Entwicklung neuer Inhibitoren für das Ras-Protein und dessen onkogene Mutanten auf Basis von Cyclenderivaten

URN to cite this document:: urn:nbn:de:bvb:355-opus-6763
DOI to cite this document:: 10.5283/epub.10503

Graf, Thorsten

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Date of publication of this fulltext: 13 Jul 2007 08:11

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Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	12 July 2007
Referee:	Hans Robert (Prof. Dr. Dr.) Kalbitzer
Date of exam:	27 June 2006
Institutions:	Biology, Preclinical Medicine > Institut für Biophysik und physikalische Biochemie > Prof. Dr. Dr. Hans Robert Kalbitzer
Keywords:	Ras-Proteine , Zweidimensionale NMR-Spektroskopie , Bindestelle , NMR-Spektroskopie , Konformationsänderung , Azakronenether , Molekül-Dynamik-Rechnungen , Protein-Ligand-Komplex , Cyclen , HADDOCK , molecular-dynamics-calculations , protein-ligand-complex , cyclen
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 570 Life sciences
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	10503

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Abstract (German)

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Das Ras-Protein spielt eine wichtige Rolle in der zellulären Signaltransduktion. Dort nimmt es die Funktion eines molekularen Schalters ein, der in zwei Konformationen (an und aus) an der Plasmamembran gebunden vorliegt. Zn2+- und Cu2+-Cyclen binden an das Ras-Protein mit einer Affinität im millimolaren Bereich. Mit Hilfe von fluoreszenzspektroskopischen und NMR-spektroskopischen Untersuchungen an Ras(wt) und dessen Mutanten T35A und G12V konnte festgestellt werden, dass das Zn2+-Cyclen besser an das Ras-Protein bindet als das Cu2+-Cyclen. Außerdem konnten drei Bindungsstellen am Protein verifiziert werden, an denen die Cyclene mit unterschiedlicher Affinität binden. Eine dieser Bindungsstellen befindet sich im Bereich des aktiven Zentrums des Proteins nahe dem g-Phosphat des Nukleotids. An diese Stelle binden die Cyclene jedoch nur dann, wenn sich das Ras-Protein im konformationellen Zustand 1 befindet. Das Zn2+-Cyclen ist darüber hinaus in der Lage, diesen Zustand zu stabilisieren, in dem das Ras-Protein eine wesentlich geringere Affinität zu Effektor-Proteinen zeigt.
Um die Bindungsaffinität zu steigern, wurden Molekül-Dynamik-Rechnungen durchgeführt, in die alle Ergebnisse der zwei-dimensionalen NMR-Untersuchungen am Ras-Protein und die Ergebnisse der Relaxationszeitmessungen am paramagnetischen Cu2+-Cyclen eingingen. Daraus konnte eine Struktur des Ras(T35A)·GppNHp-Cu2+-Cyclen-Komplexes erhalten werden, in der das Cyclen im Bereich des aktiven Zentrums des Ras-Proteins im Zustand 1 bindet. Basierend auf dieser Komplexstruktur wurde der Cyclengrundkörper mit unterschiedlichen Derivaten monosubstituiert, um eine kleine Bibliothek mit dem Ziel der Steigerung der Bindungsaffinität zu synthetisieren. Aus den abschließenden Untersuchungen der Bindung der synthetisierten Zn2+-Cyclenderivate gingen zwei Verbindungen hervor, die mit höherer Affinität an das Ras-Protein binden, als das Zn2+-Cyclen.
Mit den Ergebnissen dieser Arbeit kann gezeigt werden, dass Zn2+-Cyclen eine vielversprechende Leitstruktur für eine pharmakologische Inhibierung der vom Ras-Protein abhängigen Signaltransduktion darstellt.

Translation of the abstract (English)

The Ras-protein plays an important role in the cellular signal transduction. There it takes the function of a molecular switch, which exists in two conformations (on and off) bound at the plasma membrane. Zn2+- and Cu2+-cyclen bind to the Ras-protein with an affinity within a millimolar range. Using Fluorescence- and NMR-spectroscopy experiments on Ras(wt) and its mutants T35A and G12V were performed. These investigations show that the Zn2+-cyclen binds to the Ras-protein with higher affinity than the Cu2+-cyclen. In addition three binding sites could be verified at the protein, to which the cyclens bind with different affinity. One of these binding sites is next to the active center of the protein close to the g-phosphate of the nucleotide. To this binding pocket the cyclens bind only if the Ras-protein is in the conformational state 1. In addition the Zn2+-cyclen is able to stabilize this state in which the Ras-protein shows a substantially reduced affinity to effector proteins.
In order to increase the binding affinity, molecular dynamics calculations were performed with the results of the two-dimensional NMR-experiments at the Ras-protein and the results of the relaxation time measurements using the paramagnetic Cu2+-cyclen. From these data a structure of the Ras(T35A)·GppNHp-Cu2+-cyclen-complex could be calculated, in which the cyclen binds to the active center of the Ras-protein in state 1 conformation. Based on this complex structure the cyclen was substituted with different derivatives in order to synthesize a small library with the aim of increasing the binding affinity. From the final binding investigations of the synthesized molecules two Zn2+-cyclen derivatives were found to bind with higher affinity than Zn2+-cyclen to the Ras-protein.
With the results of this work it can be shown that Zn2+-Cyclen represents a promising leading structure for a pharmacology inhibition of the signal transduction depending on the Ras-protein.

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