@phdthesis{KittisakSripha2003,
  author    = {Kittisak Sripha,},
  title     = {NOVEL HETEROCYCLIC RING SYSTEMS DERIVED FROM CARACURINE V AS LIGANDS FOR THE ALLOSTERIC SITE OF MUSCARINIC M 2 RECEPTORS},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-6841},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2003},
  abstract  = {Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Gebiet allosterischer Modulation des muscarinischen M2 Rezeptors. Allosterische Liganden beeinflussen das Bindungsverhalten eines orthosterischen Liganden (Agonisten oder Antagonisten) an die klassische Bindungsstelle des muscarinischen Rezeptors, indem sie seine Affinit{\"a}t entweder erh{\"o}hen(positive Kooperativit{\"a}t) oder erniedrigen (negative Kooperativit{\"a}t). Die allosterische Bindungsstelle befindet sich extrazellul{\"a}r am Eingang der Rezeptor-Bindungstasche. Sie ist weniger konserviert als die orthosterische Bindungsdom{\"a}ne, die tiefer im Rezeptorkanal zwischen den sieben transmembranalen Dom{\"a}nen lokalisiert ist. Demzufolge ist die Entwicklung subtyp-spezifischer allosterisch wirkenden Liganden leichter als subtypspezifischer Agonisten oder Antagonisten. Die Subtypselektivit{\"a}t kann dar{\"u}ber hinaus {\"u}ber unterschiedliche Kooperativit{\"a}ten zwischen dem orthosterischen und allosterischen Liganden an verschiedenen muscarinischen Subtypen erreicht werden. Ein am M1-Rezeptor mit Acetylcholin positiv kooperativer allosterer Modulator, der sich an anderen muscarinischen Subtypen neutral kooperativ verh{\"a}lt, k{\"o}nnte z.B. f{\"u}r die Therapie von Morbus Alzheimer eingesetzt werden. Bisquart{\"a}re Ammoniumsalze des Strychnos-Alkaloids Caracurin-V geh{\"o}ren zu den potentesten allosterischen M2-Liganden. Die relative Stellung der aromatischen Indolringe und der Abstand zwischen den positiv geladenen Stickstoffatomen (ca. 10) in dem sehr starren Caracurin-V-Ringsystem definieren den Pharmakophor f{\"u}r potente allosterische Modulatoren. Caracurin-V-Salze sind strukturell sehr verwandt mit den starken Muskelrelaxantien Toxiferin-I und Alcuronium und besitzen vermutlich selbst neuromuskul{\"a}r-blockierende Eigenschaften, was ihre Anwendung in der pharmakologischen Forschung einschr{\"a}nken w{\"u}rde. Reduktion des Caracurin-V-Ringsystems auf die wesentlichen Pharmakophorelemente k{\"o}nnte zu allosterisch wirksamen Verbindungen mit vernachl{\"a}ssigbarer muskelrelaxierender Wirkung f{\"u}hren. Ziel dieser Arbeit war die Synthese und pharmakologische Testung von Derivaten eines neuen, von Caracurin V abgeleiteten, heterocyclischen Ringsystems. Das neue gew{\"u}nscht 6,7,14,15-Tetrahydro[1,5]diazocino[1,2-a:6,5-a]-diindole-Ringsystem(6) wurde in einer intermolekularen N-Alkylierung von zwei Molek{\"u}len Bromethylindol 5 aufgebaut. Die Ausgangsverbindung 5 konnte aus dem Indolylessigs{\"a}uremethylester 3 durch Reduktion der Estergruppe zum Alkohol und anschließende Substitution durch Brom dargestellt werden. Der bekannte Ester 3 wurde ausgehend von Tryptamin erhalten. Die dreistufige Synthese umfasste N-Dibenzylierung, Einf{\"u}hrung der Malonestergruppe am C-2 von Indol und anschließende Demethoxycarbonylierung. Die Totalsynthese des neuen Pentacyclus ist im Schema 24 dargestellt. Die 3D-Struktur des neuen Ringger{\"u}stes konnte mit Hilfe von NMR-Spektroskopie und semiempirischen Rechnungen (AM1) aufgekl{\"a}rt werden. Verbindung 6 liegt in L{\"o}sung in einer verdrehten Wanne-Konformation mit unsymmetrisch angeordneten Seitenketten vor. Um den Einfluss der Seitenkettenl{\"a}nge des neuen Ringsystems auf die allosterische Wirksamkeit zu untersuchen, war es geplannt, die Ethylamin-Gruppen durch Methylamin-Einheiten zu ersetzen. Der entsprechende Syntheseplan bestand darin, das unsubstituierte Ringsystem in einer doppelten Mannich-Reaktion zu aminomethylieren. Der Ausgangsstoff f{\"u}r die Dimerisierung, Bromethylindol 32, wurde aus Indol-2-carbons{\"a}ure hergestellt. Die Synthese umfasste folgende Reaktionsschritte: Reduktion der Carboxylgruppe und Benzoylierung des resultierenden Alkohols, nucleophile Substitution mit Kaliumcyanid, alkalische Hydrolyse des Cyanids zu Indolacetessigs{\"a}ure, erneute Reduktion zum Alkohol und abschließende Substitution mit Brom. Da Dimerisierungsversuche von 32 nur zur Bildung des HBr-Eliminierungsproduktes 33 f{\"u}hrten, wurde das entsprechende Tosylat als Ausgangsstoff eingesetzt. {\"U}berraschenderweise entstand nicht das erwartete Diazocinodiindol-Ringger{\"u}st, sondern ausschließlich ein isomeres, noch nicht bekanntes 6,7,14,15-Tetrahydro-15aH-azocino[1,2-a:6,5-b]diindol-Ringsystem 35. Die Bildung des neuen unsymmetrischen Ringsystems ist auf den ambidenten Charakter des Indolylanions zur{\"u}ckzuf{\"u}hren, das entweder am Sticksoff oder an C3 alkyliert werden kann. Umsetzung von 35 nach Mannich lieferte das bisaminoalkylierte Produkt 37, neben einer kleinen Menge der monoalkylierten Verbindung 36. Die Totalsynthese des zweiten Ringsystems ist im Schema 25 dargestellt. Um potentere Verbindungen zu erhalten, wurden beide Endstufen 6 bzw. 37 mit Methyliodid zu 14 bzw. 38 quaternisiert. 37 wurde zus{\"a}tzlich mit Allylgruppen zu 39 substituiert. Die pharmakologische Testung von 14, 37, und 38 erfolgte {\"u}ber Radioligandbindungsstudien an Membransuspensionen der Herzventrikel des Hausschweins. Der allostere Effekt der Testverbindungen wurde {\"u}ber die Hemmung der Dissoziation von [3H]-N-Methylscopolamin([3H]-NMS) von den damit ges{\"a}ttigten Rezeptoren gemessen. Die erhaltenen EC50,diss-Werte geben die Konzentration des allosteren Modulators an, bei der die [3H]-NMS-Dissoziation auf die H{\"a}lfte des Kontrollwertes reduziert ist. Sie sind ein Maß f{\"u}r die Affinit{\"a}t der Testsubstanzen zur allosterischen Bindungsstelle des M2 Rezeptors. F{\"u}r die einzige Verbindung mit dem Diazocinodiindole-Ringsystem 14 wurde ein EC50,diss-Wert von 54 nM gemessen. Da 14 {\"u}ber vier Benzylsubstituenten verf{\"u}gt, kann seine Bindungsaffinit{\"a}t am besten mit der von Dibenzylcaracurinium-Dibromid verglichen werden, die ganz {\"a}hnlich ist (69 nM). Aufgrund der Tatsache, dass die Verkleinerung des NSubstituenten am Caracurin-V-Ger{\"u}st zur erheblichen Steigerung der allosterischen Potenz f{\"u}hrte, ist zu erwarten, dass der Austausch der volumin{\"o}sen Benzylgruppen von 14 durch z.B. Methyl- oder Allylsubstituenten, eine deutliche Affinit{\"a}tssteigerung bewirken w{\"u}rde. Damit scheint die allosterische Potenz des neuen Ringsystems mindestens genauso gut zu sein, wie die von Caracurin V. Die beiden Vertreter des Azocinodiindol-Ringsystems, 38 und 39, sind bereits mit den Gruppen substituiert, die die beste allosterische Potenz bei dem Caracurin-V-Ringsystem zeigten (Methyl- und Allyl). Ihre EC50,diss-Werte (35 nM f{\"u}r 38, 48 nM f{\"u}r 39) sprechen jedoch f{\"u}r eine ca. 4-fach schw{\"a}chere Bindungsaffinit{\"a}t als die der entsprechenden Caracurine, was vermutlich auf einen anderen Abstand zwischen den quart{\"a}ren Stickstoffatomen und eine andere relative Stellung der Indolaromaten in den beiden Ringsystemen zur{\"u}ckzuf{\"u}hren ist. Anders als die entsprechenden Caracurin-V-Salze, sind 38 und 39 negativ kooperativ mit dem Antagonisten [3H]NMS. Zusammenfassend l{\"a}sst sich feststellen, dass von den beiden neu synthetisierten heterocyclischen Ringsystemen das direkt von Caracurin V abgeleitete Tetrahydro- [1,5]diazocino[1,2-a:6,5-a]diindol eine bessere und vielversprechende Leitstruktur f{\"u}r die Entwicklung neuer potenter allosterischen Liganden des M2-Rezeptors darstellt. Weitere synthetische Arbeiten an dem Ringsystem wie z.B. Variation des Sticksstoffsubstituenten und der Seitenkettenl{\"a}nge sollten zu einer Steigerung der Bindungsaffinit{\"a}t in den subnanomolaren Bereich f{\"u}hren. Dar{\"u}ber hinaus sind die Ergebnisse der pharmakologischen Testung an dem muskul{\"a}ren Typ des nicotinischen Acetylcholinrezeptors abzuwarten.},
  subject      = {Muscarinrezeptor},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Heinrich2004,
  author    = {Heinrich, Tilman},
  title     = {Siliciumorganische Wirkstoffe : Synthese und pharmakologische Eigenschaften siliciumhaltiger Muscarin-, Dopamin- und alpha1-Rezeptor-Antagonisten sowie Ca2+-Kanal-Blocker},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-11106},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2004},
  abstract  = {Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden neuartige siliciumhaltige Muscarinrezeptor-Antagonisten, Dopaminrezeptor-Antagonisten, Ca2+-Kanal-Blocker sowie alpha1-Rezeptor-Antagonisten synthetisiert, welche Sila-Analoga (C/Si-Austausch) bekannter organischer Pharmaka darstellen. Die C/Si-Analoga wurden pharmakologisch charakterisiert und damit Beitr{\"a}ge zur Thematik der C/Si-Bioisosterie geleistet.},
  subject      = {Muscarinrezeptor},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Muth2004,
  author    = {Muth, Mathias},
  title     = {Synthese und Charakterisierung allosterer Modulatoren muscarinischer M2-Rezeptoren : Strukturvariationen der Bis(ammonium)alkan-Verbindung W84},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-8839},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2004},
