Site-selective incorporation of alpha- and beta-amino acid derivatives : towards new gramicidin S-based bactericides
Knaap, M. van der
Citation
Knaap, M. van der. (2010, September 8). Site-selective incorporation of alpha- and beta- amino acid derivatives : towards new gramicidin S-based bactericides. Retrieved from https://hdl.handle.net/1887/15935
Version: Corrected Publisher’s Version
License: Licence agreement concerning inclusion of doctoral thesis in the Institutional Repository of the University of Leiden
Downloaded from: https://hdl.handle.net/1887/15935
Note: To cite this publication please use the final published version (if applicable).
[133]
Samenvatting
Het centrale molecuul in dit proefschrift is het natuurlijke antibioticum gramicidine S. In de jaren ’40 van de twintigste eeuw werd deze verbinding voor het eerst geïsoleerd uit de Russische bodem, waarmee tevens de herkomst van de “S” is verklaard: Sovjet. Gramicidine S, of GS, is een cyclisch peptide dat opgebouwd is uit tien aminozuren. Het is een C2- symmetrisch molecuul met de sequentie cyclo-(Pro-Val-Orn-Leu-DPhe)2. Door de unieke structuur, die bestaat uit twee zogenoemde β-haarspeldbochten met daartussen een antiparallele β-sheet, is GS in staat om de membranen van bacteriën zodanig te destabiliseren dat daardoor uiteindelijk de bacteriën worden gedood. GS zou derhalve een brede medische toepassing kunnen hebben, ware het niet dat het peptide niet in staat is onderscheid te maken tussen bacteriële en menselijke cellen. GS is dus toxisch voor mensen. Met name de laatste jaren zijn wetenschappers bezig geweest om kleine veranderingen in de structuur van GS te maken, met als doel GS derivaten te verkrijgen die minder toxisch zijn, maar wel de antibiotische werking behouden. Hoofdstuk 1 geeft een overzicht van de GS derivaten die in de afgelopen vijftig jaar zijn gesynthetiseerd. Daarbij is vooral gelet op het effect die een verandering heeft op de anti-bacteriële activiteit. Behalve de biologische activiteit heeft ook de peptidestructuur veel aandacht van chemici getrokken. Het bekijken van het effect van een verandering op de drie-dimensionale structuur van GS is een belangrijk onderdeel van het in dit proefschrift beschreven onderzoek.
In Hoofdstuk 2 wordt verslag gedaan van het onderzoek naar het effect van de introductie van een substituent op de para-positie van een van de D-phenylalanine residuen in GS. Deze modificaties bleken weinig invloed te hebben op de structuur, maar er werd geen derivaat gevonden dat sterkere activiteit vertoonde dan GS zelf, noch een peptide dat aanzienlijk minder toxisch was. Er kan geconcludeerd worden dat de para-positie van het D- phenylalanine residue een goede positie kan zijn voor de introductie van een functionaliteit die gebruikt zou kunnen worden voor bijvoorbeeld polymerisaties. Zulke GS-polymeren zijn interessant voor de ontwikkeling van oppervlaktes met antibiotische werking.
Samenvatting
[134]
Het onderzoek dat in het daaropvolgende Hoofdstuk 3 staat beschreven maakt gebruik van een populaire conjugatie reactie, de zogenoemde ‘klik’-reactie, die een triazool ring oplevert. Deze aromatische vijf-ring zou een goed mimeticum kunnen zijn voor de aromaat van phenylalanine. GS-triazolen met verscheidene substituenten werden bereid en getest op hun biologische activiteit. Het bleek dat de GS-triazoolderivaten hoge antibacteriële activiteit bezaten. Derhalve is de GS-triazoolvoorloper, GS-alkyn een interessante uitgangsstof voor toekomstige conjugatie reacties.
Een aan GS verwant peptide met antibacteriële werking, gratisine, was een belangrijk onderdeel van het onderzoek dat wordt behandelt in Hoofdstuk 4. Er werden een aantal derivaten van gratisine en gramicidine S bereid, geanalyseerd en getest. De beschreven moleculen geven meer inzicht in de structuur-activiteits relaties van gratisin en GS en door het synthetiseren en testen van hybride structuren van twee bekende peptidische antibiotica, is het mogelijk dat nieuwe peptiden worden gevonden die een verbeterd activiteitsprofiel hebben.
Hoofdstuk 5 beschrijft een nieuwe syntheseroute naar β2-aminozuren. Deze niet- natuurlijke aminozuren hebben bijzonder interessante structurele eigenschappen. De β- aminozuren met een substituent op de α-positie zijn moeilijk toegankelijk zijn. Er werd een nieuwe route ontwikkeld die goede opbrengsten geeft, juist ook voor β2-aminozuren met sterisch grote zijketens.
De aminozuren uit Hoofdstuk 5 werden toegepast in het onderzoek van Hoofdstuk 6.
Conceptueel nieuwe GS-derivaten werden gemaakt waarbij in de sheet α- en β-aminozuren werden gebruikt. Voorafgaand aan dit onderzoek waren er geen voorbeelden bekend waarbij cyclische peptiden ontworpen en gesynthetiseerd zijn die zowel α- als β-aminozuren bevatten.
Een model werd gebruikt om de β-aminozuren zo in te bouwen dat een β-sheet werd verkregen die gestabiliseerd wordt door H-bruggen. Door middel van NMR en kristallografie werd aangetoond dat de peptiden inderdaad de verwachte structuur aannamen. Het model werd tevens gebruikt om de zijketen op een wijze te introduceren dat de peptides amfifiliciteit
Samenvatting
[135]
bezaten. Het succes van het ontwerp werd echter niet weerspiegeld in de biologische activiteit van de derivaten.
Het werk beschreven in Hoofdstuk 7 maakte tevens gebruik van β-aminozuren gemengd met α-aminozuren in een β-strand. Het α-aminozuur dat nu werd gebruikt bezat de niet- natuurlijke D-stereochemie. β-Sheets bestaande uit enkel α-aminozuren worden gedestabiliseerd door de aanwezigheid van D-aminozuren. Het gebruik hier van β- aminozuren geeft echter de vrijheid van aminozuren te gebruiken met verschillende stereochemie. De aanwezigheid van de β-sheet en de H-bruggen werd bekeken door middel van NMR spectroscopie en het bleek dat de vorming van de sheet afhankelijk is van welke zijketens worden gebruikt. De GS-derivaten waren niet actitief met betrekking tot het kapot maken van bacteriële membranen.
