}rung, die totalsynthetische Darstellung und Derivatisierung sowie die Identifizierung der Zielmolek{\"u}le und die Aufkl{\"a}rung des Wirkmechanismus dieser nat{\"u}rlichen Wirkstoffe unabdingbar. Die kleine, aber spannende Klasse der Naphthylisochinolin-Alkaloide, die ausschließlich aus den beiden Pflanzenfamilien der Dioncophyllaceae und der Ancistrocladaceae gewonnen werden, zeichnet sich mit ihren mehr als 200 Vertretern nicht nur durch ihre strukturelle Vielfalt aus, sondern zeigt vor allem pharmakologisch interessante Wirksamkeiten. Neben ausgepr{\"a}gten In-vitro-Aktivit{\"a}ten gegen protozoische Erreger wie Leishmanien, Plasmodien und Trypanosomen besitzen die Vertreter dieser einzigartigen Naturstoffklasse nach neuesten Untersuchungen auch vielversprechende antitumorale Aktivit{\"a}ten. F{\"u}r deren Weiterentwicklung zu m{\"o}glichen Arzneistoffen ist es daher unabdingbar, ihr pharmakologisches Potenzial tiefergehend zu untersuchen. Ziel der vorliegenden Dissertation war die Entwicklung totalsynthetischer Zug{\"a}nge zu biologisch interessanten Naphthylisochinolin-Alkaloiden mit Hilfe unterschiedlicher Synthesestrategien. Ebenfalls sollten durch die Darstellung strukturell vereinfachter Derivate sowie markierter Naturstoffe in Zusammenarbeit mit Kooperationspartnern m{\"o}gliche Zielmolek{\"u}le identifiziert und Beitr{\"a}ge zum Wirkmechanismus untersucht werden.},
  subject      = {Naphthylisochinolinalkaloide},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Bergler2015,
  author    = {Bergler, Felix},
  title     = {Photolumineszenzbasierte Untersuchung der Struktur und der thermodynamischen Bildungsparameter mizellar stabilisierter (6,5)-Kohlenstoffnanor{\"o}hren},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-123586},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {In dieser Arbeit werden die Wechselwirkungen zwischen der Oberfl{\"a}che von Kohlenstoffnanor{\"o}hren und verschiedenen Dispergierreagenzien anhand der Photolumineszenz (PL) der (6,5)-Nanor{\"o}hren untersucht. Um den Einfluss der verschiedenen Reagenzien auf die exzitonischen Eigenschaften und die PL-Emission zu quantifizieren, wurden die Dispergierreagenzien ausgetauscht, die Temperaturabh{\"a}ngigkeit bestimmt und die Konzentration der Reagenzien variiert. Die Dispergierreagenzien eines immobilisierten, SC-stabilisierten (6,5)-SWNT-Ensembles wurden im Mikrofluidikkanal ausgetauscht. Wird der Kanal mit Wasser gesp{\"u}lt, verringern sich die PL-Intensit{\"a}t und die Emissionsenergie, da der Wasserfluss die Tensidmolek{\"u}le von der Oberfl{\"a}che entfernt. Beim Austausch einer DOC-Umgebung gegen Wasser nimmt die PL-Intensit{\"a}t ebenfalls ab und die PL-Emissionsenergie verringert sich. Die Austauschexperimente verlaufen reversibel und der instantane Anstieg der Emissionsenergie bei der Tensidadsorption weist auf eine kooperative Anlagerung hin. Deshalb ist anzunehmen, dass sich Tensid-SWNT-Heteromizellen ausbilden. Anschließend werden die Emissionsenergie und die PL-Intensit{\"a}t in verschiedenen Dispergierreagenzien und in Wasser verglichen. Die gr{\"o}ßte Emissionsenergie und PL-Intensit{\"a}t werden w{\"a}hrend des Wechsels von einer SDS- zu einer (GT)16-L{\"o}sung gemessen. Dies kann auf die l{\"u}ckenlose Bedeckung der SWNT-Oberfl{\"a}che mit einer heterogenen Schicht aus SDS-Molek{\"u}len und (GT)16-Str{\"a}ngen zur{\"u}ckgef{\"u}hrt werden. In reiner SDS-Umgebung emittieren die Nanor{\"o}hren Licht mit der zweith{\"o}chsten Energie, aber die PL-Intensit{\"a}t