TY  - THES
A1  - Niedermeier, Sabine
T1  - 4-Chinolone als Ausgangspunkt für antiparasitäre und antivirale Wirkstoffe
T1  - 4-quinolones as a starting point for anti-parasitic and anti-viral agents
N2  - Im Mittelpunkt dieser Arbeit stand die Substanzgruppe der 4-Chinolone, die zum einen über ein intrinsisches antiparasitäres Potenzial gegen Erreger wie Plasmodien, Trypanosomen oder Mykobakterien verfügt und zum anderen über gezielte Substitution auch die Möglichkeit zu strukturellen Modifikationen bietet. Vorrangiges Ziel dieser Arbeit war der Aufbau einer strukturell möglichst diversen Substanzbibliothek und deren sukzessive Testung innerhalb des SFB630. Auf diese Weise sollten neue antiparasitäre Leitstrukturen als Ausgangspunkt für weitere strukturelle Optimierungen erhalten werden. Der Chinolon-Grundkörper sollte hierzu gemäß Gould-Jacobs-Reaktion aufgebaut werden. Zur Synthese diverser Amid-Derivate wurden verschiedene Synthese-strategien verfolgt. Alternativ wurden, ebenfalls über eine nukleophile Substitution (Piperidin-Derivat), in 7-Position modifizierte Verbindungen generiert, die unter Verwendung des Kupplungs-reagenzes PyBOB (Benzotriazol-1-yloxytri-pyrrolidinophosphonium Hexafluorphosphat) in die entsprechenden 1-Alkyl-1,4-dihydro-7-piperidinyl-4-oxo-chinolin-3-carboxamide transformiert wurden. Die in dieser Arbeit generierte Substanzbibliothek wurde anschließend innerhalb des SFB630 getestet. Hierbei zeigte sich, dass die Amidierung der 3-Carbonsäurefunktion eine Steigerung der antimikrobiellen Wirkung gegen Trypanosoma brucei mit sich brachte. Es kristallisierten sich aktive Verbindungen heraus, die erstmals eine Aktivität derartiger Derivate gegen Trypanosomen belegen und so zukünftig als Leitstrukturen für weitere strukturelle Modifizierungen herangezogen werden können. Mit dem in dieser Arbeit angewandten Random-Chemistry-Verfahren sollte in die Suche nach neuen Leitstrukturen gezielt das Zufallsprinzip integriert werden bzw. es sollten neue aktive Verbindungen generiert werden, die über die klassischen kombinatorischen Syntheseschemata bzw. die gängigen Reaktionsmechanismen nur schwer zugänglich sind. Eine Reihe von Fluorchinolon-Derivaten wurden in verschiedenen Lösungsmitteln, meist DMSO mit Zusätzen von Methanol oder Chloroform, gelöst bzw. suspendiert und anschließend einer ionisierenden γ-Strahlung von 500 kGy ausgesetzt. Die Testung mittels HPLC / FCPC generierter Fraktionen ergab zum Teil höhere antitrypanosomale Aktivitäten als die der korrespondie¬renden Ausgangsverbindungen. Eine Aktivität gegen Makrophagen konnte nicht festgestellt werden. Darüber hinaus wurde im Rahmen dieser Arbeit in Kooperation mit Prof. Schneider-Schaulies an der Identifizierung viraler Fusionsinhibitoren ausgewählter Paramyxoviren (Masern-Virus, Nipah-Virus) gearbeitet. Aus einer Ähnlichkeitssuche, basierend auf dem literaturbekannten Masern-Fusionsinhibitor 2-(4-Chlorphenyl)-N-(2-hydroxy-4-nitrophenyl)acetamid (AM-2), konnte die Struktur eines Chinolinamides identifiziert werden, woraufhin die generierte Substanzbibliothek auf antiviral-aktive Verbindungen gescreent werden sollte. Die Kristallstruktur des Nipah-Virus-Fusionsproteins wurde im Jahre 2006 aufgeklärt. Mit diesen Informationen konnte mittels Molecular-Modelling eine Bindetasche innerhalb der HR1-Domäne des F-Proteins identifiziert werden, mit der die erzielten inhibitorischen Aktivitäten gut in Einklang gebracht werden konnten. Diese Bindetasche befindet sich in einem Bereich weitreichender Umstrukturierungsvorgängen: Durch die Einlagerung des Liganden 7-(4-Carbamoyl-piperidin-1-yl)-N-(2,4-dichlorbenzyl)-1-cyclopropyl-6-fluor-4-oxo-1,4-dihydro-chinolin-3-carboxamid, in diese hydrophobe Tasche werden Wechselwirkungen mit den korrespondierenden Aminosäuren in der HR2-Domäne und so auch dessen Anlagerung unterbunden. In 1 μmolarer Konzentration konnte die Fusionsaktivität um 42% reduziert werden, die verwendeten Referenzsubstanz (OX-1) erzielte in selbiger Konzentration keine Wirkung.