  abstract  = {Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Synthese und Charakterisierung allosterer Modulatoren muscarinischer Rezeptoren. Allostere Modulatoren binden an einer topographisch anderen Stelle am Rezeptor als klassische orthostere Liganden und sind so in der Lage, die Dissoziation und die Assoziation orthosterer Agonisten und Antagonisten zu beeinflussen. Die f{\"u}nf Subtypen des Muscarinrezeptors M1-M5 unterscheiden sich vor allem in der Aminos{\"a}uresequenz der in den {\"a}ußeren Bereichen des Rezeptorproteins vorhandenen Loops, w{\"a}hrend sie im Bereich des Rezeptorkanals, wo die orthostere Bindungsstelle lokalisiert ist, eine hohe Sequenzhomologie aufweisen. Die gemeinsame Bindungsstelle allosterer Modulatoren des M2-Rezeptors befindet sich im weniger konservierten extrazellul{\"a}ren Bereich. Somit sind allostere Modulatoren in der Lage, spezifisch an einen der Rezeptorsubtypen zu binden. Als Leitstruktur zum Entwurf der im Rahmen dieser Arbeit synthetisierten Verbindungen diente die Bis(ammonium)alkanverbindung W84. {\"U}ber Weg A wurden Phthals{\"a}ure- bzw. Naphthals{\"a}ureanhydridderivate in einer Kondensationsreaktion mit dem entsprechenden N,N-Dimethylpropan-1,3-diaminderivat zum jeweiligen Phthalimidopropylaminderivat umgesetzt. Durch die Reaktion von zwei {\"A}quivalenten des Amins mit einem {\"A}quivalent 1,6-Dibromhexan wurden dann die symmetrischen W84-Derivate erhalten. Um die unsymmetrischen W84-Derivate zu erhalten, musste zun{\"a}chst das jeweilige Phthalimidopropylamin einseitig durch 1,6-Dibromhexan alkyliert werden. Im letzten Schritt wurden {\"a}quimolare Mengen der alkylierten Verbindung und eines Phthalimidopropylamins umgesetzt. Da sich im Laufe der Arbeit die Methylierung an Position 2 der Propylketten als kritische Position zur Beeinflussung der Gleichgewichtsbindung herausstellte, wurden Verbindungen hergestellt, die an den Propylketten Alkylgruppen verschiedener L{\"a}nge tragen. Aus diesem Grund wurde Syntheseweg B entwickelt. Zun{\"a}chst wurden in mehreren Stufen, ausgehend von Malons{\"a}urediethylester, einfach und zweifach mit Alkylgruppen substituierte 1,3-Dibrompropanderivate hergestellt. Diese wurden dann mit Kaliumphthalimid zu den jeweiligen 3-Brompropylphthalimidderivaten umgesetzt. Zwei {\"A}quivalente dieser 3-Brompropylphthalimide reagierten mit einem {\"A}quivalent N,N,N',N'-Tetramethyl-1,6-hexandiamin zu den entsprechenden symmetrischen W84-Derivaten. Ein weiteres Ziel der Arbeit bestand darin, stark fluoreszierende W84-Derivate herzustellen. Die fluoreszierenden Eigenschaften N-substituierter Naphthalimide k{\"o}nnten zur direkten Charakterisierung allosterer Interaktionen oder zur Verfolgung des „Rezeptor-Traffickings" mittels Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie genutzt werden. Deshalb wurden in Position 3 und 4 des Naphthalimidringes des potentesten allosteren Modulators Aminogruppen eingef{\"u}hrt. Hexamethonio-Derivate beeinflussen in nennenswertem Maße bisher nur die Bindung von Antagonisten am M2-Rezeptor. Da die allostere und die orthostere Bindungsstelle r{\"a}umlich nahe zusammenliegen, wurde der Versuch unternommen, einen orthosteren Agonisten und einen allosteren Modulator in einem Molek{\"u}l miteinander zu verkn{\"u}pfen. Es wurden zw{\"o}lf Hybridmolek{\"u}le aus einem Teil des hochaffinen allosteren Modulators 3a und Derivaten des Muscarinagonisten Oxotremorin-M, verbunden durch aliphatische Spacer verschiedener L{\"a}nge, hergestellt. In pharmakologischen Testungen soll aufgekl{\"a}rt werden, ob es m{\"o}glich ist, mit einem Agonist/Alloster-Hybridmolek{\"u}l gleichzeitig die orthostere und die allostere Bindungsstelle zu besetzen. Die pharmakologische Testung der synthetisierten Verbindungen erfolgte durch Radioligandbindungsstudien. Der allostere Effekt der Testsubstanzen wurde indirekt {\"u}ber die Verz{\"o}gerung der Dissoziation des radioaktiv markierten orthosteren Antagonisten [3H]N-Methylscopolamin bestimmt. Alle bisquart{\"a}ren Testverbindungen weisen deutlich h{\"o}here Affinit{\"a}tswerte als die Leitstruktur W84 auf. Die 1,8-Naphthalimid-substituierten Verbindungen mit gleichzeitiger zweifacher Methylierung erwiesen sich als hochaffin und zugleich positiv kooperativ. Die wirksamste Verbindung dieser Serie ist Verbindung 3a (Naphmethonium), deren Affinit{\"a}t zum NMS-besetzten Rezeptor im einstelligen nanomolaren Bereich liegt (pEC50 = 8.36). Somit stellt Naphmethonium den potentesten in der Literatur bekannten allosteren Modulator des M2 Rezeptors dar. Mittels QSAR-Analysen wurden die ermittelten Affinit{\"a}ten zum freien und zum NMS-besetzten Rezeptor in Zusammenhang mit verschiedenen physikochemischen Parametern gebracht. Die Affinit{\"a}t zum NMS-besetzten Rezeptor der Verbindungen der Serie 2 l{\"a}sst sich mit hoher G{\"u}te durch das Volumen eines lateralen N-Methylimids in Kombination mit der benachbarten Dimethylierung der Propylkette beschreiben. Somit wird deutlich, dass zur Erzielung von positiver Kooperativit{\"a}t die Kombination aus einem hochaffinen aromatischen Imid in direkter Nachbarschaft zu einer 2,2-Alkylpropylkette essentiell ist.},
  subject      = {Muscarinrezeptor},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Teichgraeber2004,
  author    = {Teichgr{\"a}ber, J{\"u}rgen},
  title     = {Aminosubstituierte Terphenyle als neue Leitstruktur f{\"u}r allostere Modulatoren muscarinischer M2-Acetylcholinrezeptoren},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-8571},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2004},
  abstract  = {Die muscarinischen Rezeptoren sind ein wichtiger Bestandteil des parasympathischen Nervensystems. Sie geh{\"o}ren zur großen Gruppe der G-Protein-gekoppelten Rezeptoren, die nach ihrer Verwandtschaft in drei große Klassen eingeteilt werden k{\"o}nnen. Die muscarinischen Rezeptoren geh{\"o}ren zur Klasse A, den rhodopsin{\"a}hnlichen Rezeptoren. Durch die im Jahr 2000 vorgenommene Aufkl{\"a}rung der hochaufl{\"o}senden R{\"o}ntgenkristallstruktur des Rinderrhodpsins und die hohe Aminos{\"a}uresequenz{\"a}hnlichkeit der G-Protein-gekoppelten Rezeptoren hat man eine sehr gute Modellvorstellung {\"u}ber den Aufbau der G-Protein-gekoppelten Rezeptoren. Die Rezeptoren bestehen aus sieben transmembranalen Helices, die von drei intrazellul{\"a}ren und drei extrazellul{\"a}ren Loops stabilisiert werden. Bis heute konnten f{\"u}nf Rezeptorsubtypen gentechnisch klassifiziert werden, die sich durch ihre Gewebeverteilung und Funktion unterscheiden. Allen Subtypen ist eine hohe Sequenzhomologie im Bereich der orthosteren Bindungsstelle gemeinsam, so dass die Entwicklung von subtyp-spezifischen orthosteren Liganden sehr schwierig ist. Außer der orthosteren Bindungsstelle konnte noch eine weitere Bindungsstelle am muscarinischen Rezeptor identifiziert werden. Diese befindet sich weiter außerhalb im Rezeptor in einem Bereich, der {\"u}ber die f{\"u}nf Rezeptorsubtypen nicht sehr stark konserviert ist, so dass die Entwicklung von subtyp-spezifischen Liganden m{\"o}glich ist. An dieser zweiten Bindungsstelle binden allostere Modulatoren. Hierbei handelt es sich um Substanzen, die ohne den orthosteren Liganden keinen Effekt am Rezeptor ausl{\"o}sen, daf{\"u}r aber die Gleichgewichtsbindung des orthosteren Liganden beeinflussen k{\"o}nnen. Der Einfluss auf die Gleichgewichtsbindung geschieht wechselseitig und kann positiv, neutral oder negativ kooperativ sein. Zus{\"a}tzlich {\"u}ben allostere Modulatoren einen Effekt auf die Dissoziation des orthosteren Liganden aus. Die meisten bisher gefunden allosteren Modulatoren erniedrigen die Dissoziationsgeschwindikeit des orthosteren Liganden vom Rezeptor. Die Summe dieser Eigenschaften machen die allosteren Modulatoren sehr interessant f{\"u}r die Arzneimitteltherapie. Das Ziel dieser Arbeit war die Synthese strukturell neuer allosterer Modulatoren des muscarinischen Rezeptors unter Anwendung des postulierten Pharmakophormodells. Als Ausgangspunkt sollten gel{\"a}nderhelicale Molek{\"u}le dienen, die strukturell abgewandelt dieses Pharmakophormodell sehr gut erf{\"u}llen. Die gel{\"a}nderhelicalen Molek{\"u}le {\"a}hneln in ihrem dreidimensionalen Aufbau dem Gel{\"a}nder einer Wendeltreppe. Sie sind durch die Br{\"u}cken zwischen den aromatischen Bereichen sehr rigide Molek{\"u}le, so dass es nur wenige genau definierte Konformationen gibt. Grunds{\"a}tzlich k{\"o}nnen drei Atropisomere unterschieden werden, wobei zwei zueinander enantiomer sind. Geplant war die Synthese eine Reihe von terti{\"a}ren Aminen oder quart{\"a}ren Ammoniumsalzen. Die Synthese der Ausgangsverbindung konnte nach der Vorschrift von Kiupel erfolgen, war aber nur mit geringer Ausbeute m{\"o}glich. Deshalb wurde dieser Syntheseweg nicht weiterverfolgt. Als Alternative bot sich an, auf die Br{\"u}cken zwischen den aromatischen Ringen zu verzichten. Die so entstandenen Verbindungen sind weniger rigide und k{\"o}nnen sich deshalb gegebenenfalls besser an den Rezeptor anpassen. Grunds{\"a}tzlich k{\"o}nnen je nach Substitutionsmuster zwei Synthesewege verfolgt werden. Beide Varianten erf{\"u}llen das postulierte Pharmakophormodell. Der Aufbau des Grundger{\"u}stes erfolgt mittels einer nickelkatalysierten Grignard-Kupplung. Danach erfolgen eine Wohl-Ziegler-Seitenkettenbromierung und eine Verl{\"a}ngerung der Seitenkette im Sinne einer Alkylierung mittels Malons{\"a}urediethylester und einer Hilfsbase. Anschließend erfolgen die Decarboxylierung und die Umsetzung zum Amid, das zum Amin reduziert werden kann. Betrachtet man die Lage der Pharmakophorelemente so variiert der Abstand der positiv geladenen Stickstoffe je nach Konformation zwischen 5 {\AA} und 15 {\AA}, so dass ein weiter Bereich abgedeckt werden kann. Der Abstand der aromatischen Bereiche bleibt relativ stabil. Die pharmakologische Testung der Verbindungen auf ihre allostere Potenz und Affinit{\"a}t zum muscarinischen Rezeptor erfolgte in der Arbeitsgruppe von Prof. Mohr in Bonn. Hierzu werden Membranhomogenate vom Herzventrikelgewebe des Hausschweines verwendet. Diese enthalten mit großer Pr{\"a}valenz muscarinische M2-Rezeptoren. Es wurden Gleichgewichtsbindungs- und Dissoziationsexperimente durchgef{\"u}hrt. Bis jetzt sind noch nicht alle Verbindungen getestet worden. Die bisher getesteten Verbindungen weisen alle eine Affinit{\"a}t zum mit [3H]-N-Methylscopolamin besetzten muscarinischen M2-Rezeptor im mikro-molaren Bereich auf. Sie liegen damit im oberen Bereich der bisher synthetisierten allosteren Modulatoren. Das postulierte Pharmakophormodell konnte also mit Hilfe der synthetisierten Substanzen best{\"a}tigt werden.},
