| License: Publishing license for publications excluding print on demand (14MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-133999
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.13399
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 14 May 2010 |
| Referee: | Prof. Dr. Burkhard König |
| Date of exam: | 27 March 2009 |
| Institutions: | Chemistry and Pharmacy > Institut für Organische Chemie > Lehrstuhl Prof. Dr. Burkhard König |
| Keywords: | Synthetische Peptide, Komplexe, Molekulare Erkennung, unnatürliche Aminosäuren, Peptidmimetika, phosphorilierte Aminosäuren, unnatural amino acids, peptidomimetics, phosphorylated amino acids |
| 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: | 13399 |
Abstract (English)
In the first part of the work a combination of bis(Zn(II)-cyclen) triazine metal complex binding sites with guanidinium moieties or Zn(II)-NTA complexes leads to artificial receptors for the differentiation of phosphorylated peptides which contain either a histidine side chain or a glutamic acid side chain as a second binding site. General methods for the synthesis of such bidentate receptors ...
Abstract (English)
In the first part of the work a combination of bis(Zn(II)-cyclen) triazine metal complex binding sites with guanidinium moieties or Zn(II)-NTA complexes leads to artificial receptors for the differentiation of phosphorylated peptides which contain either a histidine side chain or a glutamic acid side chain as a second binding site.
General methods for the synthesis of such bidentate receptors consisting either of two bis(Zn(II)-cyclen) triazine complexes or of one bis(Zn(II)-cyclen) triazine complex and a guanidinium moiety were developed and several receptors varying in length were synthesized.
These complexes in combination with previously prepared complexes consisting of a bis(Zn(II)-cyclen) triazine complex in combination with a Zn(II)-NTA complex were tested in a fluorescence polarization assay against the peptide-protein interaction of different peptides and their corresponding proteins STAT1, STAT3 and GST-Lck. All receptors were found to be active showing an influence on the peptide-protein binding at receptor concentrations of 200 - 600 uM. Unfortunately, it was also found that the incorporation of a second binding site into the receptors did not alter the activity of the compounds significantly.
In addition, the synthesized complexes were used to determine their binding affinities towards the fluorescently labeled peptides 5/6-Carboxyfluorescein-Gly-pSer-Ala-Ala-His-Val-NH2 and 5/6-Carboxyfluorescein-Gly-pSer-Ala-Ala-Glu-Val-NH2.
The right combination of binding moieties leads to nanomolar peptide binding affinities in aqueous media at physiological pH. To the best of our knowledge these are the highest affinities of phosphopeptide binding by artificial receptors reported so far. Depending on the second functional group (His or Glu/Asp) beside the phosphate ester, selectivities of up to three orders of magnitude of the binding constant are observed.
Although the bidentate receptors did not show the supposed increased activity in the STAT assay, their remarkably high binding affinities and also selectivities to certain peptide sequences could make them a versatile tool for the inhibition of peptide-protein interactions. Therefore further effort should be undertaken to test the receptors in other biologically relevant systems.
In the second part the unnatural Calpha-tetrasubstituted tetrahydrofuran alpha-amino acid (TAA) was used for the synthesis of 13 new peptides based on an alternated sequence of the S- or R-configured alpha-amino acid valine and the TAA. Homo- and heterochiral stereoisomers with up to eight residues in length were systematically synthesized in good yields and high purity by solution phase chemistry. X-ray crystallography, NMR- and CD-measurements showed that all homochiral peptides, even the tetrapeptides, form helical structures in the solid state and in solution. The handedness of the helix is determined by the use of S-amino acids for right-handed or R-amino acids for left-handed peptide helices.
The stable and predictable secondary structure of the new peptides makes them suitable for applications as scaffolds and peptidomimetics. Additional moieties e.g. dyes, can be introduced by metal catalyzed functionalization of the brominated arene substituent.
In addition the TAA was used in CuI-catalyzed N-arylation which proceed in moderate to good yields with a variety of amines allowing to introduce aliphatic aldehydes and different functional group containing amines into the side chain of the protected TAA. An intramolecular Cu(I)-catalyzed N-arylation reaction was used for the synthesis of the 17-membered macrocycle compounds, but the obtained yield was low. Pd(0)-catalyzed O-arylations gave higher yields for the macrocylization of non-natural tripeptides containing the TAA: A 15-membered macrocycle was obtained in good yield using Pd(OAc)2 and a sterically demanding ligand. The examples illustrate that copper(I)-catalyzed N-arylations and palladium(0)-catalyzed O-arylations give access to side chain modified derivatives of the unnatural amino acid TAA and macrocyclic peptidomimetics.