liegt unter der in einer SC-Umgebung. Die Emissionsenergie in der SC-Umgebung ist geringer und davon abh{\"a}ngig, ob die SWNTs bereits mit (GT)16-Str{\"a}ngen stabilisiert waren, da dies eine permanente Rotverschiebung der Emissionsenergie in der SC-Umgebung sowie eine verringerte PL-Intensit{\"a}t verursacht. In w{\"a}ssriger Umgebung verringert sich nach erfolgtem (GT)16-Kontakt die PL-Intensit{\"a}t dauerhaft. Danach wurde die Anlagerung von Tensidmolek{\"u}len an die (6,5)-SWNT-Oberfl{\"a}che in Suspensionen mit der Temperatursprungmethode untersucht. Die Temperatur im Mikrofluidikkanal wurde anhand der linearen Abnahme der Emissionsenergie SC- und DOC-stabilisierter SWNTs mit steigender Temperatur bestimmt. Die Suspensionstemperatur ist in den verschiedenen Temperatursprungexperimenten unabh{\"a}ngig von der Messposition im Mikrofluidikkanal und wird durch die absolute Position auf den Peltier-Elementen bestimmt. Zudem stimmen die im Kanal gemessenen Temperaturen f{\"u}r SC- und DOC-stabilisierte (6,5)-SWNTs {\"u}berein, weshalb in diesem Experiment nicht die erwartete Einstellung eines Gleichgewichts wie in einem Temperatursprungexperiment der Fall, sondern die Momentantemperatur gemessen wird. Die schnelle Gleichgewichtseinstellung zwischen freien und auf der SWNT-Oberfl{\"a}che adsorbierten Tensidmolek{\"u}len beim Temperatursprung zeigt, dass die SC- und DOC-(6,5)-SWNT-Suspensionen thermochrome Farbstoffe sind. Wegen der Temperaturabh{\"a}ngigkeit der Emissionsenergie ist es bei wissenschaftlichen Arbeiten wichtig, neben dem verwendeten Dispergierreagenz auch die Temperatur der SWNT-Suspension anzugeben. Abschließend wurden die kritischen Mizellenkonzentrationen von Tensid-SWNT-Suspensionen in Verd{\"u}nnungsexperimenten und daraus die thermodynamischen Bildungsparameter der Tensid-SWNT-Heteromizellen ermittelt. In der temperaturabh{\"a}ngigen Analyse der SC-SWNT-Mizellenbildung wird ein konstanter Hill-Koeffizient erhalten, der die Mizellenbildung als positiv kooperativ klassifiziert. F{\"u}r die Bestimmung der Freien Mizellierungsenthalpie wurden nur die CMCs aus den Verd{\"u}nnungsexperimenten verwendet, da die Mizellenbildung bei der Aufkonzentration teils kinetisch gehemmt ist. Da die Freie Mizellierungsenthalpie bei allen Temperaturen negativ ist, stabilisiert die Bildung der Heteromizellen das System. Die Triebkraft f{\"u}r die Mizellenbildung ist {\"u}ber 322 K die Enthalpie, w{\"a}hrend unterhalb von 316 K der Entropiegewinn dominiert. Die Verd{\"u}nnung einer DOC-SWNT-Suspension zeigt keine {\"A}nderung der Emissionsenergie, obwohl dabei sowohl die prim{\"a}re als auch die sekund{\"a}re CMC von DOC unterschritten werden. Zuletzt wurden die Verd{\"u}nnungsexperimente mit einer SDS-SWNT-Suspension durchgef{\"u}hrt und die thermodynamischen Parameter der Mizellenbildung bestimmt. Da auf die Aufl{\"o}sung der Mizellenstruktur direkt die Aggregation der SWNTs folgt, wurde f{\"u}r die Ermittlung der CMC n{\"a}herungsweise die Konzentration am Maximum der Emissionsenergie verwendet. Daraus ergibt sich bei jeder Temperatur eine negative Freie Mizellierungsenthalpie, deren Beitr{\"a}ge analog zu SC bei kleineren Temperaturen als 323 K entropisch und bei h{\"o}heren Temperaturen enthalpisch dominiert werden. Somit erm{\"o}glichen die Experimente mit SC- und SDS-SWNT-Suspensionen die temperaturabh{\"a}ngige Bestimmung der CMC und damit die Berechnung der Freien Mizellierungsenthalpie sowie der zugeh{\"o}rigen enthalpischen und entropischen Beitr{\"a}ge.},
