@phdthesis{Vicik2004,
  author    = {Vicik, Radim},
  title     = {Synthese und Eigenschaften N-Acylierter Aziridin-2,3-dicarboxylate als selektive, peptidomimetische Inhibitoren von Cystein-Proteasen der Cathepsin-L-Subfamilie},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-11127},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2004},
  abstract  = {Die Cystein-Proteasen der S{\"a}uger und Parasiten wurden erst in den letzten zwei Jahrzehnten als pharmazeutisch/medizinisches Target erkannt. Die genauen Aufgaben der einzelnen Enzyme dieser sehr umfangreichen und st{\"a}ndig wachsenden Protease-Familie bleiben zwar teilweise noch unbekannt, es ist jedoch klar, dass ihre Aufgabe nicht nur der unspezifische Protein-Abbau ist. Das Ziel der vorliegenden Arbeit waren die Synthese einer Reihe peptidomimetischer Inhibitoren mit elektrophilem Aziridin-2,3-dicarbons{\"a}ure-Baustein und deren Testung an den Proteasen Cathepsin B (human), Cathepsin L (Paramecium tetraurelia), Falcipain-2 (Plasmodium falciparum) und Rhodesain (Trypanosoma brucei rhodesiense). Die Verbindungen sind als irreversible Inhibitoren der Proteasen konzipiert. Der Aziridin-Baustein als Elektrophil wird durch den Cystein-Rest des aktiven Zentrums der Proteasen angegriffen, es erfolgt eine nucleophile Ring{\"o}ffnung und damit die irreversible Alkylierung der Proteasen. Die Aziridin-Bausteine wurden entweder stereoselektiv aus Tartraten oder als Racemate aus Fumaraten dargestellt. Durch NMR-spektroskopische Versuche wurde der Mechanismus der Epimerisierung der als Intermediate der stereoselektiven Synthese auftretenden Azidoalkohole aufgekl{\"a}rt. Die N-Acylierung des Aziridin-Bausteins mit den Aminos{\"a}uren bzw. Dipeptiden erfolgte {\"u}ber Segmentkopplungen oder {\"u}ber eine schrittweise Ankn{\"u}pfung der Aminos{\"a}uren. Es wurden dabei verschiedenste Methoden der Peptidchemie eingesetzt. Die Hemmkonstanten der synthetisierten Substanzen wurden in einem kontinuierlichen fluorimetrischen Mikrotiterplatten-Assay bei Inhibitor-Konzentrationen von 0.35 - 140 µM ermittelt. Als Substrat diente f{\"u}r alle Enzyme Z-Phe-Arg-AMC. Der Nachweis der Irreversibilit{\"a}t der Hemmung wurde durch Dialyse-Versuche und die Affinit{\"a}tsmarkierung von Cathepsin L und Falcipain 2 mit Hilfe eines Biotin-markierten Inhibitors erbracht. Bei Inhibitoren, die eine zeitabh{\"a}ngige Hemmung aufweisen, wurden die Alkylierungskonstanten (ki -Werte) ermittelt. Diese sind im Vergleich zu den Konstanten der Epoxysuccinyl-Peptide ca. 1000x kleiner, was fr{\"u}here Untersuchungen best{\"a}tigt. Aus den ermittelten Dissoziationskonstanten (Ki) ist die Selektivit{\"a}t f{\"u}r Cathepsin-L-{\"a}hnliche Proteasen eindeutig. Dabei wird die Reihenfolge RD > CL > FP >>> CB gefunden. Der beste Inhibitor f{\"u}r alle Enzyme ist die Substanz 116C (BOC-(S)-Leu-(S)-Azy-(S,S)-Azi(OBn)2), f{\"u}r die Hemmkonstanten im unteren micromolaren bzw. sogar nanomolaren Bereich gefunden werden. Unter den Substanzen finden sich auch einige, die f{\"u}r einzelne Enzyme selektiv sind. F{\"u}r CL sind es die Verbindungen 517C, 105G, Z-023B, 023A; f{\"u}r CB 034A und 013B und f{\"u}r RD 112C, 222C, 105B, 013A. Dabei gibt es zwei Inhibitoren (105A, 517G), die selektiv nur die parasit{\"a}ren Enzyme FP und RD hemmen. Die Analyse der Struktur-Wirkungs-Beziehungen ergab, dass in Abh{\"a}ngigkeit von den Substituenten am Aziridinring (Benzylester, Ethylester, Dis{\"a}ure), von den Substituenten am Aziridin-Stickstoff (Phe-Ala, Leu-Xxx, Gly-Xxx, Xxx = cyclische Aminos{\"a}ure) und der Stereochemie unterschiedliche Bindungsmodi vorliegen m{\"u}ssen. Erste Docking-Versuche, die in Kooperation mit der Arbeitsgruppe Baumann (Institut f{\"u}r Pharmazie und LMC, Universit{\"a}t W{\"u}rzburg) durchgef{\"u}hrt wurden, best{\"a}tigen dies. Postuliert wird f{\"u}r Inhibitoren, die die Sequenz Leu-Pro enthalten, eine Bindung an die S`- Seite von Cathepsin L. Dies erkl{\"a}rt die Selektivit{\"a}t dieser Inhibitoren, denn innerhalb der S`-Substratbindungstaschen finden sich die gr{\"o}ßten strukturellen Unterschiede zwischen Cathepsin B und den Cathepsin-L-{\"a}hnlichen Proteasen. Im Gegensatz dazu wird f{\"u}r eines der Phe-Ala-Derivate eine Bindung an die S-Taschen postuliert, die zwischen den einzelnen Proteasen geringere strukturelle Unterschiede aufweisen. Dieser Inhibitor hemmt, wie fast alle Phe-Ala-Derivate, dementsprechend auch Cathepsin B besser als die Leu-Xxx-Derivate. In Rahmen einer Kooperation mit der Arbeitsgruppe Engels Institut f{\"u}r Organische Chemie, Universit{\"a}t W{\"u}rzburg) wurden quantenchemische Rechnungen durchgef{\"u}hrt, die u.a. den Einfluss von Substituenten auf die Kinetik und Thermodynamik der nucleophilen Ring{\"o}ffnung untersuchten. Vorhergesagt wurde, dass Substituenten am Aziridin-Stickstoff, die den {\"U}bergangzustand stabilisieren (N-Formyl), zu einer besseren Hemmung f{\"u}hren sollten. Das darauf hin synthetisierte N-Formylaziridin-2,3-dicarboxylat 008B weist eine etwa 5000x bessere Hemmung von CL auf als das nicht-formylierte Diethylaziridin-2,3-dicarboxylat. Die gezielt als "affinity label" entwickelte Biotin-markierte Verbindung 999C wurde zur Identifizierung von Cystein-Proteasen, die von Plasmodium falciparum exprimiert werden, eingesetzt (Kooperation mit der Arbeitsgruppe Gelhaus/Leippe, Institut f{\"u}r Zoologie, Universit{\"a}t Kiel).},
  subject      = {Aziridine},
  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}
}
@phdthesis{Schust2006,
  author    = {Schust, Jochen},
  title     = {Neue Ans{\"a}tze zur Identifizierung niedermolekularer Inhibitoren der STAT3-Aktivierung und -Homodimerisierung},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-19952},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2006},
  abstract  = {Die STATs (signal transducers and activators of transcription) sind eine Familie latent zytoplasmatischer Transkriptionsfaktoren, die Signale von der Zellmembran in den Zellkern weiterleiten. Ein Mitglied der Proteinfamilie, STAT3, ist aufgrund {\"u}berm{\"a}ßiger Tyrosinkinase-Aktivit{\"a}t in einer breiten Vielzahl von Krebszelllinien und menschlichen Tumoren konstitutiv-aktiv. Um kleine organische Molek{\"u}le zu identifizieren, die die Funktion der SH2-Dom{\"a}ne von STAT3 blockieren und dadurch die Aktivit{\"a}t und die Dimerisierung des Proteins inhibieren, wurde ein Hochdurchsatz-Verfahren entwickelt, welches auf Fluoreszenzpolarisation beruht. Das Prinzip dieses Verfahrens war die Bindung eines Fluorescein-markierten Phosphotyrosin-Peptids, welches von gp130, einer Untereinheit des Interleukin-6-Rezeptors, abgeleitet war, an nicht phosphoryliertes STAT3-Protein. Der Kd Wert dieser Bindung betrug 150 nM und der Assay war stabil im Hinblick auf die Salzkonzentration, der Konzentration an Dimethylsulfoxid und der Zeit. Der Assay wurde auf ein 384-Lochplattenformat angepasst und wies einen Z'-Wert von 0,87 auf. Das Fluorscein-markierte Phosphotyrosin-Peptid band spezifisch an die SH2-Dom{\"a}ne von STAT3 und die Bindung konnte durch Phosphotyrosin-Peptide unterschiedlich stark inhibiert werden. Die Hochdurchsatz-Analyse mehrerer Substanzbibliotheken f{\"u}hrte schließlich zur Identifikation eines spezifischen STAT3-Inhibitors, Stattic (STAT three inhibitory compound). Stattic ist das erste nicht-peptidische kleine Molek{\"u}l, welches selektiv die Funktion der STAT3-SH2-Dom{\"a}ne beeintr{\"a}chtigte. Dabei spielte der Aktivierungszustand von STAT3 in vitro keine Rolle. Die gleichzeitige Inkubation mit Stattic f{\"u}hrte im Fluoreszenzpolarisations-Assay zur Inhibition der Bindung des Fluorescein-markierten Phosphotyrosin-Peptids an die SH2-Dom{\"a}ne von STAT3. Diese antagonistische Reaktion stellte sich als stark temperaturabh{\"a}ngig heraus und hatte in vitro bei der physiologisch relevanten Temperatur von 37°C nach 60 Minuten einen IC50 Wert von 5,1 µM. Zusammen mit einer Abh{\"a}ngigkeit von der Zeit wiesen die Ergebnisse auf eine irreversibel ablaufende Reaktion unter Kn{\"u}pfung einer kovalenten Bindung zwischen Stattic und STAT3 hin. Die Inhibition war spezifisch gegen{\"u}ber der Bindung verschiedener Fluorescein-markierten Phosphotyrosin-Peptide an die jeweiligen Proteine STAT1, STAT5b und Lck und Stattic hatte ebenfalls nur einen sehr geringen Effekt auf die Proteindimerisierung von c-Myc/Max und Jun/Jun. Die genauere Betrachtung der Kinetik der antagonistischen Reaktion zeigte eine signifikante Verlangsamung der Reaktionsgeschwindigkeit beim Vergleich zwischen STAT3 und STAT1 bzw. STAT3 und STAT5b. Die Inhibierung der Bindung des entsprechenden Fluorescein-markierten Phosphotyrosin-Peptids an das Protein Lck durch Stattic war hingegen nicht zeitabh{\"a}ngig. Diese Versuche zeigten eine deutliche Pr{\"a}ferenz der Bindung von Stattic an das Protein STAT3. Die Verdr{\"a}ngung des Fluorescein-markierten Phosphoytrosin-Peptids von der STAT3-SH2-Dom{\"a}ne durch Stattic verlief kompetitiv zur Inhibition mit einem Phophotyrosin-Peptid, welches an die SH2-Dom{\"a}ne von STAT3 bindet. In Verbindung mit den vorherigen Experimenten wies dies auf eine kovalente Bindung von Stattic innerhalb des STAT3-Proteins hin. Eine abschließende Struktur-Wirkungs-Beziehung in vitro zeigte die Notwendigkeit sowohl von der Nitrogruppe als auch von der Doppelbindung der Vinylsulfongruppe in Stattic f{\"u}r die Bindung an STAT3 und untermauerte die These, dass Stattic kovalent innerhalb des STAT3-Proteins bindet. In zellbiologischen Systemen wurde die Wirksamkeit von Stattic anhand verschiedener molekularbiologischer Assays best{\"a}tigt. Stattic inhibierte selektiv die Tyrosinphosphorylierung von STAT3 in HepG2 Zellen, in NIH3T3/v-Src Zellen und in den Brustkrebszelllinien MDA-MB-231 und MDA-MB-435S. Aber auch bereits phosphorylierte STAT3-Proteine wurden durch Stattic in vitro an der Homodimerisierung gehindert, was in einer EMSA-Analyse gezeigt wurde. Somit inhibierte Stattic in vitro selektiv die Signalkette von STAT3 unabh{\"a}ngig von dessen Aktivierungszustand. Andere Signalketten oder die Funktion der in der Signalkette {\"u}ber STAT3 liegenden Tyrosinkinasen wurden in Zellen nicht beeinflusst. Im Folgenden konnte demonstriert werden, dass Stattic als direkter STAT3-Inhibitor dessen Lokalisierung in den Zellkern inhibierte, nicht jedoch die Lokalisierung des Gegenspielers STAT1. Weiterhin reduzierte der Einsatz von Stattic selektiv das von v-Src in NIH3T3 Zellen induzierte und von STAT3-abh{\"a}ngige Wachstum von Kolonien in Weichagar. Dass Stattic schließlich selektiv die Apoptoserate in Zellen mit konstitutiver STAT3-Aktivt{\"a}t erh{\"o}hte, best{\"a}tigte die bisherigen Daten. Mit Stattic konnte daher ein neues biologisches Werkzeug generiert werden, um selektiv STAT3 in Zelllinien oder Tumoren in Tiermodellen auszuschalten, die eine konstitutive STAT3-Aktivit{\"a}t aufweisen.},
  subject      = {STAT},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Gelmedin2008,
  author    = {Gelmedin, Verena Magdalena},
  title     = {Targeting flatworm signaling cascades for the development of novel anthelminthic drugs},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-33334},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2008},
  abstract  = {Echinococcus multilocularis verursacht die Alveol{\"a}re Echinokokkose (AE), eine lebendsbedrohliche Krankheit mit limitierten chemotherapeutischen M{\"o}glichkeiten. Die jetzige Anti-AE Chemotherapie basiert auf einer einzigen Wirkstoffklasse, den Benzimidazolen. Obwohl Benzimidazole in vitro parasitozid wirken, wirken sie in vivo bei AE-Behandlung lediglich parasitostatisch und rufen schwere Nebenwirkungen hervor. In F{\"a}llen operabler L{\"a}sionen erfordert die Resektion des Parasitengewebes {\"u}ber einen l{\"a}ngeren Zeitraum eine chemotherapeutische Unterst{\"u}tzung. Damit sind die jetzigen Behandlungsm{\"o}glichkeiten inad{\"a}quat und ben{\"o}tigen Alternativen. In der vorliegenden Arbeit wurden die Signalwege von Plattw{\"u}rmern analysiert, um potentielle Targets f{\"u}r neue therapeutische Ans{\"a}tze zu identifizieren. Dabei konzentrierte ich mich unter Anwendung von molekularbiologischer, biochemischer und zellbiologischer Methoden auf Faktoren, die an Entwicklung und Proliferation von E. multilocularis beteiligt sind. Darunter waren die drei MAP kinases des Parasiten EmMPK1, ein Erk1/2-Ortholog, EmMPK2, ein p38-Ortholog und EmMPK3, ein Erk7/8-Ortholog. Des Weiteren identifizierte und charakterisierte ich EmMKK2, ein MEK1/2-Ortholog des Parasiten, welches zusammen mit den bekannten Kinasen EmRaf und EmMPK1 ein Erk1/2-{\"a}hnliches MAPK Modul bildet. Ich konnte zudem verschiedene Einfl{\"u}sse von Wirtswachstumsfaktoren wie EGF (epidermal growth factor) und Insulin auf die Signalmechanismen des Parasiten und das Larvenwachstum zeigen, darunter die Phosphorylierung von Elp, ein Ezrin-Radixin-Moesin {\"a}hnliches Protein, die Aktivierung von EmMPK1 und EmMPK3 und eine gesteigerte mitotische Aktivit{\"a}t der Echinokokkenzellen. Zus{\"a}tzlich wurden verschiedene Substanzen auf ihre letale Wirkung auf den Parasiten untersucht, darunter befanden sich (1.) generelle Inhibitoren von Tyrosinkinasen (PP2, Leflunamid), (2.) gegen die Aktivit{\"a}t von Rezeptor-Tyrosin-Kinasen gerichtete Pr{\"a}parate, (3.) urspr{\"u}nglich anti-neoplastische Wirkstoffe wie Miltefosin und Perifosin, (4.) Inhibitoren von Serin/ Threonin-Kinasen, die die Erk1/2 MAPK Kaskade blockieren und (5.) Inhibitoren der p38 MAPK. In diesen Untersuchungen hat sich EmMPK2 aus den folgenden Gr{\"u}nden als vielversprechendes Target erwiesen. Aminos{\"a}uresequenz-Analysen offenbarten einige Unterschiede zu menschlichen p38 MAP Kinasen, welche sehr wahrscheinlich die beobachtete gesteigerte basale Aktivit{\"a}t des rekombinanten EmMPK2 verursachen, verglichen mit der Aktivit{\"a}t humaner p38 MAPK-\&\#945;. Zus{\"a}tzlich suggerieren die prominente Autophosphorylierungsaktivit{\"a}t von rekombinantem EmMPK2 und das Ausbleiben einer Interaktion mit den Echinococcus MKKs einen unterschiedlichen Regulierungsmechanismus im Vergleich zu den humanen Proteinen. Die Aktivit{\"a}t von EmMPK2 konnte sowohl in vitro als auch in kultivierten Metazestodenvesikeln durch die Behandlung mit SB202190 und ML3403, zwei ATP kompetitiven Pyridinylimidazolinhibitoren der p38 MAPK, in Konzentrations-abh{\"a}ngiger Weise inhibiert werden. Zudem verursachten beide Substanzen, insbesondere ML3403 die Inaktivierung von Parasitenvesikeln bei Konzentrationen, die kultivierte S{\"a}ugerzellen nicht beeintr{\"a}chtigten. Ebenso verhinderte die Anwesenheit von ML3403 die Generation von neuen Vesikeln w{\"a}hrend der Kultivierung von Echinococcus Prim{\"a}rzellen. Das Targeting von Mitgliedern des EGF-Signalwegs, insbesondere der Erk1/2-{\"a}hnlichen MAPK Kaskade mit Raf- und MEK- Inhibitoren verhinderte die Phosphorylierung von EmMPK1 in in vitro kultivierten Metazestoden. Obwohl das Parasitenwachstum unter diesen Konditionen verhindert wurde, blieb die strukturelle Integrit{\"a}t der Metazestodenvesikeln w{\"a}hrend der Langzeitkultivierung in Anwesenheit der MAPK Kaskade-Inhibitoren erhalten. {\"A}hnliche Effekte wurden beobachtet nach Behandlung mit den anderen zuvor aufgef{\"u}hrten Inhibitoren. Zusammenfassend l{\"a}sst sich festhalten, dass verschiedene Targets identifiziert werden konnten, die hoch sensibel auf die Anwesenheit der inhibitorischen Substanzen reagierten, aber nicht zum Absterben des Parasiten f{\"u}hrten, mit Ausnahme der Pyridinylimidazolen. Die vorliegenden Daten zeigen, dass EmMPK2 ein {\"U}berlebendsignal vermittelnden Faktor darstellt und dessen Inhibierung zur Behandlung der AE benutzt werden k{\"o}nnte. Dabei erwiesen sich p38 MAPK Inhibitoren der Pyridinylimidazolklasse als potentielle neue Substanzklasse gegen Echinokokken.},