  subject      = {Muscarinrezeptor},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Saar2007,
  author    = {Saar, Matthias},
  title     = {Der Nachweis der muscarinischen Rezeptorsubtypen M2, M3 und M5 im schwangeren und nicht schwangeren humanen Myometrium mittels RT-PCR},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-24436},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2007},
  abstract  = {Da die Kontrolle der Kontraktion am Myometrium in der klinischen Praxis eine bedeutende Rolle spielt, sind Kenntnisse {\"u}ber die Physiologie zur Blockierung der Wehent{\"a}tigkeit und Vermeidung von Fr{\"u}hgeburtlichkeit unverzichtbar. Der Einfuß des sympathischen Nervensystems mit Alpha und Beta-Rezeptoren ist gut untersucht, weshalb wir in der vorliegenden Arbeit eine Untersuchung zur Verteilung der muscarinischen Rezeptoren M1-M5 im schwangeren und nicht schwangeren Myometrium durchf{\"u}hrten. Diese G-Protein gesteuerten parasympathischen Rezeptoren sind beispielsweise an Kontraktionsvorg{\"a}ngen in Blasen-, Magen-Darm- und Bronchialmuskulatur beteiligt und k{\"o}nnten so auch im Myometrium eine Rolle spielen. Mittels RT-PCR wurden 21 Myometriumbiopsien analysiert, wovon 11 Myometriumproben von Patientinnen in der 40. Schwangerschaftswoche, sowie jeweils 3 Proben von Patientinnen in der 32. Schwangerschaftswoche und von Patientinnen in der 25. Schwangerschaftswoche stammten, desweiteren eine Probe einer in der 10. Schwangerschaftswoche durch Hysterektomie abgebrochenen Schwangerschaft. Die drei letzten Proben stammten von nicht schwangeren Patientinnen nach vaginaler Hysterektomie. Dabei konnte gezeigt werden, dass sowohl zu verschiedenen Zeitpunkten in der Schwangerschaft, als auch am nicht schwangeren Myometrium jeweils m-RNA f{\"u}r M2, M3 und M5 muscarinische Rezeptoren existiert. Die durch die hier angewendeten Verfahren zur Gewebepr{\"a}paration, Gewinnung von RNA und Anwendung der RT-PCR vorliegenden Ergebnisse sollten auf Proteinebene best{\"a}tigt werden, die Durchf{\"u}hrung funktioneller Studien w{\"a}re w{\"u}nschenswert.},
  subject      = {Reverse Transkriptase-Polymerase-Kettenreaktion},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Schmitz2008,
  author    = {Schmitz, Jens},
  title     = {Synthese von Liganden muscarinerger Rezeptoren - Allostere Modulatoren, bivalente Agonisten und Antagonisten},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-28390},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2008},
  abstract  = {Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Synthese von Liganden muscarinerger Rezeptoren, die zur Superfamilie der G-Protein-gekoppelten Rezeptoren geh{\"o}ren. Die f{\"u}nf Muscarinrezeptor-Subtypen weisen im Bereich der orthosteren Bindungsstelle, an die u. a. der endogene Ligand Acetylcholin bindet, einen hohen Konservierungsgrad der Aminos{\"a}uresequenz auf. Alle Muscarinrezeptoren weisen neben der orthosteren Bindungsstelle auch eine oder mehrere allostere Bindungsstellen auf. Da diese sich im weniger konservierten extrazellul{\"a}ren Bereich des Rezeptors befinden, ist es m{\"o}glich subtypspezifische Liganden zu entwickeln. Allostere Modulatoren binden an diese topographisch andere Stelle des Rezeptors und sind in der Lage, gezielt die Bindung eines orthosteren Agonisten oder Antagonisten zu modulieren. Dies bedeutet, dass sie die Assoziation und die Dissoziation orthosterer Agonisten und Antagonisten beeinflussen k{\"o}nnen. Die Gleichgewichtsbindung des Orthosters kann erh{\"o}ht (d. h. positive Kooperativit{\"a}t), erniedrigt (d. h. negative Kooperativit{\"a}t) bzw. nicht beeinflusst (d. h. neutrale Kooperativit{\"a}t) werden. Das Ziel der Arbeit bestand zun{\"a}chst darin, die Synthese allosterer Modulatoren des M2-Rezeptors vom Bis(ammonium)alkan-Typ, wie W84 und Naphmethonium, zu optimieren. Da die Synthesen dieser bisquart{\"a}ren Verbindungen zeitaufw{\"a}ndig sind, wurden die Synthesen durch Einsatz einer Synthesemikrowelle optimiert, um neue Bis(ammonium)alkan-Verbindungen effizienter synthetisieren zu k{\"o}nnen. Der Vergleich beider Synthesemethoden (konventionell bzw. Mikrowellen-unterst{\"u}tzt) zeigt sehr deutlich, dass die Reaktionszeiten durch Einsatz einer Synthesemikrowelle drastisch verk{\"u}rzt werden konnten, insbesondere bei Verbindungen, die sehr lange Reaktionszeiten beanspruchen. Zus{\"a}tzlich konnten die Ausbeuten aller synthetisierten Verbindungen durch Mikrowellen-unterst{\"u}tzte Synthese z. T. deutlich gesteigert werden. Im Verlauf der Arbeit wurden unsymmetrisch und symmetrisch nitrosubstituierte Bisnaphthalimide hergestellt. Durch Mikrowellen-unterst{\"u}tzte Hydrierung unter Palladium/Kohle-Katalyse wurden anschließend die analogen aminosubstituierten Derivate erhalten. Ein weiteres Ziel der Arbeit bestand darin, ein Naphmethonium-Derivat herzustellen, das {\"u}ber einen Spacer mit einem geeigneten Fluoreszenzfarbstoff gekoppelt werden kann. Ein Farbstoff-markierter allosterer Modulator k{\"o}nnte als ein wichtiges pharmakologisches Werkzeug zur direkten Charakterisierung allosterer Interaktionen und zur Verfolgung des „Rezeptor-Traffickings" mittels Fluoreszenzkorrelations-spektroskopie genutzt werden. Als Spacer diente eine Alkylkette mit endst{\"a}ndiger prim{\"a}rer Aminofunktion, die mit Alexa-Fluor 532 gekoppelt werden sollte. Zur Einf{\"u}hrung des Spacers wurden verschiedene Strategien verfolgt. Schließlich konnte Verbindung 3h {\"u}ber eine Chlorzwischenstufe hergestellt werden, {\"u}ber deren freie prim{\"a}re Aminogruppe der Fluoreszenzfarbstoff in weiteren Arbeiten gekoppelt werden kann. Ein weiteres Ziel der Arbeit war die Syntheseoptimierung des hochpotenten unselektiven Agonisten Iperoxo, das eine f{\"u}r akademische Zwecke wichtige Substanz in der pharmakologischen Testung und ein wichtiges Zwischenprodukt in der Synthese bivalenter Agonist/Alloster-Hybridverbindungen ist. Die Ausbeuten aller Stufen konnten erh{\"o}ht und die Gesamtausbeute signifikant von 13\% auf 22\% gesteigert werden. Außerdem wurden neue Agonisten hergestellt, die sich im Heterozyklus unterscheiden. Ein weiteres Ziel der Arbeit war die Synthese bivalenter Hybridverbindungen nach dem Nachrichten-Adressen-Modell von Schwyzer. Zum einen sollten Agonist/Alloster-Hybridverbindungen synthetisiert werden, wobei die in der Literatur beschriebene Hybridverbindung Hybrid 1 (W84 und Iperoxo) als Leitstruktur diente. So wurde im ersten Schritt eine auf der allosteren Seite verk{\"u}rzte Substanz ohne Phthalimidopropyl-Rest hergestellt (Hexamethonium und Iperoxo). Danach wurden verschiedene Funktionalit{\"a}ten an der lateralen quart{\"a}ren Ammoniumfunktion eingef{\"u}hrt. Daneben wurden erstmals Antagonist/Alloster-Hybridverbindungen hergestellt, die aus einem M2-selektiven allosteren Modulator (W84, Naphmethonium bzw. Hexamethonium) und einem subtypunspezifischen Antagonisten (Atropin bzw. Scopolamin) bestehen. Im ersten Schritt wurde der allostere Molek{\"u}lteil nach der optimierten Mikrowellen-unterst{\"u}tzten Synthese hergestellt. Die erhaltenen Zwischenstufen 2 wurden im Anschluss mit Atropin und Scopolamin in Acetonitril umgesetzt und die Antagonist/Alloster-Hybridverbindungen 34 und 35 erhalten. Die pharmakologische Testung der synthetisierten Verbindungen erfolgte durch Radioligandbindungsstudien an Herzventrikelgewebe des Hausschweins. Der allostere Effekt der Testsubstanzen wurde indirekt {\"u}ber die Verz{\"o}gerung der Dissoziation des radioaktiv markierten orthosteren Antagonisten [3H]N-Methylscopolamin.},
  subject      = {Chemische Synthese},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Fuchs2009,
  author    = {Fuchs, Lorenz},