  subject      = {Kohlenstoff-Nanor{\"o}hre},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Steinert2015,
  author    = {Steinert, Claudia},
  title     = {Detektion, Isolierung und Strukturaufkl{\"a}rung von Sekund{\"a}rmetaboliten aus Ancistrocladus congolensis und Arabidopsis thaliana},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-117656},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {Die Produktion von Abwehr-, Signal- und Botenstoffen sichert vielen Pflanzen und Mikroorganismen das {\"U}berleben in einer sich st{\"a}ndig wandelnden Umwelt mit zahlreichen Konkurrenten und Feinden. Diese Sekund{\"a}rmetabolite k{\"o}nnen oft medikament{\"o}s gegen Pathogene eingesetzt werden, die den Menschen befallen und Krankheiten verursachen. Die Herausforderung besteht dabei in der selektiven und sensitiven Detektion, der schonenden Isolierung und der richtigen und kompletten Strukturaufkl{\"a}rung dieser Molek{\"u}le, sowie der eventuellen synthetischen Modifikation, um eine bessere Vertr{\"a}glichkeit oder Wirkung f{\"u}r den menschlichen K{\"o}rper zu erreichen. Leistungsf{\"a}hige chromatographische Instrumente zur Trennung wie HPLC und CZE, emfindliche Detektoren wie UV- und Massenspektrometer, sowie aussagekr{\"a}ftige Messverfahren zur Charakterisierung struktureller Merkmale wie NMR- und CD-Spektroskopie und quantenchemische Rechnungen sind dabei von essentieller Bedeutung. Mit diesen - und weiteren - Methoden gelang in der vorliegenden Arbeit die Detektion, Isolierung und Strukturaufkl{\"a}rung neuer Naphthylisochinolin-Alkaloide aus zwei tropischen Ancistrocladus-Lianen, die Charakterisierung von bekannten und neuen Polyketiden aus einem Pilz der Gattung Streptomyces, sowie die Analyse von Glucosinolaten im Phloemsaft der Modellpflanze Arabidopsis thaliana.},
  subject      = {Ancistrocladaceae},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Buettner2013,
  author    = {B{\"u}ttner, Tobias},
  title     = {Totalsynthese mono- und dimerer Naphthylisochinolin-Alkaloide sowie Isolierung acetogeniner Sekund{\"a}rmetabolite aus Wurzelkulturen von Triphyophyllum peltatum},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-77371},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {Die pal{\"a}otropischen Pflanzenfamilien der Ancistrocladaceae und Dioncophyllaceae sind die bisher einzig bekannten Produzenten von Naphthylisochinolin-Alkaloiden. Diese spezielle Klasse acetogeniner Sekund{\"a}rmetabolite weist durch die verschiedenen Kupplungspositionen der beiden namensgebenden Molek{\"u}lbausteine eine breite strukturelle Diversit{\"a}t auf und zeichnet sich durch vielf{\"a}ltige pharmakologische Wirksamkeiten, z.B. antiplasmodiale, antileishmaniale oder antitrypanosomale Aktivit{\"a}ten, aus. Zur Synthese dieser Naturstoffe wurde im Arbeitskreis Bringmann eigens eine Methodik entwickelt, das Lacton -Konzept. Diese Methode erlaubt durch eine Vorfixierung der beiden Molek{\"u}lh{\"a}lften durch eine Esterbr{\"u}cke, anschließender intramolekularer Kupplungsreaktion und der stereoselektiven {\"O}ffnung des erhaltenen Lactons den atropselektiven Aufbau der Naphthylisochinoline. Als Ziele dieser Arbeit ergaben sich somit die Synthese pharmakologisch und strukturell interessanter Naphthylisochinolin-Alkaloide mittels des Lacton-Konzepts sowie die Isolierung und Strukturaufkl{\"a}rung weiterer Sekund{\"a}rmetabolite aus Triphyophyllum peltatum (Dioncophyllaceae), welche anschließend auf ihre Bioaktivit{\"a}t hin untersucht werden sollten, um potenziell neue Leitstrukturen f{\"u}r neue Wirkstoffe zu finden.},