  subject      = {Fuchsbandwurm},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Pfetzer2011,
  author    = {Pfetzer, Nadja},
  title     = {Identifizierung und Testung spezifischer Inhibitoren des Energiestoffwechsels von Tumorzellen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-65406},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {Charakteristisch f{\"u}r viele maligne Tumorzellen ist eine erh{\"o}hte Aufnahme von Glucose und die Bildung großer Mengen Milchs{\"a}ure auch in Anwesenheit von Sauerstoff (Warburg Effekt) und eine verminderte Nutzung des Zitratzyklus. Als Grund werden Defekte in der mitochondrialen Atmungskette diskutiert. Aber auch eine durch Onkogene gesteigerte Glykolyserate, k{\"o}nnte urs{\"a}chlich sein. Ein weiterer f{\"u}r Tumorzellen wichtiger Stoffwechselweg, in dem Glucose abgebaut wird, ist der Pentosephosphatweg, dessen Blockade das Wachstum der Krebszellen hemmen k{\"o}nnte. Zudem stellt die Manipulation derjenigen Signalwege, die in den Tumorstoffwechsel involviert und in Tumorzellen {\"u}beraktiviert (Ras/PI3K/Akt/mTOR- und Raf/MEK/ERK-Signalweg) oder unterdr{\"u}ckt (oxidative Phosphorylierung) sind, m{\"o}gliche Ansatzpunkte dar. In dieser Arbeit wurde daher in vitro die Wirkung von 15 Substanzen an drei verschiedenen Tumorzelllinien und vier verschiedenen benignen Zellen untersucht, welche in die oben genannten charakteristischen Stoffwechselwege von Tumorzellen eingreifen und gegenw{\"a}rtig intensiv als m{\"o}gliche Tumortherapeutika diskutiert werden. Ziel war es, geeignete Kandidaten f{\"u}r eine zielgerichtete Therapie zu identifizieren. Der Schwerpunkt dieser Arbeit war die Beeinflussung des Glucosestoffwechsels in Tumorzellen. Da Glucose sowohl aerob als auch anaerob verstoffwechselt werden kann, wurden in einem ersten Ansatz zum einen Substanzen gestestet, die die Glykolyse auf verschiedenen Ebenen hemmen, zum anderen wurden Substanzen untersucht, die den mitochondrialen Stoffwechsel beeinflussen. Die Wirkung aller 15 Substanzen wurde zun{\"a}chst jeweils als Einzelbehandlung getestet. Hierbei f{\"u}hrten nur sehr hohe Konzentrationen in Tumorzellen zu einem drastisch verminderten ATP-Gehalt, die f{\"u}r benigne Zellen aber ebenfalls toxisch waren. Daher wurde in einem zweiten Schritt untersucht, ob durch die gleichzeitige Manipulation des Glucosestoffwechsels und des mitochondrialen Stoffwechsels mit jeweils subtoxischen Konzentrationen eine tumorselektive Wirkung erreicht werden kann. Bei der Kombination der Substanzen Oxythiamin/NaDCA bzw. 2-DG/Rotenon ergaben sich zwar synergistische Effekte auf die Verminderung des ATP-Gehaltes in den getesteten Tumorzellen, eine generelle tumorselektive Wirkung konnte jedoch durch die kombinierte Behandlung nicht erreicht werden. In j{\"u}ngster Zeit mehren sich die Hinweise, dass die Glutaminolyse einen sehr wichtigen Stoffwechselweg f{\"u}r Energiegewinnung und Syntheseprozesse von Tumorzellen darstellt. Deshalb wurde in einem dritten Schritt untersucht, ob durch die Hemmung der Glutaminolyse mit der Substanz 6-Diazo-5-oxo-L-norleuzin (DON) eine tumorspezifische Wirkung erreicht werden kann. In der Tat konnte durch DON eine andeutungsweise tumorselektive Wirkung auf den ATP-Gehalt der Zellen erzielt werden, jedoch war das therapeutische Fenster sehr eng. Durch die Hemmung der oxidativen Phosphorylierung wurde in allen drei untersuchten Tumorzelllinien eine gesteigerte Milchs{\"a}ureproduktion nachgewiesen. Dies ist ein eindeutiger Hinweis daf{\"u}r, dass in diesen Tumorzellen die Mitochondrien keine Defekte aufweisen. Die hier untersuchten benignen und malignen Zellen wurden hinsichtlich des Glucosestoffwechsels mit verschiedenen Methoden n{\"a}her charakterisiert, um zu beurteilen, ob sich die Zellen in ihrem Stoffwechselph{\"a}notyp unterscheiden. Bei der Quantifizierung der Glucoseaufnahme wurde deutlich, dass auch manche benigne Zellen deutliche Mengen an Glucose aufnehmen, welche allerdings nur der Tumorzelllinie mit der niedrigsten Aufnahme glich. Mittels immunhistochemischer F{\"a}rbungen wurden charakteristische Proteine des Zuckerstoffwechsels dargestellt. Zudem wurde die Expression von zentralen Genen des Stoffwechsels auf mRNA- bzw. Proteinebene untersucht. Hierbei wurde deutlich, dass sowohl Tumorzellen als auch manche benigne Zellen f{\"u}r die Glykolyse typische Proteine bzw. mRNA stark exprimieren. Fazit der Charakterisierung ist, dass es zwischen den hier verwendeten malignen und benignen Zellen keine eindeutige Differenzierung aufgrund des Stoffwechselprofils gibt, sondern sich die getesteten Zellen nur graduell unterscheiden. Dieses Ergebnis erkl{\"a}rt m{\"o}glicherweise die geringe Tumorspezifit{\"a}t der getesteten Substanzen. Im Vergleich mit den vielversprechenden Ergebnissen aus der Literatur zeigten die hier gewonnenen in vitro-Daten eindeutig, dass die Wirkung von potenziell tumorhemmenden Substanzen je nach Tumorzelltyp extrem verschieden war. Dies beruht darauf, dass der vorherrschende Stoffwechseltyp (oxidativ bzw. glykolytisch) f{\"u}r jede Tumorentit{\"a}t verschieden ist. Daher muss vermutlich f{\"u}r jede Tumorentit{\"a}t bzw. sogar f{\"u}r jeden Patienten individuell die Wirkung und der Nutzen einer Hemmung des Tumorstoffwechsels untersucht werden, bevor k{\"u}nftig an eine zielgerichtete Therapie gedacht werden kann.},
  subject      = {Tumorzelle},
  language  = {de}
}
@article{RauertStuehmerBargouetal.2011,
  author    = {Rauert, H. and St{\"u}hmer, T. and Bargou, R. and Wajant, H. and Siegmund, D.},
  title     = {TNFR1 and TNFR2 regulate the extrinsic apoptotic pathway in myeloma cells by multiple mechanisms},
  series = {Cell Death and Disease},
  volume    = {2},
  journal   = {Cell Death and Disease},
  doi       = {10.1038/cddis.2011.78},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-133486},
  pages     = {e194},
  year      = {2011},
  abstract  = {The huge majority of myeloma cell lines express TNFR2 while a substantial subset of them failed to show TNFR1 expression. Stimulation of TNFR1 in the TNFR1-expressing subset of MM cell lines had no or only a very mild effect on cellular viability. Surprisingly, however, TNF stimulation enhanced cell death induction by CD95L and attenuated the apoptotic effect of TRAIL. The contrasting regulation of TRAIL- and CD95L-induced cell death by TNF could be traced back to the concomitant NFjBmediated upregulation of CD95 and the antiapoptotic FLIP protein. It appeared that CD95 induction, due to its strength, overcompensated a rather moderate upregulation of FLIP so that the net effect of TNF-induced NFjB activation in the context of CD95 signaling is pro-apoptotic. TRAIL-induced cell death, however, was antagonized in response to TNF because in this context only the induction of FLIP is relevant. Stimulation of TNFR2 in myeloma cells leads to TRAF2 depletion. In line with this, we observed cell death induction in TNFR1-TNFR2-costimulated JJN3 cells. Our studies revealed that the TNF-TNF receptor system adjusts the responsiveness of the extrinsic apoptotic pathway in myeloma cells by multiple mechanisms that generate a highly context-dependent net effect on myeloma cell survival},
  language  = {en}
}
@article{GentschevMuellerAdelfingeretal.2011,
  author    = {Gentschev, Ivaylo and M{\"u}ller, Meike and Adelfinger, Marion and Weibel, Stephanie and Grummt, Friedrich and Zimmermann, Martina and Bitzer, Michael and Heisig, Martin and Zhang, Qian and Yu, Yong A. and Chen, Nanhai G. and Stritzker, Jochen and Lauer, Ulrich M. and Szalay, Aladar A.},
  title     = {Efficient Colonization and Therapy of Human Hepatocellular Carcinoma (HCC) Using the Oncolytic Vaccinia Virus Strain GLV-1h68},
  series = {PLOS ONE},
  volume    = {6},
  journal   = {PLOS ONE},
  number    = {7},
  doi       = {10.1371/journal.pone.0022069},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-135319},
  pages     = {e22069},
  year      = {2011},
  abstract  = {Virotherapy using oncolytic vaccinia virus strains is one of the most promising new strategies for cancer therapy. In this study, we analyzed for the first time the therapeutic efficacy of the oncolytic vaccinia virus GLV-1h68 in two human hepatocellular carcinoma cell lines HuH7 and PLC/PRF/5 (PLC) in cell culture and in tumor xenograft models. By viral proliferation assays and cell survival tests, we demonstrated that GLV-1h68 efficiently colonized, replicated in, and did lyse these cancer cells in culture. Experiments with HuH7 and PLC xenografts have revealed that a single intravenous injection (i.v.) of mice with GLV-1h68 resulted in a significant reduction of primary tumor sizes compared to uninjected controls. In addition, replication of GLV-1h68 in tumor cells led to strong inflammatory and oncolytic effects resulting in intense infiltration of MHC class II-positive cells like neutrophils, macrophages, B cells and dendritic cells and in up-regulation of 13 pro-inflammatory cytokines. Furthermore, GLV-1h68 infection of PLC tumors inhibited the formation of hemorrhagic structures which occur naturally in PLC tumors. Interestingly, we found a strongly reduced vascular density in infected PLC tumors only, but not in the non-hemorrhagic HuH7 tumor model. These data demonstrate that the GLV-1h68 vaccinia virus may have an enormous potential for treatment of human hepatocellular carcinoma in man.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Schaefer2012,
  author    = {Sch{\"a}fer, Barbara},
  title     = {Untersuchungen zur Regulation der Invertaseaktivit{\"a}t und zu Invertaseinhibitoren aus Pflanzenextrakten},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-71469},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Die Spaltung verschiedener Zuckerverbindungen ist ein elementarer Vorgang in allen Lebewesen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Enzyme untersucht, die Saccharose, einen wichtigen Energietr{\"a}ger und Botenstoff, in Fructose und Glucose spalten. Sie liefert einen umfassenden {\"U}berblick saccharosespaltender Enzyme und deren Inhibitoren, der erstmals die Gebiete der β-Fructofuranosidasen und der α-Glucosidasen vereinigt. Invertasen (β-Fructofuranosidasen, Abspaltung der Fructose) spielen eine zentrale Rolle im Metabolismus der Pflanzen und werden auf vielf{\"a}ltige Art und Weise reguliert. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Ver{\"a}nderungen in der Aktivit{\"a}t durch verschiedene Einfl{\"u}sse in vitro untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Temperaturoptima der Invertasen erstaunlich hoch liegen. Das Verhalten der getesteten alkalischen / neutralen Invertase aus Lolium temulentum unterschied sich bei vielen Tests von dem der anderen eingesetzten Invertasen. Auch in Tieren bzw. im Menschen sind saccharosespaltende Enzyme, hier bezeichnet als Sucrasen bzw. α-Glucosidasen (Abspaltung der Glucose), an vielen wichtigen Vorg{\"a}ngen beteiligt, etwa der Glykosilierung von Proteinen oder der Verdauung. Die humane Sucrase-Isomaltase aus dem D{\"u}nndarm ist ein Target in der Diabetestherapie. Erstmals konnte die humane Sucrase als aktive Untereinheit in der Hefe Pichia pastoris exprimiert werden. Neben den Enzymen selbst wurden das Wirkspektrum und die Wirkst{\"a}rke verschiedener Inhibitoren untersucht. Dabei konnte festgestellt werden, dass Acarbose, ein Pseudotetrasaccharid, das in der Diabetestherapie verwendet wird, auch pflanzliche Invertasen hemmt. Die in ihrer Struktur zueinander sehr {\"a}hnlichen Iminozucker DMDP, Miglitol und Calystegin B2 unterschieden sich erheblich in ihrer Hemmaktivit{\"a}t. DMDP ist dabei am potentesten, Miglitol f{\"u}hrt teilweise zu einer erh{\"o}hten Invertaseaktivit{\"a}t und Calystegin B2 verf{\"u}gt nur {\"u}ber ein beschr{\"a}nktes Hemmspektrum. Pflanzliche proteinogene Invertaseinhibitoren hemmten auch die humane Sucrase und die Hefeinvertase; wurden die Inhibitorproteine in P. pastoris exprimiert und dabei glykosiliert, hatten sie keine Hemmaktivit{\"a}t. Als einziger Inhibitor zeigte Miglitol der getesteten alkalischen / neutralen Invertase gegen{\"u}ber ein Verhalten, das als selektiv bezeichnet werden kann, da die Hemmung mit Konzentrationen, die um den Faktor 1000 niedriger waren als bei anderen Invertasen, eintrat. F{\"u}r die Suche nach neuen Inhibitoren wurden ein Screening und eine Literaturrecherche zum Thema Pflanzen in der Diabetestherapie bzw. pflanzliche Glucosidasehemmstoffe durchgef{\"u}hrt. Die Literaturrecherche weist darauf hin, dass eine große Anzahl an Pflanzen potentielle Wirkstoffe beinhalten k{\"o}nnte. Das Screening nach neuen Hemmstoffen wurde gr{\"o}ßtenteils mit Pflanzenextrakten aus der Traditionellen Chinesischen Medizin durchgef{\"u}hrt. Dabei wurden hemmende Extrakte entdeckt, die weiter auf ihre aktiven Komponenten hin untersucht werden sollten.},
