@phdthesis{Dude2009,
  author    = {Dude, Marie-Adrienne},
  title     = {Die Expression der Multiadh{\"a}sionsdom{\"a}nenproteine PfCCp5 und PfFNPA in Plasmodium falciparum und Cysteinprotease-Inhibitoren als potentielle Wirkstoffe gegen Malaria},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-45863},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {Der Erreger der Malaria tropica, Plasmodium falciparum, ist f{\"u}r eine j{\"a}hrliche Todesrate von {\"u}ber einer Million Menschen verantwortlich. Rasch zunehmende Erregerresistenzen gegen g{\"a}ngige Antimalariamedikamente und das Fehlen eines Impfstoffes machen die Suche nach neuen therapeutischen Ans{\"a}tzen und Medikamenten unerl{\"a}sslich. Sexualstadienspezifische Oberfl{\"a}chenproteine des Parasiten sind attraktive Zielstrukturen f{\"u}r die Entwicklung von TBV, welche eine Entwicklung von P. falciparum in der M{\"u}cke unterbrechen. Die Suche nach multiplen tier- oder bakterien{\"a}hnlichen, extrazellul{\"a}ren Adh{\"a}sionsdom{\"a}nen im Genom von P. falciparum f{\"u}hrte zur Identifizierung einer Familie von sechs Proteinen mit hochkonservierten Adh{\"a}sionsmodulen, die vermutlich an Parasit-Parasit- oder Parasit-Wirtsinteraktionen beteiligt sind, was sie zu potentiellen Kandidaten f{\"u}r Komponenten von TBV macht. Aufgrund ihrer gemeinsamen LCCL-Dom{\"a}ne wurden diese Proteine PfCCp1 bis PfCCp5 sowie PfFNPA benannt. PfFNPA besitzt keine LCCL-Dom{\"a}ne, es ist jedoch {\"a}hnlich aufgebaut wie PfCCp5 und wurde daher mit in die PfCCp-Familie integriert. Die in der parasitophoren Vakuole reifer Gametozyten lokalisierenden PfCCp1- bis PfCCp3-Proteine werden w{\"a}hrend der Gametogenese teilweise freigesetzt und umgeben matrix{\"a}hnlich entstehende Exflagellationszentren. In PfCCp2- und PfCCp3-defizienten Parasiten ist die Wanderung der Sporozoiten aus den Mitteldarmoozysten in die Speicheldr{\"u}sen der M{\"u}cke blockiert. Sexualstadien-spezifische Expression und eine wichtige Funktion bei der Entwicklung des Erregers in der M{\"u}cke sind die Hauptkriterien f{\"u}r potentielle TBV-Kandidaten. Diese viel versprechenden Daten waren Anlass, in der vorliegenden Arbeit, die bisher nur hypothetischen PfCCp5- und PfFNPA-Proteine genauer zu untersuchen. Expressionsstudien von PfCCp5 und PfFNPA mittels RT-PCR, Western-Blot-, Immunfluoreszenz- und Transmissionselektronenmikroskopischen-Analysen zeigten, dass sie sowohl plasmamembranassoziiert in der parasitophoren Vakuole als auch intrazellul{\"a}r in reifen Gametozyten exprimiert werden. Beide Proteine sind in Gameto-zyten ab dem Stadium II detektierbar und weisen in unreifen Gametozyten ein punktiertes Expressionsmuster auf. In reifen Gametozyten konzentriert sich ihre Expression dagegen v. a. auf die Zellpole. Ferner werden PfCCp5 und PfFNPA auf der Oberfl{\"a}che von Makrogameten, jedoch nicht in Mikrogameten und Ookineten exprimiert. Zus{\"a}tzlich wird PfCCp5 in einem Teil reifer Schizonten eines gametozyten-bildenden Parasiten-Stammes exprimiert. Durch Integration eines Komplementations-Konstukts in die 3-untranslatierte Region von PfCCp5 bzw. PfFNPA konnte gezeigt werden, dass beide Gene genetisch manipulierbar sind. Mit PfCCp5- bzw. PfFNPA-KO-Konstrukten transfizierte WT-Parasiten wachsen nach erfolgter positiver Selektion jedoch nicht mehr. Diese Daten lassen vermuten, dass PfCCp5 und PfFNPA eine essentielle Funktion in den Blutstadien bzw. bei Gametozytenbildung haben. Zur weiteren Analyse von PfFNPA wurde ein verk{\"u}rztes Protein durch Integration eines weiteren PfFNPA-KO-Konstrukts in den Locus von WT-Parasiten generiert. Erste Analysen des PfFNPA-KO-Ph{\"a}notyps deuten darauf hin, dass durch die Ausschaltung der 3'-Region des Gens das Protein nicht mehr korrekt exprimiert wird, obwohl keine morphologischen Ver{\"a}nderungen der Blutstadien des Parasiten feststellbar sind. Außerdem werden PfCCp5 und PfFNPA ko-abh{\"a}ngig