  subject      = {Naphthylisochinolinalkaloide},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Knauer2011,
  author    = {Knauer, Michael},
  title     = {Aufkl{\"a}rung der Konstitution und Konfiguration von Sekund{\"a}rmetaboliten und Syntheseprodukten mittels NMR, MS, HPLC, CD und ORD sowie Beitr{\"a}ge zur Totalsynthese bioaktiver axial chiraler Naturstoffe},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-70990},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {Im Laufe der Evolution entwickelten Pflanzen, Bakterien, Pilze und Tiere eine Vielzahl von Signal-, Boten- und Abwehrstoffen. Diese f{\"u}r die Organismen oft lebensnotwendigen Sekund{\"a}rmetabolite werden von den jeweiligen Produzenten oft sehr effizient und teilweise auch hoch stereoselektiv produziert. Die Effizienz und Selektivit{\"a}t, mit denen diese Stoffe mit den in der Natur zur Verf{\"u}gung stehenden biosynthetischen Mitteln hergestellt werden, ist f{\"u}r Chemiker im Labor, trotz eines breiten Methodenrepertoires, eine große Herausforderung und oft gelingt die Laborsynthese nur {\"u}ber viele Stufen sowie in geringen Ausbeuten und/oder mit schlechten Enantio- oder Diastereoselektivit{\"a}ten. Daher wird in der chemischen Synthese immer wieder die Neuentwicklung und Erweiterung von Methoden vorangetrieben. Neben der Synthese im Labor ist auch die Untersuchung von Biosynthesewegen sowie die Charakterisierung der daf{\"u}r verantwortlichen Enzyme ein interessantes Forschungsgebiet, um von der Natur zu lernen und diese Erkenntnisse f{\"u}r die Entwicklung neuer Synthesestrategien und Methoden zu nutzen. Viele der bislang isolierten Verbindungen zeigen neben den f{\"u}r die produzierenden Organismen wichtigen Wirkungen auch Aktivit{\"a}ten gegen f{\"u}r Menschen gef{\"a}hrliche Krankheitserreger. Daher ist die Isolierung und Strukturaufkl{\"a}rung neuer bioaktiver Naturstoffe als Leitstrukturen f{\"u}r neue Medikamente ein lohnendes Ziel f{\"u}r Wissenschaftler. In den letzten Jahren wurden aber immer h{\"a}ufiger bereits bekannte Verbindungen isoliert. Zur Vermeidung solcher Mehrfachisolierung werden auch die analytischen Methoden zur Identifikation und Strukturaufkl{\"a}rung stetig verbessert Einen wichtigen Stellenwert hat hierbei die Kopplung von Messger{\"a}ten wie z.B. MS oder NMR mit chromatographischen Anlagen wie GC, HPLC oder UPLC eingenommen. Die Kombination von Fl{\"u}ssigchromatographie-Anlagen mit chiroptischen Detektoren wie CD-Spektrometern erlaubt hierbei manchmal sogar die Zuordnung von Absolutkonfigurationen direkt aus dem Rohextrakt. Ziel der vorliegenden Arbeit war einerseits die Anwendung neuer Methoden bei der Entwicklung von Syntheserouten zu axialchiralen Naturstoffen und andererseits die Aufkl{\"a}rung der Konstitution und Konfiguration von Naturstoffen und synthetischen Verbindungen sowie die Untersuchung von Biosyntheseintermediaten.},
  subject      = {Totalsynthese},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Harth2010,
  author    = {Harth, Stefan},