  subject      = {Invertase},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Waltenberger2012,
  author    = {Waltenberger, Constanze Ricarda Maria},
  title     = {Virtuelles Screening nach einer neuen Inhibitorklasse der Enoyl-ACP-Reduktase InhA aus Mycobacterium tuberculosis},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-73736},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Die Zahl der Tuberkuloseerkrankungen ist in den letzten Jahrzehnten weltweit gestiegen. Da es an innovativen Antituberkulotika mangelt, werden nach wie vor Medikamente der ersten Generation eingesetzt. Das wachsende Problem sind multi-resistente und extrem-resistente Bakterienst{\"a}mme, die kaum oder gar nicht auf die medikament{\"o}se Therapie ansprechen. Charakteristisch f{\"u}r M. tuberculosis ist eine dicke Zellwand. Der Aufbau der Zellwand erm{\"o}glicht es dem Bakterium in den Makrophagen zu persistieren und sich dort zu vermehren. Die Zellwand ist reich an Mykols{\"a}uren und so wenig durchl{\"a}ssig f{\"u}r Fremdstoffe. Das mykobakterielle Zellwandskelett kann man in zwei Teile unterteilen, den Zellwandkern und die {\"a}ußere Lipidh{\"u}lle. Die freien Lipide der {\"a}ußeren Lipidh{\"u}lle dienen als Signalmolek{\"u}le im Krankheitsverlauf und interkalieren mit den Mykols{\"a}uren des Zellwandkerns. M. tuberculosis besitzt f{\"u}r die Fetts{\"a}urebiosynthese zwei Enzymkomplexe: Die Typ-I-Fetts{\"a}uresynthase, die auch in S{\"a}ugetieren zu finden ist, produziert Fetts{\"a}uren von C16- bis C26-Kettenl{\"a}nge, die dann in der Typ-II-Fetts{\"a}uresynthase (FAS-II) zu Meromykols{\"a}uren verl{\"a}ngert werden. Im Synthesezyklus des FAS-II sind mehrere monofunktionale Enzyme hintereinander geschaltet. Wird eines dieser Enzyme in seiner Funktion gest{\"o}rt, kumulieren Zwischenprodukte und ben{\"o}tigte Zellwandlipide k{\"o}nnen nicht synthetisiert werden. In der Folge wird die Zellwand instabil und das Bakterium stirbt. Die mykobakterielle Lipidbiosynthese ist somit ein ideales Target f{\"u}r die Entwicklung neuer Antituberkulotika. Ziel dieser Arbeit war es, eine neue Inhibitorklasse des FAS-II Enzyms InhA des M. tuberculosis mittels virtuellem Screening zu finden. F{\"u}r das virtuelle Screening wurden drei aufeinander aufbauende Pharmakophorhypothesen entwickelt und mit diesen zwei unabh{\"a}ngige Datenbanken durchsucht. Als Grundlage f{\"u}r die Berechnungen des virtuellen Screenings diente die PDB R{\"o}ntgenkristallstruktur 2h7m mit dem Liganden 1-Cyclohexyl-N-(3,5-dichlorophenyl)-5-oxopyrrolidin-3-carboxamid. F{\"u}r die Erstellung der Pharmakophorhypothesen wurden zuerst die Strukturen des Enzyms mit und ohne Ligand bez{\"u}glich ihrer Konformationsunterschiede vor allem im Bereich der Bindetasche analysiert. Als n{\"a}chstes wurden die Wechselwirkungen des Liganden mit den Aminos{\"a}uren der Bindetasche und dem Cofaktor n{\"a}her analysiert und die verschiedenen Wechselwirkungsarten hinsichtlich ihrer Relevanz f{\"u}r eine inhibitorische Aktivit{\"a}t beurteilt. Schließlich wurde eine Bindetaschenanalyse durchgef{\"u}hrt und Hotspots f{\"u}r unterschiedliche chemische Funktionalit{\"a}ten berechnet. F{\"u}r das Datenbankenscreening wurden das ZINC 'drug-like' Subset (2005) und CCGs MOE 2006 Vendor Compound 3D Collection verwendet, beides Datenbanken exklusiv kommerziell erh{\"a}ltlicher Verbindungen. Das ZINC 'drug-like' Subset wurde {\"u}ber einen f{\"u}r InhA individuell angepassten hierarchischen Filter numerisch reduziert. Von den verbleibenden Verbindungen wurde eine Konformerendatenbank berechnet. Die MOE 2006 Vendor Compound 3D Collection lag bereits als Konformerendatenbank vor und wurde f{\"u}r das Screening 'as-is' verwendet. Mit den Pharmakophorhypothesen I und II wurde das reduzierte ZINC 'drug-like' Subset gescreent. F{\"u}r die Treffer wurden Fingerprints berechnet, sie danach mithilfe des Tanimotokoeffizienten nach ihrer {\"A}hnlichkeit in Cluster eingeteilt und visuell analysiert; 149 Verbindungen wurden f{\"u}r die Dockingsimulationen ausgew{\"a}hlt. Die MOE Konformerendatenbank wurde ebenso {\"u}ber einen f{\"u}r InhA individuell angepassten hierarchischen Filter numerisch reduziert und mit der Pharmakophorhypothese III gescreent, 28 Verbindungen wurden f{\"u}r die Dockingsimulationen ausgew{\"a}hlt. Die Dockingsimulationen wurden mit den Programmen MOE Dock und Autodock durchgef{\"u}hrt. Die Ergebnisse wurden numerisch ausgewertet und innerhalb der Bindetasche relativ zur jeweiligen zugrunde liegenden Pharmakophorhypothese visuell analysiert; 27 Substanzen wurden schließlich f{\"u}r die Testungen ausgew{\"a}hlt. Die Testungen erfolgten mit einem enzymatischen Assay und einem Assay an attenuierten M. tuberculosis F{\"u}r die Etablierung des enzymatischen Assays wurde das Enzym InhA mittels Vektortransformation in E. coli {\"u}berexprimiert und s{\"a}ulenchromatographisch aufgereinigt. Das Substrat 2-trans-Octenoyl-Coenzym A wurde synthetisiert. Von den 27 ausgew{\"a}hlten Substanzen waren 9 im Handel erh{\"a}ltlich und wurden schließlich auf ihre inhibitorische Aktivit{\"a}t getestet. Es wurden ein Thiazolidin-2,4-dion, ein 2-Thioxoimidazolidin-4-on und ein Sulfonamid als aktive Substanzen gefunden.},
  subject      = {Screening},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Nowotny2012,
  author    = {Nowotny, Boris},
  title     = {Etablierung von zellul{\"a}ren Testsystemen f{\"u}r die Identifizierung von neuartigen Inhibitoren des HIV-1 Vif-induzierten APOBEC3G-Abbaus},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-70477},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Als einer der ersten gegen HIV gerichteten Restriktionsfaktoren konnte die Cytidindeaminase APOBEC3G isoliert werden. Dieses zellul{\"a}re Enzym hemmt {\"a}ußerst effizient die Replikation von HIV. Weiterf{\"u}hrende Untersuchungen konnten demonstrieren, dass die Hemmung der Virusreplikation haupts{\"a}chlich auf einer Deaminase-katalysierten G zu A-Hypermutation des viralen Genoms w{\"a}hrend der Reversen Transkription beruht. Als Gegenstrategie zur antiretroviralen Wirkung von A3G kodiert HIV-1 das Protein Vif (virion infectivity factor), welches durch eine direkte Wechselwirkung den Ubiquitin-abh{\"a}ngigen proteasomalen Abbau von A3G bewirkt. Vor diesem Hintergrund wird der Inhibition des Vif induzierten A3G- Abbaus großes Potential als neuartiges Wirkstoffziel bei der Behandlung von HIV Infektionen vorhergesagt. Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand deshalb in der Etablierung von zellul{\"a}ren Screening-Assays f{\"u}r die Identifizierung von Inhibitoren des Vif induzierten A3G-Abbaus. Im Rahmen dieser Arbeit konnten insgesamt vier fluoreszenzbasierte zellul{\"a}re Assays erfolgreich entwickelt und als Screeningsysteme f{\"u}r die Wirkstoffsuche etabliert werden. Drei dieser Assays basieren auf stabilen Zelllinien, von denen eine Vif und ein mit EYFP markiertes A3G ko-exprimiert. Dieser sogenannte A3G-Abbauassay stellt den prim{\"a}ren Assay f{\"u}r die Identifizierung von Inhibitoren des Vif induzierten A3G-Abbaus dar und wird durch zwei weitere Zelllinien-basierte Assays erg{\"a}nzt. Diese sekund{\"a}re Assays erlauben die Detektion von Substanzen, die falsch-positive oder falsch-negative Signale im A3G-Abbauassays generieren. Zusammengenommen erm{\"o}glichen die drei Assays die pr{\"a}zise Identifizierung von Inhibitoren, die spezifisch auf den A3G-Abbau wirken und stellen damit eine wesentliche Verbesserung bereits existierender Screeningsysteme dar. Weiterhin wurde ein auf dem Prinzip der bimolekularen Fluoreszenzkomplementation (BiFC) basierendes Testsystem entwickelt. Besagtes System misst die direkte Interaktion zwischen Vif und ElonginC in lebenden Zellen und repr{\"a}sentiert damit ein weiteres Testsystem f{\"u}r die Identifizierung von Inhibitoren der Vif induzierten A3G-Degradation. Den zweiten Teil dieser Arbeit umfasste die Analyse von Derivaten des Vif Antagonisten RN-18 und neu entwickelten niedermolekularen Inhibitoren der Vif-ElonginC- Interaktion. Als ein wichtiges Ergebnis der Derivat-Analyse ergab sich, dass RN-18 zytotoxisch wirkt und im hier etablierten A3G-Abbauassay ein falsch-positives Signal generiert. Unter den analysierten Vif-ElonginC-Interaktionsinhibitoren fand sich eine Verbindung, die in einem initialen Screening, unter Verwendung des A3G-Abbauassays, eine deutliche Inhibition der Vif induzierten A3G-Degradation bewirkte. Zusammenfassend konnten im Rahmen dieses Promotionsprojektes erfolgreich mehrere Screeningsysteme f{\"u}r die Identifizierung von spezifischen Inhibitoren des A3G-Abbaus etabliert werden. Diese Systeme werden zuk{\"u}nftig dazu beitragen, dass Auffinden von neuartigen Therapeutika f{\"u}r die Behandlung von HIV-Infektionen zu beschleunigen.},
  subject      = {Inhibitor},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Topf2013,
  author    = {Topf, Christine},
  title     = {Design, Synthese und biologische Testung von KasA-Inhibitoren als potentielle Wirkstoffe gegen Mycobacterium tuberculosis},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-77865},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {Im Mittelpunkt dieser Arbeit stand die Entwicklung neuer Wirkstoffe gegen Tuberkulose, einer schwerwiegenden bakteriellen Infektionskrankheit, die am h{\"a}ufigsten die Lunge bef{\"a}llt. Die Entwicklung neuer Arzneistoffe gegen diese Erkrankung ist immens wichtig, da nach Angaben der WHO weltweit j{\"a}hrlich {\"u}ber 1 Million Menschen an den Folgen der Tuberkulose sterben, derzeit kein effizienter Impfstoff zur Verf{\"u}gung steht und sich die Therapiem{\"o}glichkeiten auf wenige Arzneistoffe beschr{\"a}nken. Zudem steigt weltweit das Auftreten von arzneistoff- und totalresistenten Tuberkuloseformen. Tuberkulose wird vorwiegend durch das Mycobacterium tuberculosis erregt. Eine Besonderheit des M. tuberculosis stellt die mykobakterielle Zellwand dar, da diese durch einen hohen Anteil an Fetts{\"a}uren besonders wachsartig und dick ist. Die mykobakterielle Fetts{\"a}uresynthese unterscheidet sich signifikant von der Synthese eukaryotischer Fetts{\"a}uren. Daher besteht die M{\"o}glichkeit, Inhibitoren der mykobakteriellen Fetts{\"a}uresynthese als effektive und selektive neue Antituberkulotika zu entwickeln. Zielstruktur dieser Arbeit ist KasA (β-Ketoacylsynthase), ein Enzym der mykobakteriellen Fetts{\"a}uresynthese II, das die Kondensation zwischen der wachsenden Fetts{\"a}urekette und Malonyl-ACP katalysiert. Ein literaturbekannter KasA-Inhibitor ist Thiolactomycin, ein Thiolacton-Derivat mit einer schwachen inhibitorischen Aktivit{\"a}t (IC50: 242 µM; Kd 226 µM), f{\"u}r den eine KasA-Komplexstruktur verf{\"u}gbar ist. Ziel der Arbeit war es, mittels computergest{\"u}tzten Wirkstoffdesigns neue Leitstrukturen f{\"u}r KasA-Inhibitoren zu entwickeln und davon abgeleitet Substanzbibliotheken kleiner Molek{\"u}le zu synthetisieren. Zur Bestimmung der In-vitro-Aktivit{\"a}ten sollte KasA exprimiert und ein Assay etabliert werden. Theoretische und experimentelle Affinit{\"a}ten sollten anschließend analysiert und bewertet werden. Zur Identifizierung neuer potenzieller KasA-Inhibitoren wurde mit Hilfe des Thiolactomycin-Bindemodus ein Pharmakophor-Modell erstellt. In diesem wurden die essentielle Wasserstoffbr{\"u}cke zwischen den Histidinen und dem Carbonyl-Sauerstoff des Thiolactonrings, zwei hydrophobe Bereiche und ein verbindendes Strukturelement definiert und das Volumen des Pharmakophors begrenzt. Das Screening der Datenbank erfolgte mit GOLD4.0 und GOLDscore. Zur Identifizierung der 16 aussichtsreichsten Verbindungen wurden Rescorings mit ChemScore und sfc_score290m durchgef{\"u}hrt, sowie verschiedene physikochemische Deskriptoren und der errechnete Bindungsmodus einbezogen. Ausgew{\"a}hlte Verbindungen des Screenings wurden synthetisiert. Weitere Variationen wurden durch Einf{\"u}hrung von Substituenten und Bromierung und Nitrierung der Grundger{\"u}ste erhalten. Zur biologischen Testung dieser Verbindungen konnte KasA in M. smegmatis exprimiert werden. Die Reinigung des Proteins erfolgte mittels Affinit{\"a}ts- und Gr{\"o}ßenausschlusschromatographie. Affinit{\"a}tswerte an KasA konnten mit einem Fluoreszenzassays bestimmt werden, da in jedem KasA-Monomer vier Tryptophane zur intrinsischen Fluoreszenz beitragen. Die Bindung eines Inhibitors in die TLM-Bindetasche f{\"u}hrte zum Quenching der Fluoreszenz von KasA und konnte unter Ber{\"u}cksichtigung von Verd{\"u}nnungs- und inneren Filtereffekten zur Berechnung der Dissoziationskonstante Kd herangezogen werden. Die In-vitro-Untersuchungen der Inhibitoren von KasA zeigten im Vergleich zu TLM eine Verbesserung der Affinit{\"a}t bis zu einem Faktor von 11, die beste Verbindung war das Nitroisatin-Derivat 2l (22.1 µM). Einen Hinweis auf Hemmung des Wachstums von Mykobakterien war f{\"u}r die Verbindungen 2e (5-Nitro-1-phenethyl-2,3-indolindion) und 3a (5,7-Dibrom-1-(4-chlorbenzyl)indolin-2,3-dion) ersichtlich. Die {\"u}brigen Verbindungen zeigten keine Aktivit{\"a}t, was dadurch bedingt sein kann, dass sie Substanzen nicht lipophil genug sind (clogP-Werte zwischen 1 und 3), um die mykobakterielle Zellwand zu durchdringen. Analog dem Docking im Rahmen des virtuellen Screenings wurde ein Docking mit GOLD4.0 und GOLDscore f{\"u}r die Substanzbibliothek durchgef{\"u}hrt. Verglichen mit den In-vitro-Affinit{\"a}ten konnte eine gute {\"U}bereinstimmung in der Differenzierung der Substanzklassen gefunden werden. Da kleine Molek{\"u}le mit großer biologischer Aktivit{\"a}t zu bevorzugen sind, wurde die „ligand efficiency", die inhibitorische Potenz unabh{\"a}ngig vom Molekulargewicht, f{\"u}r die Verbindungen berechnet. F{\"u}r die Substanzbibliothek wurde eine gute Korrelation von „ligand efficiency" und GOLDscore pro Schweratom erzielt (R2=0.65), beste Substanzgruppen waren monoalkylierte Uracil- und Isatin-Derivate. Der beste Wert wurde f{\"u}r das Isatin-Derivat 1a erzielt. Mit den erarbeiteten theoretischen und experimentellen Ergebnissen und den etablierten Methoden bietet diese Arbeit eine wichtige Grundlage, um erste „hits" von KasA-Inhibitoren zu neuen Leitstrukturen f{\"u}r Wirkstoffe gegen Mycobakterium tuberculosis zu entwickeln.},
  subject      = {Tuberkelbakterium},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Paasche2013,
  author    = {Paasche, Alexander},