  title     = {Interaktion von Kir2-Kan{\"a}len mit 7-Helix-Rezeptoren},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-39000},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {Einw{\"a}rtsgleichrichtende Kaliumkan{\"a}le (Kir), aktuell in die 7 Unterfamilien Kir1-Kir7 eingeteilt, sind an der Regulation einer Vielzahl von K{\"o}rperfunktionen, beispielsweise Herzfrequenz, Erregbarkeit von Nervenzellen, Tonus von Gef{\"a}ßmuskelzellen, Hormonsekretion oder Aktivierung von Immunzellen, beteiligt. F{\"u}r die Kontrolle dieser Funktionen ist es von entscheidender Bedeutung, dass die Leitf{\"a}higkeit dieser Kan{\"a}le beeinflusst werden kann. Die Kir3-Unterfamilie (fr{\"u}her GIRK f{\"u}r G-protein-activated-K+-channels) wird beispielsweise obligat durch die direkte Bindung der beta/gamma-Untereinheit des trimeren Gi/0-Proteins aktiviert (Karschin, 1999). Es gibt Hinweise in der Literatur, dass auch die stark einw{\"a}rts gleichrichtenden Kan{\"a}le der Kir2-Familie durch G-Proteine der Gq-Familie reguliert sein k{\"o}nnen. Dabei widersprechen sich insbesondere zwei Untersuchungen zur Spezifit{\"a}t der Interaktion (Jones, 1996; Chuang et al., 1997). Ebenso ist der intrazellul{\"a}re Signalweg bislang nicht hinreichend gekl{\"a}rt. Um dies genauer zu untersuchen, wurden in dieser Arbeit die Kir-Kan{\"a}le Kir2.1-Kir2.4 jeweils mit 5 verschiedenen Gq-gekoppelten Rezeptoren in Xenopus-Oozyten koexprimiert und mit der Technik der „Zwei-Elektroden-Spannungsklemme" der Strom {\"u}ber die Kir-Kan{\"a}le vor und nach Rezeptoraktivierung mit dem jeweils physiologischen Rezeptoragonisten gemessen. Es zeigte sich, dass ausschließlich Kir2.3 nach Aktivierung des M1-Acetylcholinrezeptors inhibiert wird. Eine Sequenzanalyse zeigte in der Extrazellul{\"a}rregion von Kir2.3 eine zu den anderen Kir2-Kan{\"a}len abweichende Aminos{\"a}uresequenz, welche durch Mutation aber als potentielle Bindestelle zur Vermittlung des inhibitorischen Effektes ausgeschlossen werden konnte. Nachdem bereits gezeigt werden konnte, dass die Koexpression von Kir2.3 und M1-Acetylcholinrezeptor in bestimmten Gehirnregionen der Kontrolle neuronaler Erregbarkeit dient (Shen et al., 2007), ist es wahrscheinlich, dass derselbe Mechanismus auch in ventrikul{\"a}ren Kardiomyozyten existiert und dort als Schutzmechanismus vor vagaler {\"U}berstimulation fungiert.},
  subject      = {Ionenkanal},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Baetz2012,
  author    = {B{\"a}tz, Julia},
  title     = {FRET-basierte Untersuchungen zur ligandenselektiven Beeinflussung der Rezeptorkonformation durch orthosterische und allosterische Liganden am Beispiel des muskarinischen M2 Acetylcholinrezeptors},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-72836},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Zahlreiche experimentelle Befunde lassen vermuten, dass G-Protein gekoppelte Rezeptoren (GPCR) nach ihrer Aktivierung einer ligandenselektiven {\"A}nderung der Rezeptorkonformation unterliegen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es dieses Ph{\"a}nomen am Subtyp 2 der muskarinischen Acetylcholinrezeptoren (M2 AChR) zu untersuchen. Muskarinische Acetylcholinrezeptoren (mAChR) k{\"o}nnen in f{\"u}nf Subtypen (M1-M5) unterschieden werden. Durch die Beteiligung der mAChR an zahlreichen physiologischen Prozessen stellen sie wichtige Zielstrukturen pharmakologischer Therapien dar. Da die orthosterische Ligandenbindestelle (= Bindestelle des endogenen Liganden) in allen f{\"u}nf Subtypen hoch konserviert ist, wird ihr pharmakologischer Nutzen derzeit allerdings durch die unselektive Rezeptormodulation und dem damit verbundenen Auftreten unerw{\"u}nschter Arzneimittelwirkungen stark limitiert. Ein Ansatz zur Erzielung subtypselektiver Effekte besteht in der Verwendung allosterischer Modulatoren. Da die allosterische Bindestelle der mAChR eine geringere Sequenzhomologie aufweist, k{\"o}nnen so gezielt einzelne Subtypen der mAChR reguliert werden. Der M2 AChR stellt hinsichtlich allosterischer Modulation ein gut charakterisiertes Modellsystem dar. F{\"u}r ihn wurde bereits eine Vielzahl allosterischer Liganden entwickelt. Auch bitopische Liganden, die sowohl einen allosterischen als auch einen orthosterischen Anteil enthalten, wurden f{\"u}r den M2 AChR bereits beschrieben. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene FRET-Sensoren des M2 AChR generiert und charakterisiert. Als FRET-Paar wurden das cyan fluoreszierende Protein (CFP) und der niedermolekulare fluorescein-basierte Fluorophor FlAsH (fluorescein arsenical hairpin binder) gew{\"a}hlt. CFP wurde in den Sensoren am Ende des C-Terminus angef{\"u}gt. Die zur Markierung mit FlAsH n{\"o}tige Tetracysteinsequenz wurde in verschiedenen Bereichen der dritten intrazellul{\"a}ren Rezeptorschleife (IL) eingebracht. Die auf diese Weise erstellten Re-zeptorsensoren trugen das Tetracysteinmotiv in der N terminalen (M2i3-N) bzw. in der C terminalen Region (M2i3-C) von IL 3. Die Charakterisierung der Rezeptorsensoren bez{\"u}glich Ligandenbindung, Gi-Protein Aktivierung und β-Arrestin2 Translokation ergab keine signifikanten Unterschiede zwischen M2i3-N, M2i3 C und M2CFP oder Wildtyp M2 AChR. Zun{\"a}chst wurden sowohl unterschiedliche orthosterische, als auch allosterische Liganden hinsichtlich ihrer mittleren effektiven Konzentration und ihrer maximalen Wirkst{\"a}rke an den Rezeptorsensoren untersucht. Mit Hilfe von FRET-Messungen konnte ein superago-nistisches Verhalten des orthosterischen Testliganden Iperoxo gezeigt werden. Die Eigenschaften der allosterischen Substanzen wurden durch Messung der Rezeptordeakti-vierungskinetik und des maximalen Hemmeffekts auf einen vorstimulierten Rezeptor charakterisiert. Alle allosterischen Liganden deaktivierten den vorstimulierten M2 AChR mit einer schnelleren Kinetik als Atropin. Die EC50-Werte der unterschiedlichen Substanzen waren unabh{\"a}ngig von der Markierungsposition im verwendeten Rezeptorsensor vergleich-bar. Ausnahmen bildeten die allosterischen Liganden JK 289, JK 338, ½ W84 und EHW 477, die liganden- und sensorabh{\"a}ngig unterschiedliche mittlere effektive Konzentrationen aufwie-sen. Bei der Untersuchung der Konformations{\"a}nderung des M2 AChR konnte kein liganden-selektiver Unterschied zwischen den FRET-Signalen f{\"u}r 19 getestete orthosterische Liganden beobachtet werden. Dies deutet darauf hin, dass alle orthosterischen Testliganden eine dem Acetylcholin (ACh) vergleichbare {\"A}nderung der M2 AChR Konformation induzier-ten. Um zu untersuchen, ob f{\"u}r die orthosterischen Testliganden eine Korrelation zwischen ihrer maximalen Wirkst{\"a}rke hinsichtlich Rezeptoraktivierung in FRET-Experimenten und der Aktivierung nachgeschalteter Signalwege besteht, wurde die orthosterisch-vermittelte Translokation von β-Arrestin2 mit Hilfe der Konfokalmikroskopie bestimmt. Bis auf 5-Methyl-furmethiodid translozierten alle orthosterischen Liganden β-Arrestin2 in einem Ausmaß, das mit der maximalen Rezeptoraktivierung vergleichbar war. Dagegen rief 5 Methylfurmethiodid verglichen mit dem endogenen Liganden ACh zwar eine ca. halbmaximale Rezeptorakti-vierung, aber nur eine {\"a}ußerst geringe β-Arrestin2 Translokation hervor. Im zweiten Teil der Arbeit wurde der Einfluss verschiedener Allostere auf eine ligandenselektive Konformations{\"a}nderung des M2 AChR untersucht. Die allosterischen Liganden JK 337 und Seminaph beeinflussten den M2i3-C Sensor signifikant st{\"a}rker, als das M2i3-N Konstrukt. Dagegen zeigte EHW 477 eine st{\"a}rkere Beeinflussung der Rezeptorkon-formation des M2i3-N-, als des M2i3-C Sensors. Dies erlaubt die Vermutung, dass JK 337 und Seminaph eine st{\"a}rkere Bewegung unterhalb von Transmembrandom{\"a}ne (TM) 6, als unterhalb von TM 5 hervorriefen. Die Ergebnisse f{\"u}r EHW 477 legen nahe, dass TM 5 eine gr{\"o}ßere Bewegung eingeht, als TM 6. FRET-basierte Untersuchungen der Einfl{\"u}sse der allosterischen Testliganden auf nachgeschaltete Signalwege ergaben, dass sowohl die Akti-vierung des Gi Proteins, als auch die β-Arrestin2 Translokation selektiv durch einzelne allosterische Liganden beeinflusst werden. Auch ein Zusammenhang zwischen Rezeptor-aktivierung und der Regulation nachgeschalteter Signalwege war erkennbar. Allerdings waren auf Grund der Versuchsbedingungen keine quantitativen Aussagen m{\"o}glich. Im Folgenden wurden die bitopischen Liganden Hybrid 1 und 2 (H 1, H 2) hinsichtlich ihres Effekts auf die Konformations{\"a}nderung des M2 AChR untersucht. W{\"a}hrend eine Stimulation mit H 1 vergleichbare FRET-Signale an beiden Sensoren ergab, konnte mit H 2 weder am M2i3-N-, noch an M2i3-C Sensor eine FRET-{\"A}nderung detektiert werden. Um den mangeln-den Effekt der Hybridsubstanzen in FRET-mikroskopischen Untersuchungen aufzukl{\"a}ren, wurden verschiedene Ans{\"a}tze gew{\"a}hlt: Mit kettenverl{\"a}ngerten Derivaten der Hybridsubstanzen konnte in FRET-Messungen eine {\"A}nderung des FRET-Signals detektiert werden. Die Entfernung des allosterischen Bausteins f{\"u}hrte in FRET-Experimenten zu einer verglichen mit dem endogenen Liganden ACh etwa halbmaximalen Aktivierung beider Sensoren. Dagegen resultierte die Mutation der alloste-rischen Bindestelle in nachfolgenden FRET-Untersuchungen mit H 1 und H 2 in keiner Signal{\"a}nderung des FRET-Ratio. Diese Beobachtungen f{\"u}hrten zu der Annahme, dass die Linkerkette, die orthosterischen und allosterischen Baustein der Hybride miteinander verbindet, zu kurz war um eine gleichzeitige Bindung an die allosterische und orthosterische Bindestelle zu erm{\"o}glichen. Ein anderer Erkl{\"a}rungsansatz besteht darin, dass nach Bindung des Orthosters der Kanal zwischen orthosterischer und allosterischer Bindestelle durch die Konformations{\"a}nderung des Rezeptors verschlossen wird, weshalb keine dauerhafte, dualsterische Bindung der Hybridsubstanzen an den M2 AChR m{\"o}glich ist. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit ist es gelungen mittels FRET-Experimenten die Existenz einer ligandenselektiven Rezeptorkonformation des M2 AChR mit allosterischen Liganden nachzuweisen. Dar{\"u}ber hinaus konnte auch ein Bezug zum Auftreten einer funktionellen Selektivit{\"a}t mit allosterischen Liganden hergestellt werden. Die Untersuchung von 19 orthosterischen Liganden hinsichtlich ihres Einflusses auf die Rezeptorkonformation des M2 AChR ergab keinen Hinweis auf eine ligandenselektive Konformations{\"a}nderung. Die Betrachtung der orthosterisch-vermittelten Translokation von β-Arrestin2 zeigte, dass zwischen der Effizienz der orthosterischen Testliganden, den M2 AChR zu aktivieren und dem Ausmaß, in dem sie eine β Arrestin2 Translokation induzierten eine direkte Korrelation besteht. Lediglich 5-Methylfurmethiodid rief eine ungleich geringere β-Arrestin2 Translokation hervor, verglichen mit dem Ausmaß an Rezeptoraktivierung. Diese Beobachtung deutet auf die Existenz eines signaling-bias f{\"u}r diesen Liganden hin. Die Untersuchung der dualsterischen Liganden H 1 und 2 bez{\"u}glich ihrer F{\"a}higkeit zur Rezeptoraktivierung ergab, dass erst durch eine Verl{\"a}ngerung der Linkerkette, durch die orthosterischer und alloste-rischer Baustein miteinander verbunden sind eine Konformations{\"a}nderung des M2 AChR hin zu einer aktiven Konformation erreicht werden kann. Es kann somit angenommen werden, dass in den urspr{\"u}nglichen Hybridsubstanzen H 1 und H 2 eine zu kurze Linkerkette, durch die keine dualsterische Bindung der Hybride an die allosterische und orthosterische Bindestelle m{\"o}glich ist, urs{\"a}chlich f{\"u}r die mangelnde Rezeptoraktivierung des M2 AChR war.},