Translation of the abstract (German)
Wie dem Titel der Arbeit zu entnehmen ist, setzt sich diese aus zwei unabhängigen Teilen zusammen. Im Ersten wurden artifizielle zweizähnige Metallkomplexe zur Differenzierung phosphorylierter Peptide hergestellt und untersucht. Die zu bindenden Peptide enthielten neben der phosphorylierten Aminosäure (pSer) eine zweite Aminosäure mit einer funktionellen Gruppe in der Seitenkette (Glutaminsäure ...
Translation of the abstract (German)
Wie dem Titel der Arbeit zu entnehmen ist, setzt sich diese aus zwei unabhängigen Teilen zusammen.
Im Ersten wurden artifizielle zweizähnige Metallkomplexe zur Differenzierung phosphorylierter Peptide hergestellt und untersucht. Die zu bindenden Peptide enthielten neben der phosphorylierten Aminosäure (pSer) eine zweite Aminosäure mit einer funktionellen Gruppe in der Seitenkette (Glutaminsäure oder Histidin) und wurden an der Festphase synthetisiert. Es wurden insgesamt drei verschiedene Gruppen von Rezeptoren mit je zwei unterschiedlichen Bindungsstellen und verschiedenen Längen synthetisiert. Hierbei wurde eine Rezeptorgruppe so hergestellt, dass sie neben dem pSer auch Histidin binden kann und die beiden anderen Gruppen wurde so synthetisiert, dass sie neben dem pSer auch noch eine Affinität gegenüber Glutaminsäure aufweisen. Zur Bestimmung der Affinität und Selektivität wurden die beiden mit Fluorescein gelabelten Peptide Carboxyfluorescein-Gly-pSer-Ala-Ala-His-Val-NH2 und Carboxyfluorescein-Gly-pSer-Ala-Ala-Glu-Val-NH2 verwendet. Das Ergebnis dieser Studien war, dass in den Fällen, in denen die Rezeptoren nur an das pSer binden können und keine geeignete weitere Bindungsstelle für die zweite Aminosäureseitenkette besitzen Bindungskonstanten von logK = 5 gemessen wurden. In den Fällen in denen beide Bindungsstellen der zweizähnigen Rezeptoren im Peptid einen Bindungspartner finden erhöhten sich die Bindungskonstanten auf logK = 7 - 8. Es konnten also zum einen sehr hohe, in dieser Form noch nicht dagewesene Bindungskonstanten gemessen werden. Zusätzlich wurden Selektivitäten der Rezeptoren von Faktor 100 - 1000 ermittelt. Dies bedeutet, dass die Rezeptoren um bis 1000fach stärker an Peptide mit zwei geeigneten Bindungsstellen (pSer und His oder pSer und Glu) binden, als an beliebige andere pSer enthaltende Peptidsequenzen.
Im zweiten Teil ging es um die Synthese von unnatürlichen chiralen Aminosäuren basierend auf Tetrahydrofuran als Grundgerüst. Hierbei wurde zum Einen die in unserer Arbeitsgruppe entwickelte alpha,alpha-disubstitierte Tetrahydrofuran alpha-Aminosäure in Ihren Schutzgruppen und Seitenketten variiert. Zum Anderen wurde sie benutzt um in einer alternierenden Sequenz mit natürlichem S-Valin und R-Valin, all-S- und all-R-konfigurierte Peptide mit einer Länge von 2, 4, 6 und 8 Aminosäuren als potentielle Peptidmimetika herzustellen. Die Struktur dieser Peptide wurde im Feststoff mittels X-Ray und in Lösung mittels temp. abhängiger NMR und 2D-NMR Spektroskopie, so wie mittels Circular Dichroismus untersucht. In allen Fällen konnte eine helikale Struktur sowohl im Feststoff, als auch in Lösung nachgewiesen werden. Wobei die all-S Peptide eine rechtsgängige und die all-R Peptide eine linksgängige Helix bildeten. Da die unnatürliche Aminosäure in der Seitenkette einen Bromo-Aromaten aufweist, wurde dieser dazu verwendet um mittel CuI-Katalyse neue Funktionalitäten, wie Hydroxy-, Amino- oder Estergruppen einzuführen. Des Weiteren wurde nach erfolgreicher Entwicklung einer Methodik für die Katalyse diese auch dazu benutzt um zyklische Peptidmimetika herzustellen, in denen der N-Terminus des Peptides über CuI-Katalyse mit der bromo-aromatischen Seitenkette der unnatürlichen Aminosäure überbrückt wurde.
Metadata last modified: 26 Nov 2020 10:00
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