  title     = {Mechanistic Insights into SARS Coronavirus Main Protease by Computational Chemistry Methods},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-79029},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {The SARS virus is the etiological agent of the severe acute respiratory syndrome, a deadly disease that caused more than 700 causalities in 2003. One of its viral proteins, the SARS coronavirus main protease, is considered as a potential drug target and represents an important model system for other coronaviruses. Despite extensive knowledge about this enzyme, it still lacks an effective anti-viral drug. Furthermore, it possesses some unusual features related to its active-site region. This work gives atomistic insights into the SARS coronavirus main protease and tries to reveal mechanistic aspects that control catalysis and inhibition. Thereby, it applies state-of-the-art computational methods to develop models for this enzyme that are capable to reproduce and interpreting the experimental observations. The theoretical investigations are elaborated over four main fields that assess the accuracy of the used methods, and employ them to understand the function of the active-site region, the inhibition mechanism, and the ligand binding. The testing of different quantum chemical methods reveals that their performance depends partly on the employed model. This can be a gas phase description, a continuum solvent model, or a hybrid QM/MM approach. The latter represents the preferred method for the atomistic modeling of biochemical reactions. A benchmarking uncovers some serious problems for semi-empirical methods when applied in proton transfer reactions. To understand substrate cleavage and inhibition of SARS coronavirus main protease, proton transfer reactions between the Cys/His catalytic dyad are calculated. Results show that the switching between neutral and zwitterionic state plays a central role for both mechanisms. It is demonstrated that this electrostatic trigger is remarkably influenced by substrate binding. Whereas the occupation of the active-site by the substrate leads to a fostered zwitterion formation, the inhibitor binding does not mimic this effect for the employed example. The underlying reason is related to the coverage of the active-site by the ligand, which gives new implications for rational improvements of inhibitors. More detailed insights into reversible and irreversible inhibition are derived from in silico screenings for the class of Michael acceptors that follow a conjugated addition reaction. From the comparison of several substitution patterns it becomes obvious that different inhibitor warheads follow different mechanisms. Nevertheless, the initial formation of a zwitterionic catalytic dyad is found as a common precondition for all inhibition reactions. Finally, non-covalent inhibitor binding is investigated for the case of SARS coranavirus main protease in complex with the inhibitor TS174. A novel workflow is developed that includes an interplay between theory and experiment in terms of molecular dynamic simulation, tabu search, and X-ray structure refinement. The results show that inhibitor binding is possible for multiple poses and stereoisomers of TS174.},
  subject      = {SARS},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Knobloch2014,
  author    = {Knobloch, Gunnar},
  title     = {Biochemical and structural characterization of chronophin},
  doi       = {10.25972/OPUS-11008},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-110088},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {The haloacid dehalogenase (HAD) family of phosphatases is an ancient, ubiquitous group of enzymes, and their emerging role in human health and disease make them attractive targets for detailed analyses. This thesis comprises the biochemical and structural characterization of chronophin, an HAD-type phosphatase, which has been shown to act on Ser3-phosphorylated cofiln-1, a key regulator of actin dynamics, and on the Ser/Thr-phosphorylated steroid receptor co-activator 3 (SRC-3). Besides being a specific phosphoprotein phosphatase, chronophin also acts on the small molecule pyridoxal 5'-phosphate (PLP, vitamin B6), implying that chronophin serves as a regulator of a variety important physiological pathways. The analysis of chronophin was performed on different levels, ranging from intrinsic regulatory mechanisms, such as the allosteric regulation via dimerization or the characterization of specificity determinants, to modes of extrinsic modulation, including the association with putative interacting proteins or the generation of chronophin-specific inhibitors. The association of the previously identified putative chronophin interactors calcium- and integrinbinding protein 1 (CIB1) and calmodulin was investigated using recombinantly expressed and purified proteins. These studies revealed that the interaction of chronophin with CIB1 or calmodulin is mutually exclusive and regulated by calcium. Neither CIB1 nor calmodulin had an effect on the in vitro chronophin phosphatase activity towards PLP or phospho-cofilin-1, but might regulate other functions of this important phosphatase. The role of chronophin dimerization was studied by generating a constitutively monomeric variant, which showed reduced PLP hydrolyzing activity. X-ray crystallographic studies revealed that dimerization is essential for the positioning of the substrate specificity loop in chronophin, unraveling a previously unknown mechanism of allosteric regulation through a homophilic interaction. This mechanism potentially applies to other enzymes of the C2a subfamily of HAD-type phosphatases, as all structurally characterized members show a conserved mode of dimerization. The general determinants of substrate specificity in the C2a subfamily of HAD phosphatases were investigated by performing domain swapping experiments with chronophin and its paralog AUM and subsequent biochemical analyses of the hybrid proteins. The X-ray crystallographic structure determination of the chronophin catalytic domain equipped with the AUM capping domain revealed the first partial structure of AUM. This structural information was then used in subsequent studies that analyzed the divergent substrate specificities of AUM and chronophin in an evolutionary context. Finally, a set of four chronophin inhibitors were generated based on the structure of PLP and characterized biochemically, showing moderate inhibitory effects with IC50-values in the micromolar range. These compounds nevertheless constitute valuable tools for future in vitro experiments, such as studies concerning the structure-function relationship of chronophin as a PLP phosphatase. In addition, the crystal structure of one inhibitor bound to chronophin could be solved. These results provide the basis for the further development of competitive chronophin inhibitors with increased specificity and potency.},
  subject      = {Phosphatasen},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Kumari2014,
  author    = {Kumari, Geeta},
  title     = {Molecular Characterization of the Induction of Cell Cycle Inhibitor p21 in Response to Inhibition of the Mitotic Kinase Aurora B},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-101327},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Aurora B ist eine mitotische Kinase, die entscheidende Funktionen in der Zellteilung aus{\"u}bt. Aurora B ist außerdem in einer Vielzahl von Krebsarten mutiert oder {\"u}berexprimiert. Daher ist die Aurora B Kinase ein attraktives Ziel f{\"u}r die Tumortherapie. Gegenw{\"a}rtig werden Aurora B-Inhibitoren zur Behandlung von soliden Tumoren und Leuk{\"a}mien in verschiedenen klinischen Studien getestet. Es fehlen jedoch Informationen, welche molekularen Mechanismen den beschriebenen Ph{\"a}notypen wie Zellzyklusarrest, Aktivierung des Tumorsuppressors p53 und seines Zielgens p21 nach Aurora B-Hemmung zugrunde liegen. Hauptziel dieser Arbeit war es die Mechanismen der p21-Induktion nach Hemmung von Aurora B zu untersuchen. Es konnte gezeigt werden, dass nach Hemmung von Aurora B die p38 MAPK phosphoryliert und somit aktiviert wird. Experimente mit p38-Inhbitoren belegen, dass p38 f{\"u}r die Induktion von p21 und den Zellzyklusarrest ben{\"o}tigt wird. Die Stabilisierung von p53 nach Aurora B-Inhibition und die Rekrutierung von p53 an den p21-Genpromotor erfolgen jedoch unabh{\"a}ngig vom p38-Signalweg. Stattdessen ist p38 f{\"u}r die Anreicherung der elongierenden RNA-Polymerase II in der kodierenden Region des p21-Gens und f{\"u}r die Bildung des p21 mRNA Transkripts notwendig. Diese Daten zeigen, dass p38 transkriptionelle Elongation des p21-Gens nach Aurora B Hemmung f{\"o}rdert. In weiteren Untersuchungen konnte ich zeigen, dass die Aurora B-Hemmung zu einer Dephosphorylierung des Retinoblastoma-Proteins f{\"u}hrt und dadurch eine Abnahme der E2F-abh{\"a}ngigen Transkription bewirkt. Dies l{\"o}st indirekt einen Zellzyklusarrest aus. Weiterhin konnte mit Hilfe von synchronisierten Zellen gezeigt werden, dass p21 nach Durchlaufen einer abnormalen Mitose induziert wird, jedoch nicht nach Aurora B-Hemmung in der Interphase. Interessanterweise werden p38, p53 und p21 schon bei partieller Inhibition von Aurora B aktiviert. Die partielle Inhibition von Aurora B f{\"u}hrt zu chromosomaler Instabilit{\"a}t aber nicht zum Versagen der Zytokinese und zur Bildung polyploider Zellen. Damit korreliert die Aktivierung des p38-p53-p21-Signalweges nicht mit Tetraploidie sondern mit vermehrter Aneuploidie. Die partielle Hemmung von Aurora B f{\"u}hrt außerdem zur vermehrten Entstehung von reaktive Sauerstoffspezies (ROS), welche f{\"u}r die Aktivierung von p38, p21 und f{\"u}r den Zellzyklusarrest ben{\"o}tigt werden. Basierend auf diesen Beobachtungen kann folgendes Modell postuliert werden: Die Hemmung von Aurora B f{\"u}hrt zu Fehlern in der Chromosomenverteilung in der Mitose und damit zu Aneuploidie. Dies f{\"u}hrt zu vermehrter Produktion von ROS, m{\"o}glicherweise durch proteotoxischer Stress, hervorgerufen durch die Imbalanz der Proteinbiosynthese in aneuploiden Zellen. ROS bewirkt eine Aktivierung der p38 MAPK und tr{\"a}gt damit zur Induktion von p21 und dem resultierenden Zellzyklusarrest bei. Aneuploidie, proteotoxischer und oxidativer Stress stellen Schl{\"u}sselmerkmale von Tumorkrankungen dar. Anhand der Ergebnisse dieser Arbeit k{\"o}nnte die Kombination von Aurora B-Hemmstoffen mit Medikamenten, die gezielt aneuploide Zellen angreifen, in Tumorerkrankungen therapeutisch wirksam sein.},
  subject      = {Zellzyklus},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Kottmair2014,
  author    = {Kottmair, Mathias},
  title     = {Bambi - Charakterisierung eines inhibitorischen BMP-Pseudorezeptors},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-103530},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Die TGF-β-Proteinfamilie umfasst eine Vielzahl von zumeist homodimeren sezernierten Liganden in h{\"o}heren Tieren, die viele Vorg{\"a}nge und Entwicklungen im Embryo wie im adulten Lebewesen {\"u}ber absolute oder graduelle Einflussnahme steuern. Die Signalweiterleitung ins Zytoplasma und den Nukleus erfolgt {\"u}ber promisk paarig rekrutierte Typ-I- und Typ-II-Rezeptoren, ehe vorwiegend rezeptorabh{\"a}ngig verschiedene SMAD-Proteine von Typ-I-Kinasen der Rezeptoren aktiviert werden, in den Kern translozieren und die Transkription induzieren. Zu jedem Zeitpunkt dieser Signalweiterleitung kann mittels verschiedener endogener Inhibitoren regulatorisch eingegriffen werden. Dem bisher einzig bekannten membranst{\"a}ndigen Pseudorezeptor Bambi (BMP and Activine membrane bound inhibitor) wurde in vorangegangenen Arbeiten inhibitorisches Potential gegen{\"u}ber dem BMP- und Activin-vermittelten Signalweg {\"u}ber Bindung an distinkte ligandenadressierte Rezeptoren zugeschrieben, wobei die genaue Wirkweise bislang noch vollkommen unklar war. In der vorliegenden Arbeit wurde initial ein Homologiemodell der extrazellul{\"a}ren Dom{\"a}ne von hBambi anhand der gel{\"o}sten Kristallstruktur der extrazellul{\"a}ren Dom{\"a}ne von BR1A im gebundenen Zustand (PDB-ID: 1REW) erstellt. Anhand dieses Modells wurde eine Arbeitshypothese entwickelt und es gelang in der Folge, biologisch aktives rekombinantes Protein zum einen aus transfizierten Insektenzellen sowie aus der Renaturierung aus bakteriellen Einschlussk{\"o}rpern in hinreichender Menge herzustellen und chromatographisch aufzureinigen. Nach einer vergleichenden Qualit{\"a}tskontrolle beider Exprimate wurden mittels CD-Spektroskopie und analytischer Gelfiltration der Anteil der Sekund{\"a}rstrukturelemente sowie der Oligomerisierungsgrad erfolgreich bestimmt. In SPR-Bindestudien wurde der Beweis erbracht, dass hBambi-ECD Affinit{\"a}t zu ann{\"a}hernd allen getesteten Liganden der BMP-/GDF-Gruppe, die den SMAD-1/-5-/-8-Signalweg aktivieren, zeigt. Bekannte Typ-I- und Typ-II-Bindungsmutanten von BMP-2 wurden ebenfalls von hBambi-ECD quasi wildtypisch gebunden. Verschiedene Rezeptorektodom{\"a}nen sowie ActivinA wurden, wie bisher in der Literatur f{\"a}lschlich angenommen wurde, hingegen nicht gebunden. Die propagierte Homooligomerisierung von Bambi wird {\"u}berdies nicht {\"u}ber die extrazellul{\"a}re Dom{\"a}ne vermittelt. Eingesetzt in Stimulationsversuche mit BMP-responsiven Zellen wurde eine konzentrationsabh{\"a}ngige inhibierende Wirkung von freier hBambi-ECD auf die BMP-2-vermittelte Signalweiterleitung mit unterschiedlichen Nachweismethoden ermittelt, welche die Ergebnisse aus den SPR-Versuchen erfolgreich best{\"a}tigten. In einem weiteren Teil dieser Arbeit wurden verschiedene chim{\"a}re Konstrukte aus f{\"u}r Bambi- und BR1A-Dom{\"a}nen kodierenden Sequenzen kloniert, in HEK Ad293-Zellen zusammen mit BMP- und Activin-responsiven Reportergenkonstrukten transient transfiziert und Stimulationsversuche mit BMP-2 und ActivinA durchgef{\"u}hrt. Wildtypisches Bambi zeigte hierbei ein ambivalentes Verhalten in Bezug auf die Regulation des BMP-2-Signals: geringe Mengen wirken agonistisch, h{\"o}here Mengen antagonistisch auf die Ausbildung des Reporters. Im Fall von ActivinA zeigte sich hingegen kein antagonistischer Einfluss von Bambi. In den Experimenten mit chim{\"a}ren Varianten erfolgte durch die erhaltenen Daten die Eingrenzung der Bindestelle von hBambi-ECD an BMP-2 auf den Bereich der Typ-I-Bindestelle. Ein direkter Einfluss der intrazellul{\"a}ren Dom{\"a}ne auf den BMP-2-Signalweg wurde ausgeschlossen. Weiterhin konnte gerade in Versuchen mit einem Antik{\"o}rper gegen BR1A-ECD eine weitere Eigenheit der Bindung von Bambi an den Liganden offenbart werden: so bildet das Konstrukt aus hBambi-ECD und der intrazellul{\"a}ren BR1A-Dom{\"a}ne mit zugeh{\"o}riger GS-Box und Typ-I-Kinase einen korrekt in den signalaktiven heterohexameren Komplex rekrutierten funktionellen Typ-I-Rezeptor. Mit den in dieser Arbeit erzielten Ergebnissen, n{\"a}mlich der gelungenen Erstellung eines Herstellungsprotokolls der ECD, deren erfolgreich identifizierten Bindepartnern sowie der Charakterisierung der Bindung an BMP-2 ist der Grundstein f{\"u}r die Strukturaufkl{\"a}rung von hBambi-ECD gelegt, welche weitere Klarheit in die Funktionalit{\"a}t dieses Modulators der BMP-/GDF-vermittelten Signalweiterleitung bringen wird. Ebenso sind erste das Verst{\"a}ndnis der ICD aufkl{\"a}rende Ergebnisse erzielt worden, die das Fundament f{\"u}r weitere Experimente und darauf folgende Kenntnisgewinne darstellen werden.},