  subject      = {Muscarinrezeptor},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Kloeckner2013,
  author    = {Kl{\"o}ckner, Jessica Vanessa},
  title     = {Design Subtyp-selektiver Agonisten und Antagonisten muskarinischer Rezeptoren},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-77403},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {Die Subtypselektivit{\"a}t von Liganden f{\"u}r einzelne Rezeptoren, deren Aktivierung und die anschließende Signalweiterleitung sind bis heute weitestgehend ungekl{\"a}rt. Die hier synthetisierten Liganden-Gruppen sollen helfen, die verschiedenen Prozesse am muskarinischen Rezeptor und seinen Subtypen zu verstehen. Die Einzelprojekte werden im Folgenden vorgestellt. 1) Um mittels FRET-Mikroskopie den Einfluss von allosteren Modulatoren, die sich von W84 bzw. Naphmethonium ableiten, in Bezug auf die Konformations{\"a}nderung aktivierter Rezeptoren untersuchen zu k{\"o}nnen, wurden die bekannten allosteren Bausteine sowie eine Reihe neuer Derivate synthetisiert. Alle untersuchten Substanzen zeigten einen hemmenden Effekt auf die mit dem Agonisten Iper-oxo vorstimulierten Rezeptoren. Das heißt, die Verbindungen ließen sich als negative allostere Modulatoren charakterisieren. 2) Da Iperoxo aufgrund seiner großen agonistischen Aktivit{\"a}t ein interessantes Werkzeug f{\"u}r die Grundlagenforschung darstellt, war es von großer Bedeutung, eine schnelle und reproduzierbare Synthese zu gew{\"a}hrleisten. Ausgehend von Propargylalkohol wurde in einer Mannich-Reaktion 4-Dimethylamino-but-2-en-1-ol gebildet, was mit dem zuvor hergestellten 3-Nitro-Δ2-isoxazolin zur Iperoxo-Base umgesetzt wurde. Neben einer deutlichen Ausbeutesteigerung ist nun die Reproduzierbarkeit im Gegensatz zu der von Dallanoce et al. publizierten Synthese gew{\"a}hrleistet. 3) Um den Einfluss der Kettenl{\"a}nge der Hybride Iper-6-Phth und Iper-6-Naph auf die agonistische Aktivit{\"a}t und Subtypselektivit{\"a}t der Substanzen untersuchen zu k{\"o}nnen, wurde versucht, Hybride verschiedener Kettenl{\"a}ngen herzustellen. Dabei konnte Iper-4-Phth erhalten werden. 4) Weiterhin sollte der Einfluss der Alkylkette am Stickstoff-Atom auf die Wirksamkeit in Bezug auf Affinit{\"a}t und Zellantwort des Iperoxo-Molek{\"u}ls ohne allosteren Modulator analysiert werden. Hierzu wurden die N-alkylierten Iperoxo-Derivate mit den Kettenl{\"a}ngen C2 bis C10 synthetisiert.. Mithilfe von Radioligand-Bindungsstudien und der dynamischen Massenumverteilung sollte die konformative {\"A}nderung des Rezeptors durch Aktivierung und die Signalweiterleitung untersucht werden. Durch Verl{\"a}ngerung der N-Alkylkette zeigte sich ein Wirksamkeitsverlust, d. h. die Dosis-Wirkungs-Kurven der prozentualen Zellantwort wurden im Vergleich zu denen des Iperoxos nach rechts verschoben. In Untersuchungen an der Rezeptor-Mutante CHO-hM2-Y1043.33A zeigte sich zudem, dass f{\"u}r den maximalen Effekt eine deutlich h{\"o}here Konzentration der Iperoxo-Derivate ben{\"o}tigt wird, wobei dieser Wirksamkeitsverlust im Vergleich zum Rezeptor-Wildtyp f{\"u}r Iperoxo selbst am st{\"a}rksten ausgepr{\"a}gt ist. Allerdings weisen Iperoxo und seine N-alkylierten Derivate an dieser Mutante eine h{\"o}here intrinsische Aktivit{\"a}t auf als die Kontrollverbindungen Oxotremorin M, C1-IP-C1 und Acetylcholin. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass Iperoxo ebenso wie Oxotremorin, Acetylcholin, aber auch die kurzkettigen Iperoxo-Derivate neben dem Gi-Signalweg auch den Gs-Weg aktivieren k{\"o}nnen, wohingegen die langkettigen Derivate eine Gi-Signalwegs-Selektivit{\"a}t aufweisen. 5) In Analogie zu den N-alkylierten-Iperoxo-Derivaten sollten Untersuchungen mit den Antagonisten N-Alkyl-Atropin und -Scopolamin durchgef{\"u}hrt werden. In beiden F{\"a}llen zeigte das N-Methyl-Derivat eine h{\"o}here Affinit{\"a}t zum Rezeptor als der jeweilige Antagonist selbst, was auf die durch Alkylierung generierte positive Ladung zur{\"u}ckzuf{\"u}hren ist. Durch Verl{\"a}ngerung der Alkylketten ist jeweils eine Abnahme der Affinit{\"a}t zu beobachten. Die Affinit{\"a}t findet ebenfalls in beiden F{\"a}llen mit dem Butyl-Derivat ihr Minimum. Der anf{\"a}ngliche Affinit{\"a}tsverlust l{\"a}sst sich durch die zunehmende sterische Hinderung des Molek{\"u}ls erkl{\"a}ren, der sp{\"a}tere Anstieg bei einer Alkylkette l{\"a}nger als C4 deutet auf eine Wechselwirkung dieser langen Alkylkette mit einer weiteren (allosteren) Bindungsstelle hin. 6) Ausgehend von Iperoxo sollten dualstere Liganden entwickelt werden, die durch geeignete allostere Modulatoren selektiv nur einen Rezeptor-Subtyp adressieren und diesen durch Iperoxo aktivieren sollten. Als allostere Bausteine sollten die M4-selektiven Thienopyridine und die M1-selektiven Chinolone verwendet werden. 7) Zur Fluoreszenzmarkierung sollte Iperoxo-Base zudem mit dem Farbstoff Py-1 umgesetzt werden.},
  subject      = {Muscarinrezeptor},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Messerer2017,
  author    = {Messerer, Regina},
  title     = {Synthesis of Dualsteric Ligands for Muscarinic Acetylcholine Receptors and Cholinesterase Inhibitors},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-149007},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2017},
  abstract  = {The study is dealing with the synthesis and pharmacological investigation of newly designed dualsteric ligands of muscarinic acetylcholine receptors belonging to the superfamily of G protein-coupled receptors. Such bipharmacophoric ligands combine the advantages of the orthosteric binding site (high-affinity) and of the topographically distinct allosteric binding site (subtype-selectivity) resulting in compounds with reduced side effects. This opens the way to a new therapeutic approach in the treatment of e.g. chronic pain, drug withdrawal, Parkinson`s and Alzheimer`s disease. Furthermore, the newly synthesized dualsteric compounds were pharmacologically investigated in order to get a better understanding of the activation and signaling processes in muscarinic acetylcholine receptors, especially with regard to partial agonism. The development of the "dynamic ligand binding" concept offers new perspectives for ligand binding and signaling at G protein-coupled receptors. GPCRs are no longer considered as simple on/off switches. Dualsteric ligands can bind in a dualsteric pose, reflecting an active receptor state as well as in a purely allosteric binding pose, characterized by an inactive receptor state resulting in partial agonism. The degree of partial agonism depends on the ratio of active versus inactive receptor populations. On this basis, orthosteric/orthosteric hybrid ligands consisting of the antagonist atropine and scopolamine, respectively, as well as of the agonist iperoxo and isoxazole, respectively, linked via different alkyl chain length were synthesized in order to investigate partial agonism (Figure 1). Figure 1: Structures of the synthesized iperoxo/isoxazole-atropine/scopolamine-hybrids. Furthermore, different sets of quaternary and tertiary homodimers consisting either of two iperoxo or two acetylcholine units were synthesized in order to study their extent on partial agonism (Figure 2). The two agonists were connected by varying alkyl chain length. Binding studies on CHO-hM2 cells of the quaternary compounds revealed that dimerization of the agonist results in a loss of potency. The iperoxo-dimers reached higher maximum effects on the Gi- as well as on the Gs pathway in comparison to the acetylcholine-dimers. Besides the choice of the orthosteric building block (potency of the agonist), the alkyl chain length is also crucial for the degree of partial agonism. Figure 2: Structures of the synthesized quat./tert. iperoxo/acetylcholine-homodimers. Quinolone-based hybrids connected to the superagonist iperoxo and to the endogenous ligand acetylcholine, respectively, linked through an alkyl chain of different length were synthesized in order to develop further partial agonists (Figure 3). FRET studies confirmed M1 subtype-selectivity as well as linker dependent receptor response. The greatest positive FRET signal was observed with quinolone-C6-iper resulting from a positive cooperativity between the two separated moieties, alloster and orthoster. However, the corresponding hybrids with a longer linker led to an inverse FRET signal indicating a different binding mode, e.g. purely allosteric, in contrast to the shorter linked hybrids. Furthermore, the flexible alkyl spacer was replaced by a rigidified linker resulting in the hybrid quinolone-rigid-iperoxo (Figure 3). FRET studies on the M1 