in PfCCp1-, PfCCp2- und PfCCp3-KO-Gametozyten exprimiert. Ko-Immunpr{\"a}zipitationsstudien zeigten, dass beide Proteine mit den anderen PfCCp-Mitgliedern interagieren. Affinit{\"a}tschromato-graphiestudien deckten dann direkte Interaktionen einzelner PfCCp-Dom{\"a}nen auf. Hierbei sind v. a. die LCCL-, die SR- und die NEC- Dom{\"a}ne an Proteininteraktionen beteiligt, was die Hypothese einer Komplexbildung der PfCCp-Familie w{\"a}hrend der Gametogenese des Erregers st{\"u}tzt. Transmissionsblockierungsstudien sollen nun die Eignung ausgew{\"a}hlter PfCCp-Proteine als TBV-Komponenten n{\"a}her beleuchten. Zunehmende Resistenzen gegen gebr{\"a}uchliche Malariamedikamente veranlassen zur Suche nach neuen Angriffspunkten zur Behandlung der Erkrankung. Die maßgeblich an der H{\"a}moglobinhydrolyse beteiligten plasmodialen Cysteinproteasen Falcipain-2 und Falcipain-3 sind m{\"o}gliche Ziele f{\"u}r die Entwicklung neuer Antimalariawirkstoffe. In der vorliegenden Arbeit wurden peptidomimetische 1,4-Benzodiazepin- und nicht-peptidische Etacryns{\"a}urederivate in vitro auf ihre antiplasmodiale Wirkung an P. falciparum-Blutstadien getestet. Ein erstes Screening hatte gezeigt, dass die eine Vinylsulfonkopfgruppe tragenden 1,4 Benzodiazepinderivate rekombinant exprimiertes Falcipain-2 irreversibel hemmen. In vitro konnte dann auch eine antiplasmodiale Aktivit{\"a}t f{\"u}r diese Verbindungen festgestellt werden. Dockingstudien und HPLC-Assays mit den Etacryns{\"a}urederivaten deckten eine Hemmung der Cysteinprotease Papain und der SARS-Mpro-Hauptprotease der Coronaviren auf. Weiterhin konnte in einem Screening an rekombinant exprimiertem Falcipain-2 und Falcipain-3 eine inhibitorische Wirkung f{\"u}r einen Teil dieser Etacryns{\"a}urederivate festgestellt werden. Der In-vitro-Test an P. falciparum-Blutstadien deckte dann eine schwache antiplasmodiale Aktivit{\"a}t von fluorsubstituierten Etacryns{\"a}urederivaten und von Derivaten mit einer modifizierten Etacryns{\"a}urepartialstruktur auf. Der viel versprechendste Inhibitor dieser Studie wurde nun zur Identifizierung potentieller Bindungspartner mittels Affinit{\"a}tsbindungsstudien biotyniliert. Zusammenfassend besitzen beide getesteten Wirkstoffklassen eine inhibierende Aktivit{\"a}t gegen{\"u}ber Cysteinproteasen womit sie die Grundlage f{\"u}r die Entwicklung neuer, effektiverer plasmodialer Cysteinproteaseinhibitoren bieten.},
  subject      = {Plasmodium falciparum},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Schulz2006,
  author    = {Schulz, Franziska},
  title     = {Synthese und Testung von Aziridin-2-carboxylaten als Cystein-Protease-Inhibitoren},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-19891},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2006},
  abstract  = {Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, eine neue Struktur abgeleitet von den potenten Aziridin-2,3-dicarboxylaten zu synthetisieren und diese dann an verschiedenen humanen und parasit{\"a}ren Cystein-Proteasen zu testen. Daf{\"u}r wurde als Baustein die Aziridin-2-carbons{\"a}ure gew{\"a}hlt, die an C3-Position unsubstituiert ist und an C2-Position eine Carboxyl-Funktion tr{\"a}gt. Außerdem sollte der Ringstickstoff im Gegensatz zu den bisher bekannten N-acylierten Aziridin-2,3-dicarboxylaten basische Eigenschaften besitzten. Die Struktur der synthetisierten Azridin-2-carboxylate ist daher wie folgt gew{\"a}hlt worden: Die durch Cromwell-Synthese erhaltenen Verbindungen wurden als Racemate oder als Diastereomerengemische erhalten. Dabei wurden die Diastereomeren-Verh{\"a}ltnisse der einzelnen Verbindungen {\"u}ber die Integrale in den 1H-NMR-Spektren bestimmt. Die an Position R3 mit einer Aminos{\"a}ure substituierten Aziridin-2-carboxylate wurden durch eine Modifikation der Cromwell-Synthese erhalten. Es wurden insgesamt 27 Azridin-2-carboxylate synthetisiert, die dann an verschiedenen