  subject      = {Knochen-Morphogenese-Proteine},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Schmidt2015,
  author    = {Schmidt, Thomas Christian},
  title     = {Theoretical Investigations on the Interactions of Small Compounds with their Molecular Environments},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-127860},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {Im ersten Teil dieser Arbeit wird eine Kombination theoretischer Methoden f{\"u}r die strukturbasierte Entwicklung neuer Wirkstoffe pr{\"a}sentiert. Ausgehend von der Kristallstruktur eines kovalenten Komplexes einer Modellverbindung mit dem Zielprotein wurde mit Hilfe von quantenmechanischen und QM/MM Rechnungen die genaue Geometrie des vorausgehenden nicht-kovalenten Komplexes betimmt. Letztere ist der bestimmende Faktor f{\"u}r die Reaktivit{\"a}t des Inhibitors gegen{\"u}ber der katalytisch aktiven Aminos{\"a}ure und damit f{\"u}r die Ausbildung einer kovalenten Bindung. Aus diesem Grund wurde diese Geometrie auch f{\"u}r die Optimierung der Substitutionsmusters des Ihnibitors verwendet, um dessen Affinit{\"a}t zum Zielenzyme zu verbessern ohne dass dieser seine F{\"a}higkeit kovalent an das aktive Zentrum zu binden verliert. Die Optimierung des Substitutionsmuster wurde doch Methode des Molekularen Dockings unterst{\"u}tzt, das diese optimal dazu geeignet sind, Bindungsaffinit{\"a}ten vorherzusagen, die durch eine Modifikation der chemischen Struktur entstehen. Eine Auswahl der besten Strukturen wurde anschließend verwendet, um zu {\"u}berpr{\"u}fen, ob die ver{\"a}nderten Molek{\"u}le noch gen{\"u}gen Reaktivit{\"a}t gegen{\"u}ber dem Zielprotein aufweisen. Molek{\"u}ldynamik Simulationen der neuen Verbindungen haben jedoch gezeigt, dass die ver{\"a}nderten Verbindungen nur so and das Protein binden, dass die Bilung eine kovalenten Bindung zum Enzym nicht mehr m{\"o}glich ist. Daher wurden in einem weiteren Schritt die Modellverbindungen weiter modifiziert. Neben {\"A}nderungen im Substitutionsmuster wurde auch die chemische Struktur im Kern ver{\"a}ndert. Die Bindungsaffinit{\"a}ten wurde wieder mittels Docking {\"u}berpr{\"u}ft. F{\"u}r die besten Bindungsposen wurden wieder Simulationen zur Molek{\"u}ldynamik durchgef{\"u}hrt, wobei diesmal die Ausbildung einer kovalenten Bindung zum Enzyme m{\"o}glich erscheint. In einer abschließenden Serie von QM/MM Rechnungen unter Ber{\"u}cksichtigung verschiedener Protonierungszust{\"a}nde des Inhibitors und des Proteins konnten Reaktionspfade und zugeh{\"o}rige Reaktionsenergien bestimmt werden. Die Ergebnisse lassen darauf schließen, dass eines der neu entwickelten Molek{\"u}le sowohl eine stark verbesserte Bindungsaffinit{\"a}t wie auch die M{\"o}glichkeit der kovalenten Bindung an Enzyme aufweist. Der zweite Teil der Arbeit konzentriert sich auf die Umgebungseinfl{\"u}sse auf die Elektronenverteilung eines Inhibitormodells. Als Grundlage dient ein vinylsulfon-basiertes Moek{\"u}l, f{\"u}r das eine experimentell bestimmte Kristallstruktur sowie ein theoretisch berechneter Protein Komplex verf{\"u}gbar sind. Ein Referendatensatz f{\"u}r diese Systeme wurde erstellt, indem der Konformationsraum des Inhibitors nach m{\"o}glichen Minimumsstrukturen abgesucht wurde, welche sp{\"a}ter mit den Geometrien des Molek{\"u}ls im Kristall und im Protein verglichen werden konnten. The Geometrie in der Kristallumgebung konnte direkt aus den experimentellen Daten {\"u}bernommen werden. Rechnungen zum nicht-kovalenten Protein Komplex hingegen haben gezeigt, dass f{\"u}r das Modellsystem mehrere Geometrien des Inhibiors sowie zwei Protonierungszust{\"a}nde f{\"u}r die katalytisch aktiven Aminos{\"a}uren m{\"o}glich sind. F{\"u}r die Analyse wurden daher alle m{\"o}glichen Proteinkomplexe mit der Kristallstruktur verglichen. Ebenso wurden Vergleiche mit der Geometrie des isolierten Molek{\"u}ls im Vakuum sowie der Geometrie in w{\"a}ssriger L{\"o}sung angestellt. F{\"u}r die Geometrie des Molek{\"u}ls an sich ergab sich eine gute {\"U}bereinstimmung f{\"u}r alle Modellsysteme, f{\"u}r die Wechselwirkungen mit der Umgebung jedoch nicht. Die Ausbildung von Dimeren in der Kristallumgebung hat einen stark stablisierenden Effekt und ist einer der Gr{\"u}nde, warum dieser Kristall so gut wie keine Fehlordungen aufweist. In den Proteinkomplexen hingegen ergibt sich eine Abstoßung zwischen dem Inhibitor und einer der katalytisch aktiven Aminos{\"a}uren. Als Ursache f{\"u}r diese Abstoßung konnte die Einf{\"u}hrung der Methylaminfunktion ausgemacht werden. Vermutlicherweise f{\"u}hrt diese strukturelle {\"A}nderung auch dazu, dass der Modellinhibitor nicht in der Lage ist, so wie die Leitstruktur K11777 an das aktive Zentrum des Enzyms zu binden.},
  subject      = {Theoretische Chemie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Winkler2015,
  author    = {Winkler, Ann-Cathrin Nicole},
  title     = {Identification of human host cell factors involved in \(Staphylococcus\) \(aureus\) 6850 infection},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-114300},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {Staphylococcus aureus is both a human commensal and a pathogen. 20\%-30\% of all individuals are permanently or occasionally carriers of S. aureus without any symptoms. In contrast to this, S. aureus can cause life-threatening diseases e.g. endocarditis, osteomyelitis or sepsis. Here, the increase in antibiotic resistances makes it more and more difficult to treat these infections and hence the number of fatalities rises constantly. Since the pharmaceutical industry has no fundamentally new antibiotics in their pipeline, it is essential to better understand the interplay between S. aureus and the human host cell in order to find new, innovative treatment options. In this study, a RNA interference based whole genome pool screen was performed to identify human proteins, which play a role during S. aureus infections. Since 1,600 invasion and 2,271 cell death linked factors were enriched at least 2 fold, the big challenge was to filter out the important ones. Here, a STRING pathway analysis proved to be the best option. Subsequently, the identified hits were validated with the help of inhibitors and a second, individualised small interfering RNA-based screen. In the course of this work two important steps were identified, that are critical for host cell death: the first is bacterial invasion, the second phagosomal escape. The second step is obligatory for intracellular bacterial replication and subsequent host cell death. Invasion in turn is determining for all following events. Accordingly, the effect of the identified factors towards these two crucial steps was determined. Under screening conditions, escape was indirectly measured via intracellular replication. Three inhibitors (JNKII, Methyl-beta-cyclodeytrin, 9-Phenantrol) could be identified for the invasion process. In addition, siRNAs targeted against 16 different genes (including CAPN2, CAPN4 and PIK3CG), could significantly reduce bacterial invasion. Seven siRNAs (FPR2, CAPN4, JUN, LYN, HRAS, AKT1, ITGAM) were able to inhibit intracellular replication significantly. Further studies showed that the IP3 receptor inhibitor 2-APB, the calpain inhibitor calpeptin and the proteasome inhibitor MG-132 are able to prevent phagosomal escape and as a consequence intracellular replication and host cell death. In this context the role of calpains, calcium, the proteasome and the mitochondrial membrane potential was further investigated in cell culture. Here, an antagonistic behaviour of calpain 1 and 2 during bacterial invasion was observed. Intracellular calcium signalling plays a major role, since its inhibition protects host cells from death. Beside this, the loss of mitochondrial membrane potential is characteristic for S. aureus infection but not responsible for host cell death. The reduction of membrane potential can be significantly diminished by the inhibition of the mitochondrial Na+/Ca2+ exchanger. All together, this work shows that human host cells massively contribute to different steps in S. aureus infection rather than being simply killed by bacterial pore-forming toxins. Various individual host cell factors were identified, which contribute either to invasion or to phagosomal escape and therefore to S. aureus induced cytotoxicity. Finally, several inhibitors of S. aureus infection were identified. One of them, 2-APB, was already tested in a sepsis mouse model and reduced bacterial load of kidneys. Thus, this study shows valuable evidence for novel treatment options against S. aureus infections, based on the manipulation of host cell signalling cascades.},
  subject      = {Staphylococcus aureus},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Vogel2015,
  author    = {Vogel, Simon},
  title     = {Untersuchungen von Thiazolidindionen und verwandten F{\"u}nfringheterozyklen als Leitstruktur potenzieller Inhibitoren der Enoyl-ACP-Reduktase InhA des Mycobacterium tuberculosis},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-113792},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {Weltweit z{\"a}hlt die Tuberkulose zu den t{\"o}dlichsten und am weitesten verbreiteten Infektionskrankheiten. Missst{\"a}nde in der ohnehin komplexen Therapie einerseits und fehlende Entwicklung neuartiger ad{\"a}quater Wirkstoffe andererseits, f{\"u}hrten zur Entstehung von multi- und sogar total-resistenten Keimen. Der Haupterreger ist das Mycobacterium tuberculosis. Charakteristisch f{\"u}r Mykobakterien ist eine dicke und undurchl{\"a}ssige wachsartige Zellwand mit einem großen Anteil an bestimmten Fetts{\"a}uren. Die mykobakterielle Biosynthese dieser Fetts{\"a}uren unterscheidet sich stark von eukaryotischen Zellen. Die selektive Beeinflussung dieses Systems f{\"u}hrt zu nicht {\"u}berlebensf{\"a}higen Mykobakterien und stellt somit ein idealer Angriffspunkt f{\"u}r Arzneistoffe dar. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung neuartiger direkter Hemmstoffe von InhA, einem f{\"u}r den Zellwandaufbau des Mycobacterium tuberculosis essenziellem Enzym. Es wurden zwei photometrische gekoppelt-enzymatische Assay-Systeme im 96-Well-Format entwickelt, die sich das Absorptions- bzw. Fluoreszenzverhalten des Coenzyms NADH zu Nutze machen. Das hierzu ben{\"o}tigte Enzym InhA wurde {\"u}berexprimiert und aufgereinigt. Mehrere Synthesemethoden f{\"u}r das im Testverfahren verwendete Substrat 2-trans-Octenoyl-CoA (2toCoA) wurden etabliert. Die etablierten Assay-Systeme wurden mit Hilfe von Positivkontrollen validiert. Grundlegende Experimente zur Errichtung einer substratunabh{\"a}ngigen orthogonalen Methode mittels MST wurden get{\"a}tigt. Basierend auf den Ergebnissen eines in Vorarbeiten durchgef{\"u}hrten virtuellen Screenings wurden erste potenzielle Inhibitoren kommerziell erworben und getestet. Nachfolgend wurde mit der Synthese von Derivaten begonnen, welche auf iterativem Wege optimiert wurden (Testung - Docking - Synthese neuer Derivate). Hierdurch wurde eine umfassende Substanzbibliothek bestehend aus insgesamt 254 Verbindungen aufgebaut. Diese setzte sich aus unterschiedlich substituierten Thiazolidin-2,4-dionen- und Thiazolin-2-on-Derivaten, Derivaten der {\"a}hnlich strukturierten F{\"u}nfring-Heterozyklen Rhodanine, Thiohydantoine und Hydantoine und weiteren Strukturklassen bestehend aus Biphenylether-, Pyrrolidoncarboxamid-, Pyridon- und Sulfonamid-Derivaten zusammen. Die Verbindungen wurden entweder selbst synthetisiert, kommerziell erworben oder von Kooperationspartnern bezogen. Neben der Etablierung zuverl{\"a}ssiger und effizienter Syntheserouten stand hierbei ebenso die strukturelle Aufkl{\"a}rung der stereochemischen Verh{\"a}ltnisse der Produkte im Mittelpunkt. Die Verbindungen der aufgebauten Substanzbibliothek wurden mit dem etablierten InhA-Testsystem auf ihre inhibitorischen Eigenschaften gegen{\"u}ber InhA untersucht. Soweit m{\"o}glich wurden Struktur-Aktivit{\"a}tsbeziehungen abgeleitet. Insbesondere einige disubstituierte Thiazolidindione zeigten eine schwache Hemmung von bis zu 25 \%. Die zur Aufkl{\"a}rung des Inhibitionsmechanismus durchgef{\"u}hrten Experimente deuten auf eine unkompetitive Hemmung hin. Bei den direkten Testungen an Mykobakterien konnten die inhibitorischen Eigenschaften hingegen nicht best{\"a}tigt werden. Weiterhin wurden Testungen an Cystein- und Serin-Proteasen von Erregern anderer Infektionskrankheiten durchgef{\"u}hrt. Das Thiazolinon SV102 wurde hierbei als nicht-kompetitiver Hemmstoff von Cathepsin B mit einem Ki-Wert von 1.3 µM identifiziert. Die Synthese und Testung weiterer Thiazolin-2-on-Derivate sowie Cokristallisationsversuche mit Cathepsin B sind somit in Betracht zu ziehen. Die getesteten Thiazolidindion-Derivate der Substanzbibliothek zeigten hierbei mittelstarke bis gute Hemmeigenschaften, die ebenfalls an den Erregern beobachtbar waren. Relativiert werden diese vielversprechenden Ergebnisse allerdings durch eine ebenfalls zu beobachtende Zytotoxizit{\"a}t. Weiterhin konnte eine antibakterielle Wirkung der untersuchten Verbindungen in zellul{\"a}ren Assay-Systemen nicht gezeigt werden. Abschließend wurde die Eignung der Thiazolidindione und verwandter F{\"u}nfringheterozyklen als Leitstruktur f{\"u}r potenzielle InhA-Inhibitoren, aber auch die Eignung dieser Verbindungsklasse als potenzielle Leitstruktur per se diskutiert.},