receptor showed reduced FRET kinetics, resulting from interactions between the bulky linker and the aromatic lid, located between the orthosteric and allosteric binding site. A bitopic binding mode of the rigidified hybrid is presumed. For further clarity, mutational studies are necessary. Figure 3: M1-selective hybrid compounds. Another aim of this work was the design and synthesis of new hybrid compounds, acting as agonists at the M1 and M2 receptor and as inhibitors for AChE and BChE in the context of M. Alzheimer. Several sets of hybrid compounds consisting of different pharmacophoric units (catalytic active site: phthalimide, naphthalimide, tacrine; peripheric anionic site: iperoxo, isoxazole) linked through a polymethylene chain of varying length were synthesized. Tac-C10-iper (Figure 4), consisting of tacrine and the superagonist iperoxo linked by a C10 polymethylene spacer, was found to have excellent anticholinesterase activity for both AChE (pIC50 = 9.81) and BChE (pIC50 = 8.75). Docking experiments provided a structural model to rationalize the inhibitory power towards AChE. Additionally, the tacrine related hybrids showed affinity to the M1 and M2 receptor. Such compounds, addressing more than one molecular target are favorable for multifactorial diseases such as Alzheimer. Figure 4: Structure of the most active compound regarding anticholinesterase activity. In summary, the choice of the pharmacophoric units, their connecting point as well as the nature, length, and flexibility of the linker play an important role for the activity of designed bivalent ligands. A shorter linker length cannot bridge both binding sites simultaneously in contrast to longer linker chains. On the other hand, too long linker chains can result in unwanted steric interactions. Further investigations with respect to structural variations of hybrid compounds, with or without quaternary ammonium groups, are necessary in the light of drug development.},
  subject      = {Cholinesteraseinhibitor},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Kauk2018,
  author    = {Kauk, Michael},
  title     = {Investigating the Molecular Mechanism of Receptor Activation at Muscarinic Receptors by Means of Pathway-Specific Dualsteric Ligands and Partial Agonists},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-173729},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {G protein-coupled receptors (GPCRs) form the biggest receptor family that is encoded in the human genome and represent the most druggable target structure for modern therapeutics respectively future drug development. Belonging to aminergic class A GPCRs muscarinic Acetylcholine receptors (mAChRs) are already now of clinical relevance and are also seen as promising future drug targets for treating neurodegenerative diseases like Alzheimer or Parkinson. The mAChR family consist of five subtypes showing high sequence identity for the endogenous ligand binding region and thus it is challenging until now to selectively activate a single receptor subtype. A well accepted method to study ligand binding, dynamic receptor activation and downstream signaling is the fluorescence resonance energy transfer (FRET) application. Here, there relative distance between two fluorophores in close proximity (<10 nm) can be monitored in a dynamic manner. The perquisite for that is the spectral overlap of the emission spectrum of the first fluorophore with the excitation spectrum of the second fluorophore. By inserting two fluorophores into the molecular receptor structure receptor FRET sensors can serve as a powerful tool to study dynamic receptor pharmacology. Dualsteric Ligands consist of two different pharmacophoric entities and are regarded as a promising ligand design for future drug development. The orthosteric part interacts with high affinity with the endogenous ligand binding region whereas the allosteric part binds to a different receptor region mostly located in the extracellular vestibule. Both moieties are covalently linked. Dualsteric ligands exhibit a dynamic ligand binding. The dualsteric binding position is characterized by a simultaneous binding of the orthosteric and allosteric moiety to the receptor and thus by receptor activation. In the purely allosteric binding position no receptor activation can be monitored. In the present work the first receptor FRET sensor for the muscarinic subtype 1 (M1) was generated and characterized. The M1-I3N-CFP sensor showed an unaltered physiological behavior as well as ligand and concentration dependent responses. The sensor was used to characterize different sets of dualsteric ligands concerning their pharmacological properties like receptor activation. It was shown that the hybrids consisting of the synthetic full agonist iperoxo and the positive allosteric modulator of BQCA type is very promising. Furthermore, it was shown for orthosteric as well as dualsteric ligands that the degree of receptor activation is highly dependent on the length of and the chemical properties of the linker moiety. For dualsteric ligands a bell-shaped activation characteristic was reported for the first time, suggesting that there is an optimal linker length for dualsteric ligands. The gained knowledge about hybrid design was then used to generate and characterize the first photo-switchable dualsteric ligand. The resulting hybrids were characterized with the M1-I3N-CFP sensor and were described as photo-inactivatable and dimmable. In addition to the ligand characterization the ligand application methodology was further developed and improved. Thus, a fragment-based screening approach for dualsteric ligands was reported in this study for the first time. With this approach it is possible to investigate dualsteric ligands in greater detail by applying either single ligand fragments alone or in a mixture of building blocks. These studies revealed the insights that the effect of dualsteric ligands on a GPCR can be rebuild by applying the single building blocks simultaneously. The fragment-based screening provides high potential for the molecular understanding of dualsteric ligands and for future screening approaches. Next, a further development of the standard procedure for measuring FRET by sensitized emission was performed. Under normal conditions single cell FRET is measured on glass coverslips. After coating the coverslips surface with a 20 nm thick gold layer an increased FRET efficiency up to 60 \% could be reported. This finding was validated in different approaches und in different configurations. This FRET enhancement by plasmonic surfaces was until yet unreported in the literature for physiological systems and make FRET for future projects even more powerful.},
  subject      = {G-Protein gekoppelte Rezeptoren},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Schramm2018,
  author    = {Schramm, Simon},
  title     = {Synthesis of Dualsteric Muscarinic M\(_1\) Acetylcholine Receptor Ligands and Neuroprotective Esters of Silibinin},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-173592},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {Alzheimer's disease is a complex network of several pathological hallmarks. These characteristics always occur concomitantly and cannot be taken as distinct features of the disease. While there are hypotheses trying to explain the origin and progression of the illness, none of them is able to pinpoint a definitive cause. This fact challenges researchers not to focus on one individual hallmark but, bearing in mind the big picture, target two or more indications at once. This work, therefore, addresses two of the major characteristics of AD: the cholinergic hypothesis and neurotoxic oxidative stress. The former was achieved by targeting the postsynaptic muscarinic M1 acetylcholine receptor to further investigate its pharmacology, and the latter with the synthesis of neuroprotective natural antioxidant hybrids. The first aim was the design and synthesis of dualsteric agonists of the muscarinic M1 acetylcholine receptor. Activation of this receptor was previously shown to improve AD pathologies like the formation of Aβ and NFTs and protect against oxidative stress and caspase activation. Selectively targeting the M1 receptor is difficult as subtypes M1 - M5 of the muscarinic AChRs largely share the same orthosteric binding pocket. Orthosteric ligands are thus unsuitable for selective activation of one specific subtype. Secondary, allosteric binding sites are more diverse between subtypes. Allosteric ligands are, however, in most cases dependent on an orthosteric ligand to cause downstream signals. Dualsteric ligands thus utilize the characteristics of both orthosteric and allosteric ligands in form of a message-address concept. Bridged by an alkylene-linker, the allosteric part ensures selectivity, whereas the orthosteric moiety initiates receptor activation. Two sets of compounds were synthesised in this sense. In both cases, the orthosteric ligand carbachol is connected to an allosteric ligand via linkers of different chain length. The first set utilizes the selective allosteric M1 agonist TBPB, the second set employs the selective M1 positive allosteric modulator BQCA. Six compounds were obtained in twelve-step syntheses each. For each one, a reference compound lacking the carbachol moiety was synthesised. The dualsteric ligands 1a-c and 2a c were tested in the IP1 assay. The assay revealed that the TBPB-dualsterics 1 are not able to activate the receptor, whereas the respective TBPB-alkyl reference