  title     = {Molecular Recognition in BMP Ligand-Receptor Interactions},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-52797},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {Bone Morphogenetic Proteins (BMPs) are secreted multifunctional signaling proteins that play an important role during development, maintenance and regeneration of tissues and organs in almost all vertebrates and invertebrates. BMPs transmit their signals by binding to two types of serine-/threonine-kinase receptors. BMPs bind first to their high affinity receptor, thereby recruiting their low affinity receptor into the complex. This receptor assembly starts a Smad (Small mothers against decapentaplegic) protein signaling cascade which regulates the transcription of responsive genes. Up to date, only seven type I and five type II receptors are known for more than 30 ligands. Therefore, many BMP ligands can recruit more than one receptor subtype. Vice versa, receptors can bind to several ligands, indicating a highly promiscuous ligand-receptor interaction. This raises the following questions: (i) How are BMPs able to induce ligand-specific signals, despite forming complexes with identical receptor composition and (ii) how are they able to recognize and bind various binding partners in a highly specific manner. From the ligand's point of view, heterodimeric BMPs are valuable tools for studying the interplay between different sets of receptors, thereby providing new insights into how the various BMP signals can be generated. This study describes the expression and purification of the heterodimers BMP-2/6 and -2/7 from E.coli cells. BIAcore interaction studies and various in vitro cell activity assays revealed that the generated heterodimers are biologically active. Furthermore, BMP-2/6 and -2/7 exhibit a higher biological activity in most of the cell assays compared to their homodimeric counterparts. In addition, the BMP type I receptor BMPR-IA is involved in heterodimeric BMP signaling. However, the usage of other type I receptor subtypes (e.g. ActR-I) building a heteromeric ligand-receptor type I complex as indicated in previous works could not be determined conclusively. Furthermore, BMP heterodimers seem to require only one type I receptor for signaling. From the receptors' point of view, the BMP type I receptor BMPR-IA is a prime example for its promiscuous binding to different BMP ligands. The extracellular binding interface of BMPR-IA is mainly unfolded in its unbound form, requiring a large induced fit to adopt the conformation when bound to its ligand BMP-2. In order to unravel whether the binding promiscuity of BMPR-IA is linked to structural plasticity of its binding interface, the interaction of BMPR-IA bound to an antibody Fab fragment was investigated. The Fab fragment was selected because of its ability to recognize the BMP-2 binding epitope on BMPR-IA, thus neutralizing the BMP-2 mediated receptor activation. This study describes the crystal structure of the complex of the extracellular domain of BMPR-IA bound to the antibody Fab fragment AbyD1556. The crystal structure revealed that the contact surface of BMPR-IA overlaps extensively with the contact surface of BMPR-IA for BMP-2 interaction. Although the contact epitopes of BMPR-IA to both binding partners coincide, the three-dimensional structures of BMPR-IA in both complexes differ significantly. In contrast to the structural differences, alanine-scanning mutagenesis of BMPR-IA showed that the functional determinants for binding to both the antibody and BMP-2 are almost identical. Comparing the structures of BMPR-IA bound to BMP-2 or to the Fab AbyD1556 with the structure of unbound BMPR-IA revealed that binding of BMPR-IA to its interaction partners follows a selection fit mechanism, possibly indicating that the ligand promiscuity of BMPR-IA is inherently encoded by structural adaptability.},