N2  - The present work focuses on the chemical class of 4-quinolones, which possess intrinsic antiparasitic activity against pathogens such as plasmodia, trypanosomes and mycobacteria and is amenable to chemical modification. The primary objective was to build up a library of structurally diverse compounds and to screen them subsequently within the SFB630 against the aforementioned parasites to obtain leads and subsequent lead optimisation. The quinolone skeletons were built up using the Gould-Jacobs’ procedure starting with the correspondingly substituted aniline derivatives. For the synthesis of the desired amide derivatives different strategies were applied. Piperidinyl-substituents at position 7 were introduced by nucleophilic substitution and the resulting compounds were coupled to the corresponding amides using benzotriazol-1-yl-oxy-tris-pyrrolidino-phosphonium hexafluorophosphat (PyBOP) as activating agent. Screening of the library produced revealed that amidation of the 3-carboxylic acid function produced an increase in the antimicrobial activity against Trypanosoma brucei. Some compounds exhibited high activity against trypanosomes and can be regarded as lead structure for further modifications. The random chemistry method was used search deliberately in this work to look for new prototypes or produce new active compounds that are difficult to access through classical combinational synthetic pathways and conventional reaction mechanisms. A series of fluoroquinolone derivatives were dissolved or suspended in various solvents, mainly DMSO with the addition of methanol or chloroform, and were then exposed to ionizing γ-radiation of 500 kGy. The fractions generated were separated by HPLC / FCPC and screened against trypanosomes and macrophages. Some fractions proved to have higher anti-trypanosomal activity than the corresponding precursor compounds. No activity against macrophages was found. Furthermore, in cooperation with Prof. Schneider-Schaulies, another part of this work focused on the identification of viral fusion inhibitors regarding distinct paramyxoviruses like measles and nipah viruses. A similarity search based on a known inhibitor of the fusion process - 2-(4-chlorophenyl)-N-(2-hydroxy-4-nitrophenyl)acetamide (AM-2) - led to the identification of the structure of a β-keto-carboxylic amide whereupon the designed library would be screened for compounds with antiviral activity. The structure of the nipah fusion protein in its post-fusion state was solved in 2006. By subsequent molecular modelling experiments a corresponding target structure within the HR1 domain of the F-protein was identified and concorded well with the obtained testing results. According to the location, this binding pocket is located where extensive conformational changes take place, mediating membrane fusion: The identified ligand 7-(4-carbamoyl-piperidin-1-yl)-N-(2,4-dichlorobenzyl)-1-cyclopropyl-6-fluoro-4-oxo-1,4-dihydro-quinoline-3-carboxamide can perfectly dock into this cavity and, by means of forces such as hydrogen bonds and hydrophobic effects, it could prevent specific interactions with the corresponding amino acids between the HR1 and HR2 domain and modify conformational rearrangements. A concentration of 1 μmol decreases fusion activity of 42% while the reference ligand OX-1 at the same concentration shows no effects.