  subject      = {Thiazolidindione},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Sawatzky2016,
  author    = {Sawatzky, Edgar},
  title     = {Design und Synthese selektiver Butyrylcholinesterase (BChE) Inhibitoren zur Entwicklung von Radiopharmazeutika zur Erforschung der Alzheimer Erkrankung},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-144037},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {Although the physiological roles of BChE are not yet determined to date, the importance of this enzyme is continuously increasing as it was found to be associated with several disorders like diabetes mellitus type 2, cardiovascular diseases, obesity and especially with Alzheimer's disease (AD). In consequence, for investigations of BChE's pathological role in these diseases and to find new medication strategies, the development of selective and potent inhibitors is necessary. For this purpose, the current work progresses in five chapters on the exploration of the chemical, physical and biochemical properties of tetrahydroquinazoline based carbamates which were previously reported to be selective BChE inhibitors with potency in the low nanomolar range. 1) A Novel Way to Radiolabel Human Butyrylcholinesterase for PET through Irreversible Transfer of the Radiolabeled Moiety: PET-radiotracers represent an innovative tool to determine the distribution and the expression of a biological target in vivo. BChE lacks to a large degree of such tracers with a few exceptions. In this work, methods were developed to incorporate the radioisotopes 11C and 18F into the carbamate moiety of an tetrahydroquinazoline based inhibitor. In contrast to reversibly acting PET-probes, the described radiotracers were proven by kinetic studies to transfer the radioisotope covalently onto the active site of BChE, thus labeling the enzyme directly and permanently. 2) Discovery of Highly Selective and Nanomolar Carbamate-Based Butyrylcholinesterase Inhibitors by Rational Investigation into Their Inhibition Mode: To investigate the role of the tetrahydroquinazoline carrier scaffold on BChE inhibition, carbamate based inhibitors were synthesized. These compounds were successively used to perform kinetic investigations to determine their inhibition mode. Based on these data, a plausible binding model was postulated explaining the influence of the tetrahydroquinazoline carrier scaffold for binding at BChE's active site just before carbamate transfer takes place. Additionally, these compounds feature neuroprotective properties and prevent oxidative stress induced cell death in their carbamate form as well as after the release of the tetrahydroquinazoline carrier scaffold. 3) Dual Addressing of Butyrylcholinesterase by Targeting the Catalytic Active Site (CAS) and the Peripheral Anionic Site (PAS): Compounds which are dual-targeting the CAS and the PAS of BChE are the most potent and selective BChE inhibitors to date with inhibition values in the picomolar range. In this work, a strategy is described how to turn tetrahydroquinazoline based carbamates into dual binding BChE inhibitors. These inhibitors feature a carbamate moiety which is covalently transferred onto the CAS of BChE, and in addition provide a second pharmacophore connected via a linker to the carbamate moiety which is proposed to target the PAS. Preliminary results reveal a high tolerance of BChE towards different linker lengths without decrease in affinity. 4) Investigation into Selective Debenzylation and Ring Cleavage of Quinazoline based Heterocycles: The tetrahydroquinazoline system is well investigated in terms of its synthesis and its selective oxidation. To explore the reactivity of this system, a tetracyclic tetrahydroquinazoline was exposed to common reduction agents. These experiments revealed a high sensitivity of the tetrahydroquinazoline core towards several reduction conditions 5) Experimental and Theoretical Investigation into the Stability of Cyclic Aminals: Tetrahydroquinazolines are known to degrade in acidic media through hydrolysis of their aminal system; but literature is lacking of a systematic investigation into this behavior. Therefore, different tetrahydroquinazolines were synthesized and exposed to phosphate buffered systems with defined pH-values. A clear increase of the hydrolysis rate of the aminal system was determined in dependency of an increasing acidic media. Computational studies predicted and experimental studies proved that hydrolysis takes place in an acidic environment while the condensation of this system is preferred in neutral or basic aqueous media.},
  subject      = {Cholinesterase},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Juergens2016,
  author    = {J{\"u}rgens, Constantin Johannes Sebastian},
  title     = {Untersuchungen zum antiproliferativen Potential von Stoffwechselinhibitoren bei tumorphysiologischen Sauerstoffkonzentrationen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-140061},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {Das Ziel der Arbeit war zu untersuchen, ob der Stoffwechsel kolorektaler Karzi-nomzellen geeignete Targetstrukturen f{\"u}r m{\"o}gliche therapeutische Ans{\"a}tze aufweist. In Krebszellen induziert sowohl der Warburg-Effekt bei Normoxie als auch die anaerobe Glykolyse bei Hypoxie eine massive Bildung von Laktat. Wird die Krebszelle dauerhaft daran gehindert, die f{\"u}r die Glykolyse notwendi-gen Reduktions{\"a}quivalente NADH+H+ mit Hilfe der Laktatdehydrogenase zu reoxidieren und/oder Laktat {\"u}ber die Transporter MCT1 und MCT4 nach außen zu schleusen, dann l{\"o}st diese Kombination aus Mangelsituation und intrazellul{\"a}rer Ans{\"a}uerung den apoptotischen Zelltod aus. F{\"u}r die Situation in vivo ist entscheidend, dass auch Zellen von Normalgeweben zwar Laktat in Hypoxie bilden, dies jedoch keine vorherrschende physiologische Situation darstellt. Die Hemmstoffe Natriumoxamat (NaOx) f{\"u}r die Laktatdehydrogenase und α-Cyano-4-Hydroxycinnamat (αCHC) f{\"u}r MCT1 und MCT4 wurden an den sechs humanen kolorektalen Karzinomzelllinien Colo741, HCT116, HT29, LS174T, SW620 und WiDr untersucht. Zus{\"a}tzlich wurde der Glukoseverbrauch und die Laktatbildung bestimmt und die Funktion der Atmungskette {\"u}berpr{\"u}ft. Die IC50-Werte f{\"u}r 5-FU, NaOx und αCHC wurden bestimmt und danach NaOx in einer Konzentration von 40x10-3 mol/L, αCHC in einer Konzentration von 2x10-3 mol/L und 5-FU in einer Konzentration von 5x10-6 mol/L eingesetzt. Die Zellen wurden bei tumorphysiologischen Sauerstoffkonzentrationen von 5 \% und 1 \% Sauerstoff f{\"u}r bis zu 120 Stunden inkubiert. Die Funktion der Atmungskette in den Mitochondrien der kolorektalen Karzi-nomzellen wurde u. a. durch Bestimmung wichtiger Kenngr{\"o}ßen wie dem P:O Quotienten und des respiratorischen Kontrollindex (RKI) nachgewiesen. F{\"u}nf der sechs Karzinomzelllinien wiesen im Vergleich zur Kontrollzelllinie J774 einen verringerten P:O-Quotienten und respiratorischen Kontrollindex (RKI) auf, was darauf hindeutet, dass die Funktion der Mitochondrien dieser Zellen im Vergleich zu Kontrollzellen zwar verringert war, aber nicht vollst{\"a}ndig aufgehoben. Dieses Ergebnis st{\"u}tzt die allgemein akzeptierte Auffassung, dass die meisten Tumore {\"u}ber funktionelle Mitochondrien verf{\"u}gen. Durch die Analyse des Glukosestoffwechsels wurden die sechs kolorektalen Zelllinien, die einen unterschiedlich stark ausgepr{\"a}gten glykolytischen Ph{\"a}notyp aufwiesen, nach der St{\"a}rke der Laktatbildung bei 5 \% Sauerstoff in drei Kategorien eingeordnet. Zudem wurde f{\"u}r jede der sechs Zelllinien die Expression von LDH-A, LDH-B sowie MCT-1 und MCT-4 auf Proteinebene nachgewiesen. Wesentliches Ziel der Untersuchungen war die {\"U}berpr{\"u}fung des antiprolife-rativen Potentials der beiden Inhibitoren NaOx und αCHC einzeln oder in Kombination mit 5-FU bei den tumorspezifischen Sauerstoffkonzentrationen von 5 \% und 1 \%. Die Kombination aus NaOx und αCHC induzierte bei 1 \% Sauerstoff nach 9 Tagen in Kultur zytotoxische Effekte und war damit so wirksam wie 5x10-6 mol/L 5-FU. Die Zugabe von 5-FU zur Kombination aus NaOx und αCHC f{\"u}hrte zu keiner Steigerung des zelltoxischen Effektes. Die beiden Inhibitoren NaOx und αCHC waren f{\"u}r SW620 Zellen weniger wirksam als f{\"u}r Zellen der anderen f{\"u}nf Zelllinien. Das mehr „oxidative" Profil von SW620 Zellen (bester P:O-Quotient, geringste Laktatbildung bei 5 \% und 1 \% Sauerstoff; zudem die h{\"o}chsten IC50-Werte f{\"u}r NaOx und αCHC) k{\"o}nnte erkl{\"a}ren, warum die beiden Stoffwechselinhibitoren, die einen glykolytischen Ph{\"a}notyp (starke Bildung von Laktat) erfordern, f{\"u}r SW620 Zellen von geringerer Wirksamkeit waren. F{\"u}r die Hemmstoffe NaOx und αCHC wurden zytostatische bzw. zytotoxische Effekte in kolorektalen Karzinomzellen gezeigt. Dies deutet darauf hin, dass Krebszellen auf einen ungehinderten glykolytischen Stoffwechsel angewiesen sind. F{\"u}r beide Hemmstoffe wurde ebenfalls gezeigt, dass sie auch bei tumorre-levanten Sauerstoffkonzentrationen von 5 \% und 1 \% wirksam sind.},
  subject      = {Tumorzelle},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Kesetovic2016,
  author    = {Kesetovic, Diana},
  title     = {Synthesis and biological testing of potential anti-tuberculosis drugs targeting the β-ketoacyl ACP synthase},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-131301},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {With 9.6 million new cases and 1.5 million deaths in 2014, tuberculosis (TB) is alongside with AIDS the most deadly infection.‎ Foremost, the increased prevalence of resistant strains of M. tuberculosis among the TB-infected population represents a serious thread. Hence, in the last decades, novel drug targets have been investigated worldwide. So far a relatively unexplored target is the cell wall enzyme β-ketoacyl-ACP-synthase "KasA", which plays a crucial role in maintaining the membrane impermeability and hence the cell ability to resist to the immune response and drug therapy. KasA is a key enzyme in the fatty acid synthase "FAS-II" elongation cycle, responsible for the extension of the growing acyl chain within the biosynthesis of precursors for the most hydrophobic constituents of the cell wall - mycolic acids. Design of the novel KasA inhibitors, performed in the research group of Prof. Sotriffer by C. Topf and B. Schaefer, was based on the recently published crystal structure of KasA‎ in complex with its known inhibitor thiolactomycin (TLM). Considering the essential ligand-enzyme interactions, a pharmacophore model was built and applied in the virtual screening of a modified ZINC database. Selected hits with the best in silico affinity data have been reported by Topf‎ and Schaefer‎. In this work, two of the obtained hits were synthesized and their structure was systematically varied. First, a virtual screening hit, chromone-2-carboxamide derivative GS-71, was modified in the amide part. Since the most of the products possessed a very low solubility in the aqueous buffer medium used in biological assays, polar groups (nitro, succinamidyl and trimethyl-amino substituent in position 6 of the chromone ring or hydroxyl group on the benzene ring in the amide part have been inserted to the molecule. Further variations yielded diaryl ketones, diaryl ketone bearing a succinamidyl substituent, carboxamide bearing a methylpiperazinyl-4-oxobutanamido group and methyl-malonyl ester amides. Basically, the essential structural features necessary for the ligand-enzyme interactions have been maintained. The latter virtual screening hit, a pyrimidinone derivative VS-8‎ was synthesized and the structure was modified by substitution in positions 2, 4, 5 and 6 of the pyrimidine ring. Due to autofluorescence, detected in most of the products, this model structure was not further varied. Simultaneously, experiments on solubilization of the first chromone-2-carboxamides with cyclodextrins, cyclic oligosacharides known to form water-soluble inclusion complexes, were performed. Although the assessed solubility of the chromone 3b/DIMEB (1:3) mixture exceeded 14-fold the intrinsic one, the achieved 100 µM solubility was still not sufficient to be used as a stock solution in the binding assay. The experiments with cyclodextrin in combination with DMSO were ineffective. Owing to high material costs necessary for the appropriate cyclodextrin amounts, the aim focused on structural modification of the hydrophobic products. Precise structural data have been obtained from the solved crystal structures of three chromone derivatives: the screening hit GS-71 (3b), its trimethylammonium salt (18) and 6-nitro-substituted N-benzyl-N-methyl-chromone-2-carboxamide (9i). The first two compounds are nearly planar with an anti-/trans-rotamer configuration. In the latter structure, the carboxamide bridge is bent out of the chromone plane, showing an anti-rotamer, too. Considering the relatively low partition coefficient of compound 3b (cLogP = 2.32), the compound planarity and correlating tight molecular packing might be the factors significantly affecting its poor solubility. Regarding the biological results of the chromone-based compounds, similar structure-activity correlations could be drawn from the binding assay and the whole cell activity testing on M. tuberculosis. In both cases, the introduction of a nitro group to position 6 of the chromone ring and the presence of a flexible substituent in the amide part showed a positive effect. In the binding study, the nitro group at position 4 on the N-benzyl residue was of advantage, too. The highest enzyme affinity was observed for N-(4-nitrobenzyl)-chromone-2-carboxamide 4c (KD = 34 µM), 6-nitro substituted N-benzyl-chromone-2-carboxamide 9g (KD = 40 µM) and 6‑nitro-substituted N-(4-nitrobenzyl)-chromone-2-carboxamide 9j (KD = 31 µM), which could not be attributed to the fluorescence quenching potential of the nitro group. The assay interference potential of chromones, due to a covalent binding on the enzyme sulfhydryl groups, was found to be negligible at the assay conditions. Moderate in vivo activity was detected for 6‑nitro-substituted N-benzyl-chromone-2-carboxamide 9g and its N-benzyl-N-methyl-, N‑furylmethyl-, N-cyclohexyl- and N-cyclohexylmethyl derivatives 9i, 9d, 9e, 9f, for which MIC values 20 - 40 µM were assessed. Cytotoxicity was increased in the N‑cyclohexylmethyl derivative only. None of the pyrimidine-based compounds showed activity in vivo. The affinity of the model structure, VS-8, surpassed with KD = 97 µM the assessed affinity of TLM (KD = 142 µM). Since for the model chromone compound GS-71 no reliable KasA binding data could be obtained, a newly synthesized chromone derivative 9i was docked into the KasA binding site, in order to derive correlation between the in silico and in vitro assessed affinity. For the 6‑nitro-derivative 9i a moderate in vivo activity on M. tuberculosis was obtained. The in silico predicted pKi values for TLM and 9i were higher than the corresponding in vitro results, maintaining though a similar tendency, i.e., the both affinity values for compound 9i (pKi predicted = 6.64, pKD experimental = 4.02) surpassed those obtained for TLM (pKi predicted = 5.27, pKD experimental = 3.84). Nevertheless, the experimental pKD values are considered preliminary results. The binding assay method has been improved in order to acquire more accurate data. Owing to the method development, limited enzyme batches and solubility issues, only selected compounds could be evaluated. The best hits, together with the compounds active on the whole cells of M. tuberculosis, will be submitted to the kinetic enzyme assay, in order to confirm the TLM-like binding mechanism. Regarding the in vivo testing results, no correlations could be drawn between the predicted membrane permeability values and the experimental data, as for the most active compounds 9e and 9f, a very low permeability was anticipated (0.4 and 0.7 \%, respectively). Further biological tests would be required to investigate the action- or transport mode.},