  subject      = {Knochen-Morphogenese-Proteine},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Kotzsch2008,
  author    = {Kotzsch, Alexander},
  title     = {BMP Ligand-Rezeptor-Komplexe: Molekulare Erkennung am Beispiel der Spezifischen Interaktion zwischen GDF-5 und BMPR-IB},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-31040},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2008},
  abstract  = {Knochenwachstumsfaktoren (Bone Morphogenetic Proteins, BMPs) sind ubiquit{\"a}re, sekretierte Proteine mit vielf{\"a}ltigen biologischen Funktionen. Die Vielfalt an zellul{\"a}ren Prozessen, die durch BMPs reguliert werden, von der Knochenentwicklung und Organhom{\"o}ostase bis hin zur Neurogenese, erstaunt - und wirft angesichts von teils redundanten, teils spezifischen Funktionen der BMPs Fragen zu den Mechanismen ihrer Signal{\"u}bermittlung auf. Die Signaltransduktion von BMPs erfolgt wie bei den strukturell verwandten TGF-\&\#946;s und Activinen durch die ligandeninduzierte Oligomerisierung von transmembranen Serin/Threonin-Kinaserezeptoren, von denen zwei Typen - Typ I und Typ II - existieren. Einer Vielzahl von mehr als 18 BMP-Liganden stehen nach derzeitigem Erkenntnisstand nur vier Typ I und drei Typ II Rezeptorsubtypen f{\"u}r die Bildung von heteromeren Rezeptorkomplexen zur Verf{\"u}gung. Ein BMP-Ligand kann hochspezifisch nur einen bestimmten Rezeptorsubtyp oder in einer promisken Art und Weise mehrere Rezeptorsubtypen binden. Trotz dieser Bindungspromiskuit{\"a}t {\"u}ben BMPs ihre biologische Funktion {\"u}berwiegend hochspezifisch aus, d.h. abh{\"a}ngig vom Liganden werden spezifische zellul{\"a}re Prozesse reguliert. Somit stellt sich die Frage, wie die Bildung von heteromeren Ligand-Rezeptor-Komplexen und die Aktivierung definierter intrazellul{\"a}rer Signalkaskaden zusammenh{\"a}ngen und wie letztlich ein bestimmtes BMP-Signal durch einen „Flaschenhals", repr{\"a}sentiert durch die begrenzte Anzahl an Rezeptorsubtypen, in das Zellinnere {\"u}bermittelt wird. Die Interaktionen zwischen BMP-2 / GDF-5 und den Typ I Rezeptoren BMPR-IA / BMPR-IB sind ein Paradebeispiel f{\"u}r Bindungspromiskuit{\"a}t und -spezifit{\"a}t. W{\"a}hrend BMP-2 beide Rezeptoren BMPR-IA und BMPR-IB mit gleicher Bindungsaffinit{\"a}t bindet („promiske Interaktion"), zeigt GDF-5 eine 15-20fach h{\"o}here Bindungsaffinit{\"a}t zu BMPR-IB („spezifische" Interaktion). Dieser Unterschied ist scheinbar gering, aber physiologisch {\"u}beraus relevant. Um Einblick in die Mechanismen der molekularen Erkennung zwischen den Bindungspartnern zu gewinnen, wurden bin{\"a}re und tern{\"a}re Komplexe aus den Liganden BMP-2 oder GDF-5, den extrazellul{\"a}ren Dom{\"a}nen der Typ I Rezeptoren BMPR-IA oder BMPR-IB sowie der extrazellul{\"a}ren Dom{\"a}ne des Typ II Rezeptors ActR-IIB untersucht. Die hier vorliegende Arbeit beschreibt die strukturelle und funktionelle Analyse dieser Ligand-Rezeptor-Komplexe. Um den Einfluss struktureller Flexibilit{\"a}t auf die BMP Typ I Rezeptor Erkennung n{\"a}her zu analysieren, wurde zudem die Struktur von BMPRIA in freiem Zustand mittels NMR-Spektroskopie aufgekl{\"a}rt. Aus Mutagenesedaten und der Kristallstruktur des GDF-5•BMPR-IB-Komplexes lassen sich im Vergleich zu bekannten Kristallstrukturen Merkmale ableiten, mit denen die Ligand-Rezeptor-Bindung und -Erkennung charakterisiert werden kann: (1) Die Hauptbindungsdeterminanten in Komplexen von BMPR-IA und BMPR-IB mit ihren Liganden sind unterschiedlich. W{\"a}hrend in Komplexen mit BMPR-IB ein hydrophobes Motiv die Bindungsaffinit{\"a}t