compounds 27 gave signals depending on the length of the alkylene-linker, suggesting allosteric partial agonism of alkyl compounds 27 and no dualsteric binding of the putatively dualsteric compounds 1. The dualsteric BQCA molecules 2, however, activated the receptor as expected. Efficacy of the C5 linked compound 2b was the highest, yet C3 and C8 compounds (2a and 2c) also showed partial agonism. In this case, the reference compounds 31 showed no receptor activation, implying the intended dualsteric binding mode of the BQCA-carbachol compounds 2. Further investigations will be conducted by the working group of Dr. Christian Tr{\"a}nkle at the Department of Pharmacology at the University of Bonn to confirm binding modes and determine affinities as well as selectivity of the synthesised dualsteric compounds. The second project dealt with the design, synthesis and biological evaluation of neuroprotective esters of the flavonolignan silibinin. While silibinin is already a potent antioxidant, it has been observed that the 7-OH group has a pro-oxidative character, making this position attractive for functionalisation. In order to obtain more potent antioxidants, the pro-oxidative position was esterified with other antioxidant moieties like ferulic acid 35 and derivatives thereof. Seventeen esters of silibinin 32, including pure diastereomers of 7 O feruloylsilibinin (43a and 43b) and a cinnamic acid ester of 2,3-dehydrosilibinin 46, were synthesised by regioselective esterification using acyl chlorides under basic conditions. The physicochemical antioxidant properties were assessed in the FRAP assay. This assay revealed no improvement of the antioxidant properties except for 7-O-dihydrosinapinoylsilibinin 39b. These results, however, do not correlate with the neuroprotective properties determined in the HT-22 hippocampal neuronal cell model. The assay showed overadditive neuroprotective effects of the esters exceeding those of its components and equimolar mixtures with the most potent compounds being 7-O-cinnamoylsilibinin 37a, 7-O-feruloylsilibinin 38a and the acetonide-protected caffeic acid ester 40a. These potent Michael system bearing compounds may be considered as "PAINS", but the assays used to assess antioxidant and neuroprotective activities were carefully chosen to avoid false positive readouts. The most potent compounds 37a and 38a, as well as the diastereomers 43a and 43b, were further studied in assays related to AD. In vitro ischemia, inhibition of microglial activation, PC12 cell differentiation and inhibition of Aβ42 and τ protein aggregation assays showed similar results in terms of overadditive effects of the synthesised esters. Moreover, the diastereomers 43a and 43b showed differences in their activities against oxytosis (glutamate-induced apoptosis), inhibition of Aβ42 and τ protein aggregation, and PC12 cell differentiation. The stereospecific effect or mode of action against Aβ42 and τ protein aggregation is more pronounced than that of silybin A (32a) and silybin B (32b) reported in literature and needs to be elucidated in future work. Stability measurements in cell culture medium revealed that the esters do not only get hydrolysed but are partially oxidised to their respective 2,3-dehydrosilibinin esters. Because dehydrosilibinin 45 itself is described as a more potent antioxidant than silibinin 32, 7 O cinnamoyl-2,3-dehydrosilibinin 46 was expected to be even more potent than its un-oxidised counterpart 37a in terms of neuroprotection. The oxytosis assay, however, showed that the neurotoxicity of 46 is much more pronounced, especially at higher concentrations, reducing its neuroprotective potential. Dehydrosilibinin esters are therefore inferior to the silibinin esters for application as neuroprotectants, because of the difficulty of their synthesis and their increased neurotoxicity. A synergistic effect of both species (silibinin and the oxidised form) might, however, be possible or even necessary for the pronounced neuroprotective effects of silibinin esters. As the dehydro-species show distinct neuroprotective properties at low concentrations, their continuous formation over time might make an essential contribution to the overall neuroprotection of the synthesised esters. Due to solubility issues for some of the ester compounds, 7-O-cinnamoylsilibinin 37a was converted into a highly soluble hemisuccinate. The vastly improved solubility of 7 O cinnamoyl-23-O-succinylsilibinin 48 was confirmed in shake-flask experiments. Contrary to expectation, stability examinations showed that the succinyl compound 48 is not cleaved to form 7-O-cinnamoylsilibinin 37a. Neuroprotection assays confirmed that 48 is not a prodrug of the corresponding ester. It was determined that the main site of hydrolysis is the 7-position, cleaving 37 to silibinin 32 and cinnamic acid thus reducing the compound's neuroprotective effects. Nevertheless, the compound still showed neuroprotection at a concentration of 25 µM. The improved solubility might be more beneficial than the higher neuroprotection of the poorly soluble parent compound 37a in vivo. 7 O Cinnamoylsilibinin 37a was further investigated to reduce Aβ25 35 induced learning impairment in mice. While tendencies of improved short-term and long-term memory in the animals were observed, the effects are not yet statistically significant in both Y-maze and passive avoidance tests. A greater number of test subjects is necessary to ensure correctness of the preliminary results presented in this work. However, an effect of ester 37a is observable in vivo, showing blood-brain barrier penetration. The esters synthesised are a novel approach for the treatment of AD as they show strong neuroprotective effects and their hydrolysis products or metabolites are only non-toxic natural products.},
  subject      = {Organische Synthese},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Riad2019,
  author    = {Riad, Noura},
  title     = {The Development of Dualsteric Ligands for the Elucidation of Mode of Activation of Muscarinic Receptors and their Selective Signaling},
  doi       = {10.25972/OPUS-17928},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-179282},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {GPCRs, particularly muscarinic receptors (mAChRs), are significant therapeutic targets in many physiological conditions. The significance of dualsteric hybrids selectively targeting mAChR subtypes is their great advantage in avoiding undesired side effects. This is attained by exploitation of the high affinity of ligand-binding to the orthosteric site and the structural diversity of the allosteric site to target an individual mAChR subtype, as well as offering signal bias to avoiding undesired transduction pathways. Furthermore, dualsteric targeting of mAChR subtypes helps in the elucidation of the physiological role of each individual mAChR subtype. The first project was the attempt of synthesis of the M2-preferring ligand AFDX-384. AFDX-384 is known to preferentially bind to the M2 receptor subtype as an orthosteric antagonist, with partial interaction with residues in the allosteric site. This project aimed to re-trace the synthesis route of AFDX-384, to open the door to its upscaling and the future synthesis of AFDX-type dualsteric ligands. The multi-step synthesis of AFDX-384 is achieved through the synthesis of its 2 precursors, the chloro acyl derivative VIII and the piperidinyl derivative IV. Upscaled synthesis of the piperidinyl derivative IV was attained. Synthesis of the chloro acyl compound VIII was attempted. Several trials to synthesize the benzopyridodiazepine nucleus as well as its chloro-acylation resulted in the production of the novel crystal structures V and VI. X-ray crystallography was also done for crystallized molecules of the closed-ring benzopyridodiazepine VII that was previously synthesized. Chloro-acylation reactions of compound VII using phosgene seem to be attainable when done using reflux overnight. However, the use of methanol to aid in elution during silica gel column chromatography converted the expected product to the carbamate analogue IX. Hence, further attempts in purification should refrain from the use of methanol. The use of triphosgene instead of phosgene demonstrates a cleaner route for further upscaled synthesis. The second project was the synthesis of dualsteric ligands involving variable orthosteric and allosteric moieties. Four different types of hybrids have been created over multiple steps. Dualsteric ligands have been synthesized using either a phthalimido- or 1,8-naphthalimidopropylamino moiety as the allosteric-binding group, coupled to either N-desmethyl pirenzepine or N-desmethyl clozapine using variable chain lengths. Furthermore, the synthesis of the dualsteric ligands involving N-desmethyl clozapine linked to either the super-agonist iperoxo or acetylcholine, and being connected using variable alkane chain lengths. Several reaction conditions have been investigated throughout the analysis of the optimal condition to conduct the critical final step of synthesis of these dualsteric hybrids, which involves the linking of the two segments of the hybrid together. The optimal method, which produced the least side products and highest yield, was to connect the two intermediates of the compound in absence of base, catalyst or microwaves while stirring at 35 °C for several days using acetonitrile as solvent (silica gel TLC monitoring, 0.2 M aqueous KNO3/MeOH 2:3). The ideal purification methods for the final compounds were found to be either crystallization from the reaction medium or using C18 reverse phase silica gel flash chromatography (using H2O/MeOH solvent system). All the hybrids will be subjected to pharmacological testing using the appropriate FRET assays.},