  subject      = {Tuberkelbakterium},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Plank2019,
  author    = {Plank, Christina},
  title     = {Untersuchung von Dihydroisochinolinonderivaten als m{\"o}gliche Inhibitoren von Hsc70},
  doi       = {10.25972/OPUS-16265},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-162655},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {Einhergehend mit einer steigenden Lebenserwartung nimmt auch die Zahl der am Multiplen Myelom Erkrankten zu. Bis dato gibt es nur wenige Therapieans{\"a}tze dieser selten vorkommenden Blutkrebserkrankung. Im Zusammenhang mit der Entstehung des Multiplen Myeloms stehen vor allem zwei bedeutende Hitzeschockproteine: Hsp90 und Hsp70. Beide haben die Aufgabe, Zellen vor Apoptose zu sch{\"u}tzen. In proliferierenden Plasmazellen ist eine {\"U}berexpression an Hsp90 zu beobachten. Entwickelte Inhibitoren f{\"u}hrten zwar zu einer verminderten Hsp90-Aktivit{\"a}t, allerdings wurde diese durch eine vermehrte Expression von Hsp70 kompensiert, weshalb Myelomzellen weiterhin proliferierten. Aus diesem Grund bietet sich Hsp70 als weiterer Angriffspunkt in der Therapierung des Multiplen Myeloms an. Die bislang entwickelten Inhibitoren binden entweder an die Nukleotid- oder Substratbindedom{\"a}ne. Da beide Stellen unspezifisch sind, wurden durch virtuelles Screening potenzielle Inhibitoren f{\"u}r Hsp70 identifiziert, welche in vitro und in vivo tats{\"a}chlich Effekte hinsichtlich der Herunterregulierung von Hsp70 zeigten. Ob die entwickelten Substanzen jedoch direkt an Hsp70 binden, war die Fragestellung der vorliegenden Arbeit. In dieser Arbeit wurde untersucht, inwiefern die entwickelten Inhibitoren an Hsp70 binden und dieses inhibieren. Die humane Hsp70-Familie besitzt sechzehn Mitglieder, die alle {\"a}hnliche Aufgaben und Strukturmerkmale aufweisen. F{\"u}r die durchgef{\"u}hrten Versuche wurde die Hsp70-Isoform Hsc70 verwendet. In einem Protein-Ligand-Assay konnte gezeigt werden, dass die meisten Verbindungen durch Aggregatbildung zu einer Inhibition von Hsc70 f{\"u}hrten. Durch Zugabe von Detergenz konnten die gebildeten Aggregate aufgebrochen und so der Inhibitionseffekt aufgehoben bzw. deutlich reduziert werden. Damit konnte gezeigt werden, dass die in Zell- und Mausversuchen beobachteten Effekte vermutlich nicht auf eine direkte Inhibition von Hsc70 zur{\"u}ckzuf{\"u}hren sind. Ob diese Effekte nun ebenfalls auf Aggregatbildung beruhen oder aber ein anderes Protein als das vermutete Hsc70 inhibiert wird, was {\"u}ber eine Signalkaskade zur Inhibition von Hsc70 f{\"u}hrt, w{\"a}re eine interessante Fragestellung f{\"u}r weitere Untersuchungen. Da sowohl in NMR-Versuchen als auch dem durchgef{\"u}hrten Protein-Ligand-Assay gezeigt werden konnte, dass die vormals als potenzielle Inhibitoren entwickelten Verbindungen nur schwach aktiv sind, wurde durch Fragment-basierte Ans{\"a}tze eine andere Bindestelle f{\"u}r m{\"o}gliche Inhibitoren identifiziert. Hierbei konnte N-Acetyl-D-Glucosamin in der Nukleotidbindedom{\"a}ne von Hsc70 detektiert werden. Hieraus k{\"o}nnten sich neue Ans{\"a}tze zur Entwicklung neuartiger in silico entwickelter Hsc70-Inhibitoren ergeben. Ausgangspunkt f{\"u}r die Docking-Studien zur Entwicklung neuer Hsp70-Inhibitoren war die Kristallstruktur von bHsc70 ED 1-554, einer trunkierten Doppelmutante des nativen Hsc70. Bis dato ist diese 554 Aminos{\"a}uren umfassende Mutante die einzige Hsc70-Variante von der die Zweidom{\"a}nenstruktur kristallisiert werden konnte. F{\"u}r dieses Konstrukt wurde zun{\"a}chst ein optimiertes Aufreinigungsprotokoll entwickelt, um dann Kristallisationsversuche mit ausgew{\"a}hlten AH-Verbindungen, die in den Docking-Studien entwickelt wurden, durchzuf{\"u}hren. Hierbei konnte jedoch keine Bindung festgestellt werden. Die Kristallisation mit Ver-155008, einem bekannten Hsc70-Inhibitor, f{\"u}hrte jedoch zur ersten Zweidom{\"a}nenstruktur von Hsc70 mit gebundenem Ver-155008. Neben der obigen Fragestellung wurde außerdem untersucht, wie funktional aktiv das trunkierte Hsc70-Konstrukts ist. Hier zeigte sich, dass aufgrund des fehlenden C-Terminus zwar eine geringe Aktivit{\"a}t von 30 \% im Vergleich zur Volll{\"a}nge zu beobachten war. F{\"u}r eine nahezu vollst{\"a}ndige R{\"u}ckfaltungsaktivit{\"a}t ist aber der C-Terminus essentiell. Weiterhin konnte in ITC-Versuchen der Kd-Wert von Ver-155008 an die verwendete Mutante ermittelt werden, der dem bereits bekannten Kd von Ver-155008 an das native Hsc70 {\"a}hnlich ist.},
  subject      = {Hitzeschockproteine},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Grimm2019,
  author    = {Grimm, Johannes},
  title     = {Autocrine and paracrine effects of BRAF inhibitor induced senescence in melanoma},
  doi       = {10.25972/OPUS-18116},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-181161},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {The FDA approval of targeted therapy with BRAFV600E inhibitors like vemurafenib and dabrafenib in 2011 has been the first major breakthrough in the treatment of metastatic melanoma since almost three decades. Despite increased progression free survival and elevated overall survival rates, complete responses are scarce due to resistance development approximately six months after the initial drug treatment. It was previously shown in our group that melanoma cells under vemurafenib pressure in vitro and in vivo exhibit features of drug-induced senescence. It is known that some cell types, which undergo this cell cycle arrest, develop a so-called senescence associated secretome and it has been reported that melanoma cell lines also upregulate the expression of different factors after senescence induction. This work describes the effect of the vemurafenib-induced secretome on cells. Conditioned supernatants of vemurafenib-treated cells increased the viability of naive fibroblast and melanoma cell lines. RNA analysis of donor melanoma cells revealed elevated transcriptional levels of FGF1, MMP2 and CCL2 in the majority of tested cell lines under vemurafenib pressure, and I could confirm the secretion of functional proteins. Similar observations were also done after MEK inhibition as well as in a combined BRAF and MEK inhibitor treatment situation. Interestingly, the transcription of other FGF ligands (FGF7, FGF17) was also elevated after MEK/ERK1/2 inhibition. As FGF receptors are therapeutically relevant, I focused on the analysis of FGFR-dependent processes in response to BRAF inhibition. Recombinant FGF1 increased the survival rate of melanoma cells under vemurafenib pressure, while inhibition of the FGFR pathway diminished the viability of melanoma cells in combination with vemurafenib and blocked the stimulatory effect of vemurafenib conditioned medium. The BRAF inhibitor induced secretome is regulated by active PI3K/AKT signaling, and the joint inhibition of mTor and BRAFV600E led to decreased senescence induction and to a diminished induction of the secretome-associated genes. In parallel, combined inhibition of MEK and PI3K also drastically decreased mRNA levels of the relevant secretome components back to basal levels. In summary, I could demonstrate that BRAF inhibitor treated melanoma cell lines acquire a specific PI3K/AKT dependent secretome, which is characterized by FGF1, CCL2 and MMP2. This secretome is able to stimulate other cells such as naive melanoma cells and fibroblasts and contributes to a better survival under drug pressure. These data are therapeutically highly relevant, as they imply the usage of novel drug combinations, especially specific FGFR inhibitors, with BRAF inhibitors in the clinic.},
  subject      = {Inhibitor},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Heilos2019,
  author    = {Heilos, Anna},
  title     = {Mechanistic Insights into the Inhibition of Cathepsin B and Rhodesain with Low-Molecular Inhibitors},
  doi       = {10.25972/OPUS-17822},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-178228},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {Cysteine proteases play a crucial role in medical chemistry concerning various fields reaching from more common ailments like cancer and hepatitis to less noted tropical diseases, namely the so-called African Sleeping Sickness (Human Arfican Trypanosomiasis). Detailed knowledge about the catalytic function of these systems is highly desirable for drug research in the respective areas. In this work, the inhibition mechanisms of the two cysteine proteases cathepsin B and rhodesain with respectively one low-molecular inhibitor class were investigated in detail, using computational methods. In order to sufficiently describe macromolecular systems, molecular mechanics based methods (MM) and quantum mechanical based method (QM), as well as hybrid methods (QM/MM) combining those two approaches, were applied. For Cathespin B, carbamate-based molecules were investigated as potential inhibitors for the cysteine protease. The results indicate, that water-bridged proton-transfer reactions play a crucial role for the inhibition. The energetically most favoured pathway (according to the calculations) includes an elimination reaction following an E1cB mechanism with a subsequent carbamylation of the active site amino acid cysteine. Nitroalkene derivatives were investigated as inhibitors for rhodesain. The investigation of structurally similar inhibitors showed, that even small steric differences can crucially influence the inhibition potential of the components. Furthermore, the impact of a fluorination of the nitroalkene inhibitors on the inhibition mechanism was investigated. According to experimental data measured from the working group of professor Schirmeister in Mainz, fluorinated nitroalkenes show - in contrast to the unfluorinated compounds - a time dependent inhibition efficiency. The calculations of the systems indicate, that the fluorination impacts the non-covalent interactions of the inhibitors with the enzymatic environment of the enzyme which results in a different inhibition behaviour.},
  subject      = {Cysteinproteasen},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Thomas2021,
  author    = {Thomas, Sarah Katharina},
  title     = {Design of novel IL-4 antagonists employing site-specific chemical and biosynthetic glycosylation},
  doi       = {10.25972/OPUS-17517},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-175172},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {The cytokines interleukin 4 (IL-4) and IL-13 are important mediators in the humoral immune response and play a crucial role in the pathogenesis of chronic inflammatory diseases, such as asthma, allergies, and atopic dermatitis. Hence, IL-4 and IL-13 are key targets for treatment of such atopic diseases. For cell signalling IL-4 can use two transmembrane receptor assemblies, the type I receptor consisting of receptors IL-4R and γc, and type II receptor consisting of receptors IL-4R and IL-13R1. The type II receptor is also the functional receptor of IL-13, receptor sharing being the molecular basis for the partially overlapping effects of IL-4 and IL-13. Since both cytokines require the IL-4R receptor for signal transduction, this allows the dual inhibition of both IL-4 and IL-13 by specifically blocking the receptor IL-4R. This study describes the design and synthesis of novel antagonistic variants of human IL-4. Chemical modification was used to target positions localized in IL-4 binding sites for γc and IL-13R1 but outside of the binding epitope for IL-4R. In contrast to existing studies, which used synthetic chemical compounds like polyethylene glycol for modification of IL-4, we employed glycan molecules as a natural alternative. Since glycosylation can improve important pharmacological parameters of protein therapeutics, such as immunogenicity and serum half-life, the introduced glycan molecules thus would not only confer a steric hindrance based inhibitory effect but simultaneously might improve the pharmacokinetic profile of the IL-4 antagonist. For chemical conjugation of glycan molecules, IL-4 variants containing additional cysteine residues were produced employing prokaryotic, as well as eukaryotic expression systems. The thiol-groups of the engineered cysteines thereby allow highly specific modification. Different strategies were developed enabling site-directed coupling of amine- or thiol- functionalized monosaccharides to introduced cysteine residues in IL-4. A linker-based coupling procedure and an approach requiring phenylselenyl bromide activation of IL-4 thiol-groups were hampered by several drawbacks, limiting their feasibility. Surprisingly, a third strategy, which involved refolding of IL-4 cysteine variants in the presence of thiol- glycans, readily allowed synthesis of IL-4 glycoconjugates in form of mixed disulphides in milligram amount. This approach, therefore, has the potential for large-scale synthesis of IL-4 antagonists with highly defined glycosylation. Obtaining a homogenous glycoconjugate with exactly defined glycan pattern would allow using the attached glycan structures for fine-tuning of pharmacokinetic properties of the IL-4 antagonist, such as absorption and metabolic stability. The IL-4 glycoconjugates generated in this work proved to be highly effective antagonists inhibiting IL-4 and/or IL-13 dependent responses in cell-based experiments and in in vitro binding studies. Glycoengineered IL-4 antagonists thus present valuable alternatives to IL-4 inhibitors used for treatment of atopic diseases such as the neutralizing anti-IL-4R antibody Dupilumab.},