bestimmt, tr{\"a}gt in Komplexen mit BMPR-IA eine polare Interaktion signifikant zur Bindungsenergie bei. Ein Vergleich der Strukturen von freien und gebundenen Liganden und Typ I Rezeptoren zeigt, dass interessanterweise diese Hauptbindemotive erst bei der Ligand-Rezeptor-Interaktion entstehen, sodass ein „induced fit" vorliegt und die Molek{\"u}le entsprechend „aufeinander falten". (2) Die Bindungsspezifit{\"a}t wird durch periphere Schleifen in den Typ I Rezeptoren bestimmt. Wie Untersuchungen von Punktmutationen in BMPR-IA zeigen, die einer krebsartigen Darmerkrankung (Juvenile Polyposis) zugrunde liegen, f{\"u}hrt erst die „richtige" Kombination aus Flexibilit{\"a}t in den Schleifen und Rigidit{\"a}t des Rezeptorgrundger{\"u}sts zu signalaktiven Typ I Rezeptoren mit einer potentiell den Liganden komplement{\"a}ren Oberfl{\"a}che. Die mangelnde sterische Komplementarit{\"a}t von Ligand- und Rezeptoroberfl{\"a}chen f{\"u}hrt zu der niedrigeren Bindungsaffinit{\"a}t von GDF-5 zu BMPR-IA im Vergleich zu BMPR-IB. Interessanterweise zeigen die hier vorgestellten, hochaufgel{\"o}sten Strukturdaten, dass die Orientierungen/Positionen der Typ I Rezeptoren BMPR-IA und BMPR-IB in den Bindeepitopen der Liganden BMP-2 und GDF-5 variieren. Unter der Voraussetzung, dass die extrazellul{\"a}re Dom{\"a}ne, das Transmembransegment und die intrazellul{\"a}re Dom{\"a}ne der Typ I Rezeptoren ein starres Element bilden, sollte sich die unterschiedliche Orientierung der extrazellul{\"a}ren Dom{\"a}nen der Typ I Rezeptoren in der Anordnung der Kinasedom{\"a}nen widerspiegeln und sich auf die Signaltransduktion auswirken. M{\"o}glicherweise ist eine bestimmte Anordnung der Kinasedom{\"a}nen der Typ I und Typ II Rezeptoren f{\"u}r eine effiziente Phosphorylierung bzw. Signaltransduktion erforderlich. Der Vergleich mehrerer Ligand-Typ I Rezeptor-Komplexe zeigt, dass die unterschiedliche Orientierung dieser Rezeptoren m{\"o}glicherweise vom Liganden abh{\"a}ngt. Angesichts der Bindungspromiskuit{\"a}t unter BMP-Liganden und -Rezeptoren k{\"o}nnten so spezifische Signale {\"u}bermittelt und spezifische biologische Funktionen reguliert werden. Die in dieser Arbeit vorgestellten Erkenntnisse tragen wesentlich zur strukturellen Charakterisierung der Ligand-Rezeptor-Erkennung in der BMP-Familie bei. Die Frage, warum trotz strukturell hoch homologer Liganden und Rezeptoren und weitgehend konservierten Bindeepitopen eine teils promiske und teils spezifische Interaktion m{\"o}glich ist, kann nun f{\"u}r die Liganden BMP-2 und GDF-5 sowie den beiden Typ I Rezeptoren BMPR-IA und BMPR-IB beantwortet werden.},
  subject      = {Cytokine},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Faber2007,
  author    = {Faber, Johan Henrik},
  title     = {Naphthylisoquinoline Alkaloids : Structural Elucidation, Metabolism and Functional Analysis of their Bioactivities},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-22789},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2007},