Proteasen getestet wurden. Zu den getesteten Cystein-Proteasen geh{\"o}ren die parasit{\"a}ren Enzyme Falcipain 2, 3 und Rhodesain, die virale SARS-CoV Mpro und die humanen Proteasen Cathepsin B und L. Es wurde jeweils ein Screening der Substanzen an den Proteasen durchgef{\"u}hrt. Bei den wirksamen Verbindungen wurden dann die Ki-, ki-, k2nd- oder IC50-Werte bestimmt. Außerdem wurden die Substanzen auch an der SAP2, einer Aspartat-Protease aus Candida albicans, getestet, an der sie allerdings kaum eine Hemmwirkung zeigten. Bei den nicht-selektiven Inhibitoren stellte sich die Verbindung 9.1a, die auch an Rhodesain eine gute Aktivit{\"a}t besitzt, als ein noch potenterer Inhibitor heraus. Haupts{\"a}chlich zeigten an Rhodesain Verbindungen eine gute Hemmwirkung, die N\&\#949;- oder N\&\#945;-gesch{\"u}tztes Lysin-, Phenylalanin- oder Asparagins{\"a}ureester als Substituenten enthalten. Dabei waren die Verbindungen 9.1a/b, 4.9b und 4.8a/b die potentesten Inhibitoren am Rhodesain und 9.1b, 9.2, 4.4b und 4.8b an Falcipain 2 und 3. An der SARS-CoV Mpro hemmte die Verbindung 9.1b am besten. Es wurde weiterhin die Abh{\"a}ngigkeit der Aktivit{\"a}t der parasit{\"a}ren Cystein-Protease Rhodesain vom pH-Wert bestimmt, indem die Fluoreszenzzunahme durch die hydrolytische Spaltung des Substrates durch das Enzym bei pH-Werten zwischen 2.5 und 8.0 {\"u}ber 30 min vermessen wurde. Dabei zeigte sich, dass das Rhodesain in einem sehr weiten pH-Bereich von 3.0 - 8.0 eine sehr hohe Aktivit{\"a}t aufweist (80 - 100 \%) und erst im relativ sauren Bereich bei pH 2.5 die Aktivit{\"a}t nachl{\"a}sst (~ 60 \%). Außerdem wurde auch die Hemmung von Rhodesain durch 9.1b in Abh{\"a}ngigkeit vom pH-Wert analysiert, wobei die Hemmst{\"a}rke im sauren pH-Bereich durch die Protonierung des Stickstoffes des Aziridinringes sehr stark zunahm. Im Rahmen des SFB630 („Erkennung, Gewinnung und funktionale Analyse von Wirkstoffen gegen Infektionskrankheiten") konnten viele der synthetisierten Verbindungen an verschiedenen Krankheitserregern, wie Trypanosoma brucei brucei, Leishmania major, sowie an sog. Problemkeimen, zu denen die gram-negativen Erreger Pseudomonas aeruginosa und Escheria coli, sowie die gram-positiven Staphylococcus-Arten S. aureus (Linie 325, 8325) und S. epidermidis (Linie RP62) geh{\"o}ren, untersucht werden. Dabei stellten sich die Verbindungen 9.1a/b an Trypanosoma brucei brucei als wirksame Inhibitoren gegen den Erreger heraus. Dies korreliert auch sehr gut mit der hohen Aktivit{\"a}t der beiden Verbindungen gegen Rhodesain (9.1a: Ki: 15.41 µM; 9.1b: Ki: 2.99 µM), wobei die Verbindung 9.1b allerdings an Makrophagen toxisch wirkte (9.1b: IC50: 80 µM). Außerdem war 9.1b auch ein Inhibitor des Wachstumes und der Biofilmbildung von S. aureus. Gegen{\"u}ber Plasmodium falciparum zeigten die Verbindungen 4.9a/b (4.9a: IC50: 0.5 µM; 4.9b: IC50: 2.2 µM) und 9.4 (9.4: IC50: 1.7 µM) die gr{\"o}ßte Aktivit{\"a}t, wobei allerdings diese Verbindungen keine Hemmung an den Falcipainen aufwiesen und somit das Target der Inhibition noch ungekl{\"a}rt ist. Im Rahmen eines Auslandsaufenthaltes in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Philip Rosenthal, San Francisco, California, wurde außerdem ein Screening verschiedener im Arbeitskreis synthetisierter Substanzklassen an Falcipain 2, 3 und an Plasmodium falciparum durchgef{\"u}hrt. Die dabei getesteten Substanzklassen sind in Abb. 6.1 aufgezeigt. Die Aziridin-2,3-dicarboxylate II-c, I-v und I-j zeigten dabei die beste Aktivit{\"a}t, sowohl an den Falcipainen als auch an dem Parasiten. Unter den Epoxiden und an Position C3 substituierten Aziridin-2-carboxylaten ist die Verbindung IV-2 die einzige, die eine Hemmwirkung aufweist. Unter den anderen getesten Verbindungen zeigten nur die Ethacryns{\"a}ure-Derivate VII-b und VII-f eine antiplasmodiale Aktivit{\"a}t.},
  subject      = {Aziridine},
  language  = {de}
}