  subject      = {Glykosylierung},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Ferraro2021,
  author    = {Ferraro, Antonio},
  title     = {Entwicklung potenzieller (ir-)reversibler Inhibitoren der Enoyl-ACP-Reduktase FabI in S. aureus/ E. coli und der Thiolase FadA5 in M. tuberculosis},
  doi       = {10.25972/OPUS-23839},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-238392},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {Antimikrobielle Resistenzen stellen eine weltweite Herausforderung dar und sind mit einer hohen Morbidit{\"a}t und Mortalit{\"a}t verbunden. Die Letalit{\"a}tsrate durch multiresistente Keime steigt stetig an, weshalb die WHO im Jahr 2017 eine Priorit{\"a}tenliste resistenter Keime erstellte, die die Entwicklung neuer Antibiotika vorantreiben soll. Diese umfasst vornehmlich gramnegative Bakterien, da diese aufgrund ihres Zellaufbaus sowie diverser Resistenzmechanismen besonders widerstandsf{\"a}hig gegen{\"u}ber dem Angriff vieler Antibiotika sind. Einige grampositive Keime (z.B. S. aureus) stehen ebenfalls auf dieser Liste und stellen eine große Herausforderung f{\"u}r die Medizin dar. Infolgedessen ist die Entwicklung neuer Antiinfektiva mit neuen Angriffspunkten gegen resistente Pathogene zwingend n{\"o}tig, um mit bisherigen Resistenzen umgehen zu k{\"o}nnen. Die vorliegende Arbeit besch{\"a}ftigt sich mit der Entwicklung und Synthese von kovalent (reversibel) bindenden Inhibitoren der Enoyl-ACP-Reduktase FabI (Staphylococcus aureus, Escherichia coli) und der Thiolase FadA5 (Mycobacterium tuberculosis). Beide Enzyme sind essenziell f{\"u}r das {\"U}berleben des jeweiligen Bakteriums. FabI ist ein wichtiges und geschwindigkeitsbestimmendes Schl{\"u}sselenzym der Fetts{\"a}uresynthese Typ II diverser Bakterien. Hierbei werden wichtige Phospholipide hergestellt, die f{\"u}r den Aufbau der Zellmembran n{\"o}tig sind. Schiebel et al. ist es gelungen, einen potenten Inhibitor f{\"u}r den Erreger S. aureus sowie E. coli zu entwickeln und zu charakterisieren. Ausgehend von dieser Verbindung wurde eine Substanzbibliothek mit verschiedenen „warheads" hergestellt. Hierbei wurde die Verkn{\"u}pfung zwischen dem Pyridon-Grundger{\"u}st und der elektrophilen Gruppe sowie die {\"u}ber den Ether verkn{\"u}pften aromatischen Ringsysteme variiert. Diese Verbindungen wurden hinsichtlich ihrer inhibitorischen Aktivit{\"a}t am jeweiligen Enzym getestet. Anschließend wurde von Verbindung 32 und 33, die jeweils eine gute Inhibition des Enzyms aufweisen, der IC50-Wert gemessen. Beide Verbindungen weisen eine 50-prozentige Reduktion der Enzymaktivit{\"a}t im mittleren nanomolaren Bereich auf. Zus{\"a}tzlich wurde Verbindung 32 in einem sogenannten „jump-dilution"-Assay auf kovalente Inhibition getestet. Durch dieses Experiment konnte eine kovalente Inhibition des Enzyms ausgeschlossen werden. Die Reaktivit{\"a}t der eingesetzten „warheads" wurde gegen{\"u}ber einem Tripeptid mittels eines LC/MS-Iontrap-Systems bestimmt. Die untersuchten Verbindungen zeigten keine signifikante Reaktion mit der im Tripeptid eingebauten nukleophilen Aminos{\"a}ure Tyrosin, deren Nukleophilie bei dem pH-Wert des Tests (pH = 8.2 und 10.8) nicht hoch genug ist. Um einen Einblick in den Bindemodus der Verbindungen zu erhalten, wurden ferner Kristallisationsversuche durchgef{\"u}hrt. Die erhaltenen Kristallstrukturen zeigen, dass die Verbindungen mit dem gew{\"u}nschten Bindemodus am Zielenzym binden, aber eine kovalente Modifizierung des Tyrosins146 durch die eingesetzten „warheads" aufgrund der großen Entfernung (6 {\AA} zwischen elektrophiler Gruppe und Tyrosin146), unwahrscheinlich ist. Zus{\"a}tzlich wurden die physikochemischen Eigenschaften (Stabilit{\"a}t, Wasserl{\"o}slichkeit und logP) der Verbindung 32 sowie Verbindung 33 charakterisiert. M. tuberculosis ist der Erreger der global verbreiteten Infektionskrankheit Tuberkulose (TB), die zu den zehn h{\"a}ufigsten Todesursachen weltweit geh{\"o}rt. Das Bakterium kann das im menschlichen K{\"o}rper vorkommende Cholesterol metabolisieren und nutzt dessen Abbauprodukte als wichtige Kohlenstoffquelle. Die Thiolase FadA5 ist bei diesem Abbau ein wichtiges Enzym und konnte als potenzielles innovatives Target f{\"u}r neue Antibiotika definiert werden. Durch Dockingstudien konnten zwei potenzielle Leitstrukturen als Inhibitoren der Thiolase FadA5 identifiziert werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die vorgeschlagenen Strukturen mit dem gew{\"u}nschten „warhead" synthetisiert und hinsichtlich ihrer inhibitorischen Aktivit{\"a}t gegen{\"u}ber dem Enzym untersucht. Die Zielverbindungen zeigen keine signifikante Hemmung sowie kovalente Bindung {\"u}ber die eingesetzten „warheads" an die Thiolase FadA5.},
  subject      = {Enoyl-acyl-carrier-protein-Reductase<Enoyl-[acyl-carrier-protein]-Reductase>},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Kaestner2023,
  author    = {Kaestner, Alexandra Annika Nadine},
  title     = {Charakterisierung pharmakologischer Phosphoglykolatphosphatase-Inhibitoren},
  doi       = {10.25972/OPUS-27239},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-272394},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {In dieser Arbeit geht es um die Phosphoglykolatphosphatase (PGP), die als Phosphatase vom Haloazid Dehalogenase-Typ (HAD-Phosphatase) zu der ubiquit{\"a}r vorkommenden Superfamilie der HAD-Hydrolasen geh{\"o}rt. In der Literatur ist eine in vitro Phosphatase-Aktivit{\"a}t gegen{\"u}ber 2-Phospho-L-Laktat (2PL), 4-Phospho-D-Erythronat (4PE), Phosphoglykolat (PG) und Glycerol-3-Phosphat (G3P) beschrieben. 2PL und 4PE entstehen in Nebenreaktionen w{\"a}hrend der Glykolyse und hemmen bei Akkumulation die Glykolyse bzw. den Pentosephosphatweg. PG kann auch in einer Nebenreaktion w{\"a}hrend der Glykolyse oder im Rahmen der Reparatur von oxidativen DNA-Sch{\"a}den entstehen. G3P entsteht aus Dihydroxyacetonphosphat und bildet das Kohlenhydratger{\"u}st der Triacylglyceride (TAG). Zellul{\"a}re Studien konnten Hinweise auf die Regulierung des epidermalen wachstumsfaktor-(EGF-)induzierten Zytoskelettumbaus durch die PGP liefern und die Untersuchung von M{\"a}usen mit PGP-Inaktivierung zeigte einen Einfluss auf die Zellproliferation und embryonale Entwicklung. Die Regulation der PGP-Expression f{\"u}hrte zu Ver{\"a}nderungen im Kohlenhydrat- und Fettstoffwechsel. Die Untersuchung der PGP-Funktionen erfolgte bislang ausschließlich mit genetischen Ans{\"a}tzen. Aufgrund von m{\"o}glichen Kompensationsmechanismen und Off-Target-Effekten m{\"u}ssen genetische und pharmakologische Methoden als sich erg{\"a}nzende Ans{\"a}tze verstanden werden. Um die Funktionen der PGP besser zu verstehen, fokussiert sich die vorliegende Arbeit auf die gezielte pharmakologische PGP-Inhibition. In Vorarbeiten wurden 41.000 Molek{\"u}le gescreent und f{\"u}nf potentielle Inhibitoren identifiziert. Ziele dieser Arbeit waren zum einen die Implementierung der Inhibitor \# 1-Behandlung in der Zellkultur, zum anderen die Charakterisierung der PGP-Hemmung durch Inhibitor \# 48 und die Durchf{\"u}hrung erster Selektivit{\"a}tstestungen mit Inhibitor \# 48. Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass Inhibitor \# 1 in der Lage ist, die endogene PGP in Zelllysaten der murinen spermatogonialen Zelllinie (GC1) zu hemmen. Unter bestimmten Bedingungen f{\"u}hrte die Inhibitor \# 1-Behandlung der GC1-Zellen zur Hemmung der PGP. Erste Analysen zellul{\"a}rer Inhibitoreffekte konnten eine Steigerung der TAG-Konzentration in behandelten GC1-Zellen nachweisen. Die PGP-Hemmung durch Inhibitor \# 48 wurde als unkompetitive Inhibition charakterisiert und es zeigten sich keine relevanten Inhibitoreffekte auf die HAD-Phosphatasen Magnesium-abh{\"a}ngige Phosphatase 1 (MDP1), Lysin-Histidin-Pyrophosphat-Phosphatase (LHPP) und Polynukleotidase 5'-Kinase/3'-Phosphatase (PnkP). Dagegen konnte eine Aktivit{\"a}tssteigerung von Phospho 2 beobachtet werden. Die vorliegende Arbeit liefert somit erste Erkenntnisse {\"u}ber die Anwendung des PGP-Inhibitors \# 1 in der Zellkultur und schafft die Grundlage f{\"u}r nachfolgende Untersuchungen mit Inhibitor \# 48. Weitere Experimente sind notwendig, die die Inhibitorbehandlung in der Zellkultur optimieren und die Selektivit{\"a}t weiter charakterisieren, um mithilfe der Inhibitoren neue Erkenntnisse {\"u}ber die physiologische und pathophysiologische Rolle der PGP gewinnen zu k{\"o}nnen.},
  subject      = {Phosphoglykolatphosphatase},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Engelmann2023,
  author    = {Engelmann, Daria Marie},
  title     = {Regulation of Mammalian Phosphoglycolate Phosphatase},
  doi       = {10.25972/OPUS-19957},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-199577},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {Mammalian phoshoglycolate phosphatase (PGP, also known as AUM) belongs to the ubiquitous HAD superfamily of phosphatases. As several other members of HAD phosphatases, the Mg2+-dependent dephosphorylation is conducted via a nucleophilic attack from a conserved aspartate residue in the catalytic cleft. The protein structure of PGP could not yet be solved entirely. Only a hybrid consisting of the PGP cap and the PDXP core (pyridoxal phosphatase, closest enzyme paralog) was crystallizable so far. PGP is able to efficiently dephosphorylate 2-phosphoglycolate, 2-phospho-L-lactate, 4-phospho-D-erythronate, and glycerol-3-phosphate in vitro which makes them likely physiological substrates. The first three substrates can be derived from metabolic side reactions (during glycolysis) and inhibit key enzymes in glycolysis and pentose phosphate pathway, the latter is situated at the intersection between glycolysis and lipogenesis. 2-phosphoglycolate can also be released in the context of repair of oxidative DNA damage. The activity of purified PGP can be reversibly inhibited by oxidation - physiologically likely in association with epidermal growth factor (EGF) signal transduction. In fact, an association between persistently lacking PGP activity (via downregulation) and the presence of hyperphosphorylated proteins after EGF stimulation has been identified. Reversible oxidation and transient inactivation of PGP may be particularly important for short-term and feedback regulatory mechanisms (as part of the EGF signaling). Furthermore, cellular proliferation in PGP downregulated cells is constantly reduced. Whole-body PGP inactivation in mice is embryonically lethal. Despite the many well-known features and functions, the knowledge about PGP is still incomplete. In the present work the influence of reactive oxygen species (ROS) on PGP activity in cells und a possible connection between oxidative stress and the proliferation deficit of PGP downregulated cells was investigated. For the experiments, a spermatogonial cell line was used (due to the high PGP expression in testis). PGP activity can be reversibly inhibited in cellular lysates by H2O2 (as a ROS representative). Reversible oxidation could thus indeed be physiologically important. More oxidative DNA damage (by bleomycin) showed no PGP-dependent effects here. EGF stimulation (as an inducer of transient and well-controlled ROS production), low concentrations of menadione (as an oxidant) and N-acetylcysteine (as an antioxidant) were able to approximate the proliferation rate in PGP downregulated cells to that of control cells. The redox regulation of PGP could thus have an influence on cellular proliferation as a feedback mechanism - a mechanism that could not take place in PGP downregulated cells. However, the connections are probably even more complex and cannot be elucidated by a sole examination of the proliferation rate. The present results can thus only be regarded as preliminary experiments. For a better understanding of the features and functions of PGP, this work then focused on specific regulation of enzyme activity by pharmacologically applicable small molecules. Four potent inhibitors had previously been identified in a screening campaign. In this work, three of these four inhibiting compounds could be further characterized in experiments with highly purified, recombinant murine and human PGP. Compounds \#2 and \#9 showed competitive inhibition properties with a markedly rising KM value with little or no change in vmax. The results were consistent for all tested protein variants: the murine and the human PGP as well as a PGP/PDXP hybrid protein. Compound \#1 was the most potent and interesting PGP-inhibitory molecule: less change in KM and a constant decrease in vmax as well as a lower impact on the PGP/PDXP hybrid hint at a mixed mode of inhibition as a combination of competitive and non-competitive inhibition. The characterization of the potential inhibitors can serve as a basis for further structural analysis and studies on the complex physiological role of PGP.},
  subject      = {Phosphoglykolatphosphatase},
  language  = {en}
}