  subject      = {Muscarinrezeptor},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Agnetta2019,
  author    = {Agnetta, Luca},
  title     = {Novel Photoswitchable and Dualsteric Ligands Acting on Muscarinic Acetylcholine Receptors for Receptor Function Investigation},
  doi       = {10.25972/OPUS-18717},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-187170},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {G protein-coupled receptor research looks out for new technologies to elucidate the complex processes of receptor activation, function and downstream signaling with spatiotemporal resolution, preferably in living cells and organisms. A thriving approach consists in making use of the unsurpassed properties of light, including its high precision in space and time, noninvasiveness and high degree of orthogonality regarding biological processes. This is realized by the incorporation of molecular photoswitches, which are able to effectively respond to light, such as azobenzene, into the structure of a ligand of a given receptor. The muscarinic acetylcholine receptors belong to class A GPCRs and have received special attention in this regard due to their role as a prototypic pharmacological system and their therapeutic potential. They mediate the excitatory and inhibitory effects of the neurotransmitter acetylcholine and thus regulate diverse important biological processes, especially many neurological functions in our brain. In this work, the application of photopharmacological tool compounds to muscarinic receptors is presented, consisting of pharmacophores extended with azobenzene as light-responsive motif. Making use of the dualsteric concept, such photochromic ligands can be designed to bind concomitantly to the orthosteric and allosteric binding site of the receptor, which is demonstrated for BQCAAI (M1) and PAI (M2) and may lead to subtype- and functionalselective photoswitchable ligands, suitable for further ex vivo and in vivo studies. Moreover, photoswitchable ligands based on the synthetic agonist iperoxo were investigated extensively with regard to their photochemical behavior and pharmacological profile, outlining the advantages and challenges of using red-shifted molecular photoswitches, such as tetraortho- fluoro azobenzene. For the first time on a GPCR it was examined, which impact the different substitution pattern has on both the binding and the activity on the M1 receptor. Results show that substituted azobenzenes in photopharmacological compounds (F4-photoiperoxo and F4-iper-azo-iper) not just represent analogs with other photophysical properties but can exhibit a considerably different biological profile that has to be investigated carefully. The achievements gained in this study can give important new insights into the binding mode and time course of activation processes, enabling precise spatial and temporal resolution of the complex signaling pathway of muscarinic receptors. Due to their role as exemplary model system, these findings may be useful for the investigation into other therapeutically relevant GPCRs.},
  subject      = {Muscarinrezeptor},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Volpato2021,
  author    = {Volpato, Daniela},
  title     = {Bitopic Ligands and their molecular fragments for the study of the M1 Muscarinic Receptor},
  doi       = {10.25972/OPUS-24881},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-248815},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {The past decades have witnessed the development of new pharmaceutical compounds that modulate receptor function by targeting allosteric sites. Allosteric sites are, by definition, domains topographically distinct from the orthosteric binding pocket where the natural ligand binds. Exploring the possibilities of linking orthosteric and allosteric pharmacophores in one compound to yield 'bitopic' compounds is a strategy derived from the "message-address" concept by Schwyzer , first applied to GPCRs by Portoghese et al. This concept explicitly underlines the orthosteric/allosteric combination, in opposite to the more general umbrella term bivalent. The broad possibilities of bitopic ligands in the pharmaceutical field are under continuous study. Bitopic compounds are promising pharmaceutical tools for taking advantage of the allosteric binding to achieve subtype selectivity while preserving high affinity at the receptor. The development of bitopic ligands, based on the idea of combining high affinity (via orthosteric sites) with high selectivity (via allosteric sites), have led to the development of highly selective bivalent ligands for GPCRs , such as for the opioid receptors , muscarinic acetylcholine receptors (mAChRs), serotonin receptors, cannabinoid receptors, and gonadotropin-releasing hormone receptors. This concept has even been extended to other receptors, for examples nicotinic receptors and other proteins, such as acetylcholinesterases and the tyrosine kinase receptors TrkA and TrkC. The reasons to pursue a bitopic ligand approach are various. An improved affinity for the target GPCR and/or an improved selectivity either at the level of receptor subtype, or at the level of signaling pathway. Another advantage of bitopic ligands over purely allosteric ligands is that the former rely on the appropriate presence of endogenous agonist tone to mediate their effects, whereas a bitopic ligand would engage the orthosteric site irrespective of the presence or absence of endogenous tone. By way of introduction to the hybrid approach, a review of the concept of hybrids compounds targeting the cholinergic system is presented in section A of this thesis. Recent updates in hybrid molecule design as a strategy for selectively addressing multiple target proteins involved in Alzheimer's disease (AD) is here reported . This represents the potential and the growing interest in hybrid compound as pharmacological tools to achieve receptor subtype selectivity and/or, to study the overall functional activity of the receptor. Until now, muscarinic acetylcholine receptors (mAChRs) have proved to be a particularly fruitful receptor model for the development and characterization of bitopic ligands. In this thesis, several examples of new muscarinic bitopic approach are reported in the results section. A study of bipharmacophoric ligands composed of the muscarinic positive allosteric modulators (BQCAderived compounds) linked with chain of various lengths to different orthosteric building blocks is reported in the result part 1. Synthesis and examination of the potential pharmacological characteristic of Oxotremorine-BQCAd compounds and Xanomeline-BQCAd hybrid derivatives are described in results parts 2 and 4, respectively. Moreover, the bitopic concept has even been extended to other proteins, such as acetylcholinesterase. In the result part 5 an overview of the new Tacrine-Xanomeline hybrids aiming to improve the inhibitory potency of the acetylcholinesterase and simultaneously to increase the cholinergic tone, via the xanomelinic portion acting on the M1 receptor is given. A new trivalent approach is presented for the first time to deepen the study of the M1 muscarinic receptor in the result part 6. Moreover, the synthesis of a new series of iperoxo-derived alkane, bis(ammonio)alkane-type and rigidified chain ligands is given in the result part 7 together with some prospects for further research.},
  subject      = {Ligand <Biochemie>},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Geyer2023,
  author    = {Geyer, Florian},
  title     = {Targeting of M\(_2\) and M\(_4\) Muscarinic Receptor Subtypes with New Dualsteric Ligands},
  doi       = {10.25972/OPUS-27150},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-271506},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {As part of the parasympathetic nervous system, muscarinic receptors are involved in the regulation of numerous functions in the human body. However, targeting a specific subtype of muscarinic receptors is challenging due to the high degree of similarity within the binding site of the endogenous neurotransmitter acetylcholine. Therefore, this study focused on the investigation of dualsteric ligands. Such hybrid ligands target the orthosteric acetylcholine binding site and, simultaneously, a distinct allosteric binding site. Since allosteric binding regions show significant structural differences throughout muscarinic receptor subtypes, it was aimed to produce selective ligands by means of combination of two pharmacophores in one molecule. Herein, the thienopyridine derivatives LY2033298 and LY2119620 were chosen as allosteric moieties. Based on literature studies, the investigated allosteric modulators were analyzed in terms of adequate attachment points for the combination with an orthosteric agonist. As orthosteric units, muscarinic superagonist iperoxo, xanomeline, and TMA were applied in this work. Since the distance between orthosteric and allosteric moieties plays a crucial role for dualsteric ligand binding, the linker chain length was also varied. Pharmacological investigations of the synthesized hybrid ligands were perfomed via FRET- and BRET-assay measurements.},
  subject      = {GTP-bindende Proteine},
  language  = {en}
}