KW  - Chinolinderivate
KW  - Gyrasehemmer
KW  - 4-Chinolonamid
KW  - Random Chemistry
KW  - Nipha-Virus
KW  - Trypanosomen
KW  - Leishmania
KW  - 4-quinolone
KW  - Typanosoma
KW  - Leishmania
KW  - Nipah virus
KW  - random chemistry
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-51791
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kapková, Petra
T1  - Biologische Untersuchungen zu Inhibitoren der Acetylcholinesterase und Erzeugung von neuen Leitstrukturen mittels "Random Chemistry"
T1  - Biological investigations on inhibitors of acetylcholinesterase and generation of new lead structures by means of random chemistry
N2  - Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene Inhibitoren der Acetylcholinesterase (AChE) untersucht, die als potentielle Substanzen zur Behandlung von Morbus Alzheimer eingesetzt werden können. Die Hemmwirkung der einzelnen Substanzen wurde mittels Ellman-Test überprüft. Gemeinsames Strukturmerkmal der Substanzklasse, von der im ersten Teil der Arbeit ausgegangen wurde, war das Grundgerüst des AChE-Reaktivators TMB4 [1,1´-Trimethylen-bis(4-Formyl-Pyridiniumbromid)-Dioxim]. Anhand der biologischen Daten konnte beobachtet werden, dass die Art der Substitution die inhibitorische Aktivität der Verbindungen wesentlich beeinflusst. Am wirksamsten von allen Bispyridinium-Derivaten zeigte sich das 2,6-chlorierte Derivat DUO3 (IC50 = 0.34 μM), gefolgt von monobenzyl-substituiertem UNO3, bismethylsubstituiertem TBM und unsubstituiertem TMB4. Weiterhin wurde der Bindungsmodus der DUO-Substanzen im aktiven Zentrum der AChE untersucht. Die Docking-Studien an Substanzen der DUO-Klasse zeigten ein einheitliches Bindungsmodel, welches folgende Wechselwirkungen be-inhaltet: π-π-„stacking“ zwischen dem Benzylring einer DUO-Substanz und dem Trp84 am Grunde der Bindetasche des Enzyms, face-to-face Wechselwirkung (π-π und Kation-π) zwischen dem Pyridiniumring und Trp334 oder Phe331 der aromatischen Furche. Bei 60% der gedockten Strukturen wurde eine face-to-face-Wechselwirkung an der anionischen peripheren Seite (PAS) der AChE-Tasche festgestellt. Weiterhin wurden neue optimierte Inhibitoren entwickelt. Die Bispyridinium-Struktur der DUO-Derivate wurde um den aus der Furche herausragenden Benzylring gekürzt. Als Leitstrukturen dienten die AChE-aktivsten Substanzen DUO3 (2,6-Cl-Derivat) und DUO12 (2-Cl-Derivat) sowie ein bisphthalimidomethyl-substituiertes TMB4-Derivat (WDUO). Die aktivste Verbindung der Pyridinium-Klasse war die Phthalimid-Phenyl-substituierte Substanz 3c (IC50 = 0.073 μM). Ihre inhibitorische Aktivität gegenüber AChE befand sich im Bereich der des Tacrins (IC50 = 0.044 μM). Sie zeigte eine sehr gute AChE-Selektivität; die BChE hemmte sie um den Faktor 34 schwächer. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde nicht nur das rationale Design angewandt, um zu viel versprechenden Kandidaten bezüglich klinischen Einsatzes zu gelangen. Auch das Verfahren der „Random Chemistry“ kam zum Einsatz, um neue und interessante Strukturen zu erzeugen, die eventuell bessere Eigenschaften als die Ausgangssubstanz besitzen. Der Grundgedanke dieses Verfahrens liegt in der Ausnutzung der durch gamma-Strahlen (60Co-Quelle) induzierten Radiolyse des Lösungsmittels, welches seine primären Produkte zur chemischen Reaktion mit dem in ihm gelösten Stoff zur Verfügung stellt. Aus den entstandenen Produkten wurden durch spezifische biologische Testung (Inhibition der AChE) positiv reagierende Komponenten herausselektiert. Die Proben wurden zuerst im Ganzen auf ihre Fähigkeit, die AChE zu hemmen, geprüft. Nach der bioaktivitätsgeleiteten Fraktionierung und Subfraktionierung mittels HPLC erwies sich die Tacrin/MeOH-Probe als die, mit dem interessantesten Aktivitätsprofil. Die Charakterisierung der entstandenen Verbindungen bezüglich ihrer Vielfältigkeit erfolgte mittels ESI-Massenspektrometrie und UV-Spektroskopie. Die Substanz mit höchster Hemmwirkung gegenüber AChE (Peak E der Tacrin/MeOH-Probe) wurde nach der Isolierung der Reinheitsprüfung und Strukturaufklärung mittels NMR-, FTIR- und (Tandem)-ESI-Massenspektrometrie zugeführt und auf ihre biologische Wirkung hin untersucht.
