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- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-opus-4487
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.10279
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 4 December 2005 |
| Referee: | Burkhard (Prof. Dr.) König |
| Date of exam: | 17 December 2004 |
| Institutions: | Chemistry and Pharmacy > Institut für Organische Chemie > Lehrstuhl Prof. Dr. Burkhard König |
| Keywords: | Organische Chemie , Präparative organische Chemie , Peptidomimetikum , Beta-Faltblatt , Aminosäuren , Pyrrolderivate , Haarnadelschleife , , organic chemistry , peptide conformation , beta-sheet , peptide mimic , beta turn |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 540 Chemistry & allied sciences |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 10279 |
Abstract (German)
Die Erkennung exponierter beta-Faltblattstrukturen spielt eine wichtige Rolle in Protein-Protein-Wechselwirkungen. Ein fehlendes oder auch ungewolltes Auftreten dieser beta-Faltblatt-Struktur kann verheerende Konsequenzen nach sich ziehen. Das Peptid-Rückgrat von beta-Faltblatt-Strukturen besitzt in regelmäßigen Abständen einen Abschnitt mit je einem Wasserstoffbrücken-Donor und -Akzeptor in der ...
Abstract (German)
Die Erkennung exponierter beta-Faltblattstrukturen spielt eine wichtige Rolle in Protein-Protein-Wechselwirkungen. Ein fehlendes oder auch ungewolltes Auftreten dieser beta-Faltblatt-Struktur kann verheerende Konsequenzen nach sich ziehen.
Das Peptid-Rückgrat von beta-Faltblatt-Strukturen besitzt in regelmäßigen Abständen einen Abschnitt mit je einem Wasserstoffbrücken-Donor und -Akzeptor in der Reihenfolge Donor-Akzeptor-Donor-Akzeptor-usw. In Protein-Protein-Wechselwirkungen dienen diese Wasserstoffbrückenfunktionen zur Bindung zweier beta-Faltblätter.
Synthetische Moleküle mit komplementären Wasserstoffbrückenfunktionen und komplementärer Struktur zum beta-Faltblatt versprechen somit eine Inhibitorfunktion für Protein-Protein-Wechselwirkungen oder eine Stabilisierungsfunktion der beta-Faltblatt-Struktur.
Diese Arbeit leistet hierzu einen Beitrag durch die Entwicklung und Untersuchung des Bindungsverhaltens eines Dipeptid-Mimetikums.
Im ersten Teil dieser Arbeit wurde die Synthese der Methoxypyrrolaminosäure (MOPAS) als Dipeptid-Mimetikum entwickelt und mit der Synthese der Pyrrolaminosäure (PAS) verglichen. Dabei spielt die zusätzliche Alkoxygruppe eine herausragende Rolle bei der Vororientierung im Oligomer des Bausteins.
Diese Oligomerisierung wurde im nächsten Abschnitt sowohl an der festen Phase als auch in Lösung untersucht, wobei eine Optimierung der Kupplung des MOPAS-Bausteins in Lösung durch Verwendung des Hydroxybenzotriazol- (OBt-) Aktivesters erreicht werden konnte, mit Kupplungsausbeuten, wie sie in der Standard-Peptid-Kupplung üblich sind.
Die anschließenden Bindungsstudien an kurze Di- und Tetrapeptide zeigen, neben der für beta-Faltblatt-bildenden Strukturen üblichen Selbstaggregation, eine vergleichbare Bindungsaffinität an diese Peptide. Dabei ergeben Untersuchungen zur Stöchiometrie eine hohe Wahrscheinlichkeit der erwartenden Bindung zweier MOPAS-Rezeptor-Moleküle an je eine Seite der Peptide bei Bindungskonstanten von bis zu 100 l/mol. Die De-Aggregation eines unlöslichen Proteins durch das Dimer des MOPAS-Bausteins zeigt die mögliche Anwendung bei der De-Aggregation von Amyloid-Plaque.
Um bessere Aussagen über die Struktur von Peptiden im gebundenen Zustand treffen zu können, wurde der Rezeptor kovalent mit dem Peptid verknüpft. Dadurch wurde das Wasserstoffbrückenbindungsereignis intramolekular. Beta-Haarnadelschleifen aus D Prolin und Glycin sind dafür ideal und bringen einen Arm mit MOPAS-Einheiten und den anderen peptidischen Arm zusammen, sodass sich Wechselwirkungen ausbilden können. Die Untersuchung der Peptidstruktur ergibt dann die erwartete, induzierte beta-Strang-Konformation im Peptid-Arm.
