University of Groningen
New applications of dynamic combinatorial chemistry to medicinal chemistry
Hartman, Alwin
DOI:
10.33612/diss.102259269
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Publication date: 2019
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Citation for published version (APA):
Hartman, A. (2019). New applications of dynamic combinatorial chemistry to medicinal chemistry. Rijksuniversiteit Groningen. https://doi.org/10.33612/diss.102259269
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Zusammenfassung
Die Verwendung dynamisch kombinatorischer Chemie (Dynamic Combinatorial Chemistry, DCC) in medizinisch-chemischen Projekten kann eine sehr hilfreiche Strategie sein, um Anknüpfungspunkte für die Wirkstoffentdeckung zu finden. Insbesondere, wenn Targetinformationen bekannt sind, können mit DCC kombinierte struktur- oder fragmentbasierte Wirkstoffdesign-Ansätze zu wirksamen Verbindungen führen.
14-3-3 Proteine spielen als relevantes Target eine Rolle in verschiedenen Krankheiten und vielen biologischen Prozessen. Proteine dieser Familie beteiligen sich an Protein-Protein-Interaktionen (PPIs) und können diese mit zahlreichen Bindungspartnern ausbilden. Durch Bildung dieser PPIs regulieren diese Proteine die Aktivität der Bindungspartner. Die Aktivität kann sowohl hoch- als auch herabreguliert werden.
Eine andere Familie relevanter Targets sind die Glukansucrasen, welche wichtige Enzyme in der Initiierung und Entwicklung von kariogenen dentalen Biofilmen, allgemein bekannt als Plaque, sind. Durch Inhibition dieser Enzyme könnte deshalb Karies vorgebeugt werden.
In den letzten beiden Kapiteln wurde Endothiapepsin für Protein-vermittelte DCC (ptDCC) verwendet. Endothiapepsin gehört zur Familie der Aspartylproteasen. Aspartylproteasen sind an zahlreichen biologischen Prozessen und Krankheiten beteiligt, zum Beispiel an der Reifung des HIV Viruspartikels.
Im Verlauf dieser Arbeit fokussieren wir uns auf die Anwendung von DCC in verschiedenen Projekten. Die Hauptleistungen sind: 1) die Beschreibung des hausinternen DCC-Protokolls, in welchem Aspekte wie Löslichkeit von Bausteinen und Produkten, Proteinstabilität und weiteres wichtige zu beachten sind, 2) die Anwendung von Acylhydrazon-basierter DCC auf zwei attraktive Targets, eine Glukansucrase und ein PPI-Target, 3) die Identifikation kleiner Moleküle, die PPIs von 14-3-3/ Synaptopodin stabilisieren, 4) die Erweiterung des Reaktionsspielraums der ptDCC durch zwei zusätzliche Reaktionen: Nitron- und Thiazolidinbildung.
In Kapitel 1 liefert eine klare und knappe Beschreibung eines umfassenden DCC-Protokolls. Diese Arbeit fokussierte sich auf wichtige Aspekte hinsichtlich der praktischen Handhabung in der ptDCC. Um ptDCC erfolgreich anzuwenden, sollten die besten biologischen und chemischen Bedingungen aufeinander abgestimmt werden. Darüber hinaus wurden analytische Techniken, die
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verwendet wurden, um zu bestimmen, welche Verbindungen die favorisierten sind, kurz diskutiert.
In Kapitel 2 zeigen wir einen Überblick der Modulatoren von 14-3-3 Proteinen. Kritisch analysierten wir in Hinblick die bekannten Modulatoren auf ihre Strukturen und molekulare Erkennung durch 14-3-3 Proteine. Basierend auf publizierten Cokristallstrukturen, schlugen wir kleine Modifikationen bestimmter Modulatoren vor.
In Kapitel 3 beschreiben wir die Identifikation von Modulatoren der 14-3-3 PPIs mittels DCC. Wir adressierten einen PPI-Komplex der 14-3-3(ζ) mit Synaptopodin, ein aus 21 Aminosäuren bestehendes peptid. Hit-Verbindungen der DCC-Experimente wurden auf ihre biologischen Aktivitäten via Oberflächenplasmonenresonanz (SPR)-Spektroskopie untersucht. Diese Verbindungen zeigen einen stabilisierenden Effekt auf den PPI-Komplex. Cokristallisationsstudien laufen um den Bindungsmodus zu bestätigen, und SBDD zur Optimierung der Aktivität zu ermöglichen.
In Kapitel 4 wendeten wir Acylhydrazon-basierte DCC auf eine Glukansucrase an. Glukansucrasen spielen in kariogenen dentalen Biofilmen eine wichtige Rolle, welche Karies verursachen. Glukansucrase-Inhibitoren sollten daher Karies vorbeugen und könnten als Additive in Zahnpasta zugesetzt werden. Wir beschrieben die Synthesen, DCC Experimente als auch die biochemische Charakterisierung der Hit-Verbindungen.
In Kapitel 5 beschreiben wir die erste Anwendung von Nitron-basierter ptDCC. Wir optimierten die Bedingungen für ptDCC unter Berücksichtigung des Targetproteins Endothiapepsin sowie der Anwendbarkeit der Nitronreaktion. Neben der Anwendung auf ptDCC, bestimmten wir das optimale pH Fenster dieser „neuen“ Reaktion. Die Synthese der Hit-Verbindungen ermöglichte die Evaluation ihrer biochemischen Aktivität in einem Fluoreszens-basierten Aktivitätsassay. Vorläufige Ergebnisse hinsichtlich der Zytotoxizität des Nitron Linkers zeigte keine Zytotoxizität auf der Leberzelllinie HepG2.
In Kapitel 6 porträtieren wir eine weitere neue Reaktion in ptDCC unter Einsatz von Thiazolidinen. Thiazolidine können in zahlreichen Naturstoffen gefunden werden und sind deshalb aus biochemischer Sicht sehr attraktive Gerüste. Wir beschrieben eine Zahl von DCC-Experimenten, die zeigten dass diese Reaktion ebenfalls in Medizinalchemieprojekten verwendet werden kann. Die Erweiterung des Reaktionsumfangs von Cysteinderivaten auf aromatischen Aminothiol-Bausteinen resultierte in der Oxidation der Produkte. Diese Oxidation macht die Reaktion irreversibel, und deshalb ist Thiazolidin-DCC vorerst auf Cysteinderivate begrenzt.