N2  - This study aimed at developing and biological screening of new potential acetylcholin-esterase (AChE) inhibitors. They represent the most widely used class of therapeutics for treatment of cognitive disorders such as Alzheimer´s Disease and neuromuscular diseases. The inhibitory potency toward acetylcholinesterase was evaluated by means of the spectrophotometric Ellman test. At first, the series of AChE inhibitors of bispyridinium type derived from TMB4 [1,1´-Trimethylene-bis-(4-formyl-pyridinium bromide) dioxime] was tested against AChE. In essence, the substitution pattern influenced the inhibitory potency against the enzyme. The most potent inhibitor of the bispyridinium-class was the 2,6-halogenated compound DUO3 (IC50 = 0.34 μM), followed by monobenzyl substituted (UNO3), bismethyl substituted (TBM), and unsubstituted derivatives of TMB4. This experimental finding could be explained by docking studies whose goal was to thoroughly explore possible binding modi of this type compounds. One major observation was that almost all of the compounds docked display a general binding mode; they are a kind of ditopic inhibitors which bind to both the catalytic and the peripheral sites of the enzyme. The interactions found after docking include π-π-stacking with amino acid residues of the anionic substrate binding site (Trp84), cation-π contacts with Phe331 and Tyr334 of aromatic gorge and the peripheral anionic binding site (Trp279). This type of interactions is already known for other potent AChE-inhibitor donepezil. Moreover, all compounds were potentially able to bind inside the active side gorge, although, not the whole molecule was able to interact with amino acid residues of the enzyme. This “size problem” of the DUO-ligands may be one reason for their reduced activity as compared to other potent AChE-inhibitors e.g. donepezil, tacrine. Using the hypothesis of the study on bisbenzylethers of bispyridinium compounds which were too long to tightly fit into gorge of AChE, shorter compounds of pyridinium type were developed. This new series of compounds was systematically shortened from 2,6-dichloro-benzyl, 2-chlorobenzyl and phthalimidomethyl ditopic compounds and substituted with several moieties on contralateral end of molecule. The most potent pyridinium compound was 3c (IC50 = 0.073 μM), the activity of which was in the same range of inhibition concentration as tacrine (IC50 = 0.044 μM). In addition, the affinity of 3c toward BChE was rather low (IC50 = 2.49 μM), indicating a lower degree of side effects. In addition to the rational drug design new potent AChE-inhibitors were generated through serendipitous but reproducible approach – via random chemistry. In order to achieve this objective, compound libraries were generated by using gamma-irradiation as an initiator of random free radical recombinations in aqueous or alcohol solution of starting compounds. The bioassay-guided-HPLC-fractionation as a deconvolution strategy of the gained product library was employed. Where the activity in a single first round fraction was observed further steps of fractionation were warranted till a potent hit was observed. The biological screening of first round fractions revealed the tacrine/methanol mixture to be the one with most active fractions toward AChE. Hence, further research efforts were focused on separation, deconvolution, isolation and characterization of biologically active principles. HPLC/ESI-MS (high performance liquid chromatography-electrospray ionisation mass spectrometry), NMR and UV spectroscopy were used to determine the origin and character of generated compounds, first of all that of active ones.
KW  - Acetylcholinesterase
KW  - Cholinesteraseinhibitor
KW  - Molekülbibliothek
KW  - Screening
KW  - Inhibitoren der Acetylcholinesterase
KW  - "Random Chemistry"
KW  - acetylcholinesterase inhibitors
KW  - random chemistry
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-11931
ER  -