TY  - THES
A1  - Machon, Uwe Rainer
T1  - Entwicklung von Cysteinproteaseinhibitoren - ein klassischer und ein kombinatorischer Ansatz zur Inhibitoroptimierung
T1  - Development of cysteine protease inhibitors – a classical and a combinatorial approach for inhibitor optimization
N2  - Ziel der Dissertation „Entwicklung von Cysteinproteaseinhibitoren – ein klassischer und ein kombinatorischer Ansatz zur Inhibitoroptimierung“ war die Optimierung von neuen Inhibitoren von Falcipain-2 und Rhodesain als neue potentielle Wirkstoffe gegen Malaria bzw. die Schlafkrankheit über zwei verschiedene Methoden. Es handelt sich hierbei um einen klassischen und einen kombinatorischen Ansatz. Der klassische Ansatz basiert auf einer Struktur, deren Aktivität per Zufall entdeckt wurde. In Screenings von synthetisierten Strukturanaloga, gestützt durch virtuelle Docking-Experimente am aktiven Zentrum der Cysteinproteasen, wurden Struktur-Aktivitäts-Beziehungen erarbeitet. Bei der kombinatorischen Methode wurde zunächst ein peptidischer Inhibitor entworfen, der durch Festphasensynthese an einem geeigneten Harz synthetisiert wurde. Durch den kombinatorischen Einsatz von Aminosäuren konnte auf diese Weise unter enormer Zeitersparnis eine Bibliothek von 150 Inhibitoren synthetisiert werden. In einem Screening dieser harzgebundenen Inhibitoren wurden anschließend die potentesten Inhibitoren identifiziert. Die Aktivität der gefundenen Inhibitoren aus beiden Ansätzen an den protozoischen Erregern wurde durch in-vitro-Experimente an Plasmodien und Trypanosomen untersucht. Beim klassischen Ansatz wurde eine neue Substanzklasse entwickelt, die sehr gute Hemmeigenschaften an beiden Cysteinproteasen mit IC50-Werten im niedrigen mikromolaren Bereich zeigten. Außerdem besaßen sie eine hohe in-vitro-Aktivität gegenüber den Erregern im gleichen Konzentrationsbereich. Einige der Inhibitoren zeigten keine Zytotoxizität an Makrophagen. Aus dem klassischen Ansatz konnten also hochaktive Substanzen mit geringer Zytotoxizität entwickelt werden, deren Einsatz als Wirkstoffe gegen Malaria oder der Schlafkrankheit denkbar ist. Für den kombinatorischen Ansatz wurde zur Inhibitoroptimierung eine Screeningmethode für Falcipain-2 und Rhodesain direkt an einem geeigneten Harz zur Festphasensynthese entwickelt. Neu bei dieser Screeningmethode war es, dass erstmals ein quantitatives Screening einer Inhibitorbibliothek möglich sein sollte, und nicht nur die besten Inhibitoren identifiziert werden können. Aus den Ergebnissen der Festphasenscreenings an beiden Proteasen wurden 14 besonders interessante Inhibitoren der Bibliothek ausgewählt und synthetisiert. Diese Verbindungsklasse zeigte ebenfalls sehr gute Ergebnisse an den isolierten Enzymen, in den mikrobiologischen Tests an den Erregern jedoch fielen alle Ergebnisse vergleichsweise schlechter aus. Die schlechte Löslichkeit, die Bioverfügbarkeit und der Metabolismus durch den Erreger der peptidischen Inhibitoren schienen von großer Bedeutung zu sein. Der bearbeitete kombinatorische Ansatz lieferte eine neuartige Screeningmethode, die auch auf andere Targets anwendbar ist.