  abstract  = {This thesis deals with the isolation and structural elucidation of bioactive naphthylisoquinoline alkaloids and related analogs. The mode of action of the antiplasmodial activity exhibited by the naphthylisoquinoline alkaloids was explored and compared to that of the antimalarial drug chloroquine. Furthermore, the phase 1 and 2 metabolism of dioncophyllines A and C and dioncopeltine A were investigated. In detail the following results have been obtained: • From the leaves of the recently discovered East African liana A. tanzaniensis six naphthylisoquinoline alkaloids were isolated. • The leaves of a botanical yet undescribed Ancistrocladus species, collected by Prof. Dr. V. Mudogo in the Democratic Republic of Congo in the habitat Yeteto near the town Ikela, were analyzed for naphthylisoquinoline alkaloids for the first time. The isolation work led to the first identification of an N,C-coupled naphthyldihydroisoquinoline alkaloid; ancistrocladinium B. Phytochemical investigation of the roots of the Congolese Ancistrocladus species (habitat Yeteto), , afforded five new derivatives of known naphthylisoquinoline alkaloids, namely 5'-O-demethylhamatine, 5'-O-demethylhamatinine, 6-O-demethylancistroealaine A, 6,5'-O,O-didemethylancistroealaine A, and 5-epi-6-O-methylancistrobertsonine A, along with six known naphthylisoquinoline alkaloids. • The antiplasmodial activity guided purification of 60Co irradiated samples containing commercially available naphthylisoquinoline related substances, afforded the isolation of the irradiation products 3,4-dihydro-1-isoquinolinone, 3,4-dihydro-1-isoquinolineamine, and 1,2,3,4-tetrahydro-1,2-diazirino-isoquinoline. The compounds were found to be more active than the starting material, although only exhibiting weak antiplasmodial activity against P. falciparum. • The effect on the absorption spectrum of FPIX due to complex formation with the naphthylisoquinoline alkaloids dioncophyllines A and C, dioncopeltine A korupensamine A, and ancistrocladine was examined by a titration study. Job's plot analyses by UV-spectroscopy determined the stoichiometry for the complex formation of FPIX and naphthylisoquinoline alkaloids to be 2:1. Furthermore, the dissociation constants for the complexation with FPIX were determined for each of the naphthylisoquinoline alkaloids investigated. Dioncophylline C and dioncopeltine A were found to possess dissociation constants, which are comparable to the one reported for the antimalarial drug chloroquine. The ability of ESI to transfer noncovalent solution-phase assemblies intact into the gas phase, was conducted on solution mixtures of naphthylisoquinoline alkaloid and FPIX, as well as on mixtures of chloroquine and FPIX. The mass spectrometry analyses revealed several peaks, which corresponded to the complex formation of FPIX to the respective ligands investigated. The most interesting results obtained were the detection of peaks corresponding to the complex formation between a chelated dimer of FPIX and dioncophylline Cand of peaks corresponding to a double protonated tetramer of FPIX - consisting of two chelated \&\#61549;-oxo dimers of FPIX - in complex formation with two molecules of chloroquine. • Two phase 1 metabolism products of dioncophylline A were identified. Coelution in combination with HPLC-MS/MS, NMR, and CD investigations assigned the major metabolic product as 5'-O-demethyldioncophylline A. The minor metabolic product was only present in small amounts, which disabled an unambiguous structural characterization of the compound. However, as deduced from the mass spectrometry analyses and exclusion of a possible metabolic oxidation product by coelution with authentic reference material, the metabolite should possess a 4-hydroxylated isoquinoline portion and is assumed to be represented by structure. Dioncophylline C and dioncopeltine A were found to be stable to phase 1 metabolism reactions caused by rat liver microsomes.},
  subject      = {Naphthylisochinolinalkaloide},
  language  = {en}
}