In einem weiteren Abschnitt wurde dann diese kovalente Form der Verknüpfung des Rezeptors und des Peptids durch eine koordinative Bindung ersetzt. So konnte in Zusammenarbeit mit Michael Kruppa ein Rezeptor mit Histidin-bindender Stelle und beta-Faltblatt-bindener Stelle in Form zweier MOPAS-Einheiten synthetisiert werden. Wird an diesen Rezeptor ein Pentapeptid mit endständigem Histidin gebunden, kann dann selbst in einem stark kompetetiven Lösungsmittel wie DMSO die Wechselwirkung zwischen Peptid und Rezeptor gezeigt werden. Auch hier wird die Geometrie des Peptids in der Art verändert, dass sich die Konformation eines beta-Strangs ausbildet.
In den letzten beiden Abschnitten konnte der MOPAS-Baustein so verändert werden, dass er den chiralen proteinogenen Aminosäuren noch ähnlicher wird. Am Aminomethyl-Arm war es möglich, eine Isopropylgruppe sowohl mit hohen Ausbeuten als auch mit einer Enantioselektivität >96 % einzuführen. Die Einführung eines Restes am Pyrrolring und somit Bildung eines quartären Kohlenstoffs konnte am MOPAS-Baustein gezeigt werden, wodurch der Weg zur stereoselektiven Synthese damit offen steht.
Translation of the abstract (English)
Recognition of exposed edges of beta-sheets plays an important role in protein-protein-recognition. The absence or unwanted existence of this structural element can be disastrous. The hydrogen bonding pattern of a beta-sheet in a peptide backbone possesses a hydrogen donor and acceptor in alternating sequence. This pattern serves as a bonding function for a beta-sheet interaction. Synthetic ...
Translation of the abstract (English)
Recognition of exposed edges of beta-sheets plays an important role in protein-protein-recognition. The absence or unwanted existence of this structural element can be disastrous. The hydrogen bonding pattern of a beta-sheet in a peptide backbone possesses a hydrogen donor and acceptor in alternating sequence. This pattern serves as a bonding function for a beta-sheet interaction.
Synthetic molecules with complementary hydrogen bonding pattern and complementary structure are promising structures for inhibition of protein-protein interactions or stabilising a beta-sheet.
This thesis contributes to this objective by the development and binding study of a peptide mimic.
In the first part of this thesis, the synthesis of the methoxypyrrole amino acid (MOPAS) building block as dipeptide mimic was developed and compared with the synthesis of the pyrrole amino acid (PAS) building block. Hereby, the additional alkoxy group is extremely important for the pre-orientation in the oligomer of the building block.
This oligomerisation was studied both on solid support and in solution. An optimum of the coupling conditions was found in solution using the hydroxybenzotriazole (OBt) active ester of the building block with yields comparable to standard peptide coupling procedures.
Subsequent binding studies of short di- and tetrapeptides show binding affinities comparable to those arising from their self-association. Stiochiometric analysis shows a high probability of a two receptors binding, one to each side of the peptide with binding constants of up to 100 l/mol. Deaggregation of an insoluble peptide by adding the dimer of the MOPAS building block indicates a possible application for the deaggregation of amyloid plaque.
In order to gain a better understanding of the MOPAS building block and the structure, it was covalently bound to a peptide. Hereby the hydrogen bonding interactions became intramolecular. Beta-Hairpins made from D-proline and glycine are perfect for this purpose and bring the MOPAS building blocks and the peptidic arm close together in such way as to enable them to form hydrogen bonds. Subsequent studies of the peptidic structure results in the induced beta-strain conformation of the peptidic arm.
In the next part of this thesis this covalent way of linking was replaced by a coordinative binding. In cooperation with Michael Kruppa it was possible to synthesise a histidine specific receptor with two MOPAS building blocks serving as a beta-sheet binding unit. Thus, even in a highly competitive solvent like DMSO, the interactions between the peptide and beta-sheet binding unit can be observed once the peptide was bound to the receptor. The structure of the peptide was also changed to a beta-strain-like peptidic conformation.
In the last two parts of this thesis, the MOPAS building block was modified to be more like chiral proteinogenic amino acids. At the aminomethyl functionality it was possible to introduce an isopropyl group with an enantioselectivity of more than 96 %. The introduction of a residue at the pyrrole ring and thus generation of a quaternary carbon could also be shown. Thus a stereo selective synthesis of a dihydropyrrole amino acid should be possible.
Metadata last modified: 26 Nov 2020 13:23
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