N2  - The main goal of the thesis “Development of cysteine protease inhibitors – a classical and a combinatorial approach for inhibitor optimization” was the optimization of new inhibitors of falcipain-2 and rhodesain as new potential agents against malaria and the sleeping sickness by two different methods. That was a classical and a combinatorial method. The classical approach is based on a compound with a high activity against falcipain-2 which was discovered by chance. The structure-reactivity relations were to be developed in screenings of analogous compounds and by computational docking experiments in the active site of the cysteine proteases. The combinatorial method was a completely different procedure. Initially a peptidic inhibitor had to be designed that could be introduced via solid phase synthesis on a suitable resin. By the combinatorial variation of amino acids 150 inhibitors could be obtained in a very short time. In a screening of these resin-bound compounds the active members of the library were identified. The antiplasmodial and antitrypanosomal activity of the inhibitors of both approaches were determined by biological in vitro investigations with the protozoic pathogens. The classical approach resulted in substances that showed excellent inhibitory properties of both cysteine proteases with IC50 values in the lower micromolar range. Additionally, they have a high in-vitro activity against the pathogens in the same concentration region. Some of the inhibitors showed no cytotoxicity on macrophages. From the classical approach we derived highly active substances with little cytotoxicity which are promising agents against malaria or the sleeping sickness. For the combinatorial approach, first a new screening method for falcipain-2 and rhodesain performed directly on a resin for solid phase synthesis was developed. Advantages of this new screening method are that it is possible to screen the library quantitatively. The results of the solid phase screenings with both proteases led to the choice of 14 notably interesting inhibitors and their synthesis. All results from the microbiological tests with the pathogens were worse compared to the results from the assays with the isolated enzymes. The bad solubility, the bioavailability and the metabolism by the pathogen played a role in inhibition. Compounds In summary a new screening method was developed and applied. The general method can be used for other investigations in the future. This enzyme assay can be used for other targets as well.
KW  - Enzyminhibitor
KW  - Peptidsynthese
KW  - Aminosäuren
KW  - Organische Synthese
KW  - Kombinatorische Synthese
KW  - Furanderivate
KW  - Guanidinderivate
KW  - Enzym-Screening
KW  - Fluoreszenz-Assay
KW  - enzyme screening
KW  - fluorescence assay
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-33395
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bickert, Volker
T1  - Neue künstliche Guanidiniocarbonylpyrrol-Rezeptoren zur Komplexierung von Oxo-Anionen in Wasser
T1  - New artificial Guanidiniocarbonyl Pyrrole Receptors for the Complexation of Oxo-Anions in Water
N2  - Ziel der Dissertation „Neue künstliche Guanidiniocarbonylpyrrol-Rezeptoren zur Komplexierung von Oxo-Anionen in Wasser“ war die Weiterentwicklung dieser Rezeptoren nach Schmuck für die Komplexierung insbesondere von Carboxylaten, um sie hinsichtlich Bindungsaffinität und Substratspezifität zu optimieren. Dazu wurde zunächst die Synthese zweier wichtiger Grundbausteine in einzelnen Schritten vollständig überarbeitet, wobei veränderte Reaktionsbedingungen und Aufarbeitungsschritte zu gesteigerten Ausbeuten führten. Dadurch ist es nun möglich, diese Bausteine effizienter zu synthetisieren und im Multigramm-Maßstab für die Darstellung von Rezeptoren zur Oxo-Anionen-Erkennung einzusetzen. Weiterhin wurde die Verbesserung der Komplexierungseigenschaften gegenüber Carboxylaten auf zwei Arten untersucht: zum einen durch das Anbringen eines zusätzlichen Seitenarms an der Guanidinio-Einheit zur Bildung von Guanidiniocarbonylpyrrol-Tweezer-Rezeptoren, zum anderen durch das Einführen einer zweiten positiven Ladung neben der Carboxylat-Bindungsstelle (CBS) zur Darstellung biskationischer Guanidiniocarbonylpyrrol-Rezeptoren. Zur Darstellung von Tweezer-Rezeptoren wurde ein zusätzlicher Seitenarm an der N’-Position der Guanidinio-Einheit angebracht. Die beiden Arme sollten ein Substrat pinzettenartig von zwei Seiten, mit der CBS als Kopfgruppe, komplexieren können. Durch zusätzliche Wechselwirkungen des neuen Seitenarms sollte neben einer stärkeren Komplexierung vor allem eine höhere Substratspezifität erzielt werden. Die experimentell ermittelten Bindungskonstanten lagen allerdings im Bereich der N’-unsubstituierten Rezeptoren. Somit stellen die Tweezer-Modifikationen daher keine Verbesserung der Guanidiniocarbonylpyrrol-Rezeptoren dar. In einem weiteren Projekt zur Rezeptor-Optimierung wurden, durch Einführung einer zweiten positiven Ladung in Form einer terminalen Ammonium-Gruppe, biskationische Guanidiniocarbonylpyrrol-Rezeptoren erfolgreich synthetisiert. Die Komplexierungseigenschaften dieser biskationischen Rezeptoren wurden in Bindungsstudien vornehmlich mit Aminosäurecarboxylaten mittels UV- und Fluoreszenz-Spektroskopie, Massenspektrometrie, NMR-Spektroskopie, ITC und Molecular Modeling Berechnungen untersucht. Anhand der Substratspezifität der biskationischen Rezeptoren wurde deutlich, dass die Spacerlänge, an der die zusätzliche positive Ladung angebracht ist, eine entscheidende Rolle bei der Komplexierung spielte. Galten eigentlich starre, präorganisierte, kurze Linker als vorteilhaft hinsichtlich der Entropie, so ist hier zu erkennen, dass längere, flexiblere Linker zu einer besseren Komplexierung führen können, wenn geeignete zusätzliche nichtkovalente Wechselwirkungen möglich sind. Die biskationischen Rezeptoren stellen damit eine Optimierung des Carboxylat-Bindungsmotivs der Guanidiniocarbonylpyrrol-Rezeptoren nach Schmuck in der Anionen-Erkennung dar.
N2  - The main focus of the thesis “New artificial guanidiniocarbonyl pyrrole receptors for the complexation of oxo-anions in water” is the optimization of these receptors introduced by Schmuck for the oxo-anion recognition, especially carboxylates, in aqueous solution. Therefore, the details of the synthesis of two important building blocks were completely revised and yields increased by changing reaction conditions, workup and isolation steps. The new optimized, facile and efficient synthetic route to these N-protected guanidinocarbonyl pyrrole derivatives allows now a multi-gram synthesis of these versatile compounds as needed for the synthesis for a variety of supramolecular anion binding motifs. Furthermore two strategies to optimize the anion recognition have been pursued: On the one hand tweezer receptors were developed by connecting an additional side chain to the head group at the N’-position of the guanidino group. On the other hand another second positive charge was introduced into the receptor besides the carboxylate binding site (CBS) by an ammonium group to get bis-cationic receptors The tweezer receptors were developed in order to complex the guest from more than one side. A second side chain, connected to the N’-position of the guanidinio motif, leads to this kind of receptor, with the CBS as a head group. By using additional non covalent interactions in both side chains, the association constant as well as the specificity should be increased. In case of the optimization of the binding properties, the tweezer receptors have showen binding properties similar to the N’-unsubstituted guanidiniocarbonyl pyrrole receptors with respect to association constants and specificity. For this reason the tweezer receptors were no improvement of the guanidiniocarbonyl pyrrole receptors. In another project for optimization of the binding properties several bis-cations were synthesized, with a simple primary ammonium cation attached via flexible linkers of varying length to a guanidiniocarbonyl pyrrole. In UV-binding studies in aqueous buffer these bis-cations have shown efficient binding of various N-acetyl amino acid carboxylates. Further investigations by fluorescence spectroscopy, mass spectrometry, NMR spectroscopy, ITC as well as molecular mechanics calculations confirm the complexation by participation of the second charge in the complexation of the carboxylic function and therefore an increasing in complex stability. It is generally assumed, that short and rigid linkers are better for complexation due to the entropy and that a steady decrease of a linker length increase the complex stability. However, this case shows, that complex stability can increase while increasing the flexibility of a linker until other non covalent interactions are possible. Hence, the bis-cationic receptors indeed represent an optimisation of the guanidiniocarbonyl pyrrole receptors for oxo-anion-binding.
KW  - Molekulare Erkennung
KW  - Anion
KW  - Wirkstoff-Rezeptor-Bindung
KW  - Ligand <Biochemie>
KW  - Peptidsynthese
KW  - Chemische Synthese
KW  - Guanidinderivate
KW  - Oxo-Anionen-Erkennung
KW  - Guanidiniocarbonylpyrrol
KW  - nicht-kovalente Wechselwirkungen
KW  - Supramolekulare Chemie
KW  - Tweezer-Rezeptoren
KW  - oxo anion recognition
KW  - guanidiniocarbonyl pyrrole
KW  - non-covalent interactions
KW  - supramolecular chemistry
KW  - tweezer receptors
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-32460
ER  -