DNA-kodierte Substanzbibliotheken: Chemische Stabilisierung der DNA, Entwicklung neuer Synthesemethoden und Identifizierung von TEAD-YAP-Inhibitoren

Abstract

Die Technologie der DNA-kodierten Substanzbibliotheken (DELs) hat sich in den letzten Jahren als eine vielversprechende Alternative zum Hochdurchsatz-Screening zur Identifizierung kleiner organischer Moleküle, welche mit pharmazeutisch relevanten, biologischen Zielstrukturen interagieren, etabliert. DELs bestehen aus einer Vielzahl an DNA-kodierten Molekülen, welche gleichzeitig in Affinitäts-basierten Selektionsassays gegenüber einer Zielstruktur getestet und im Anschluss anhand ihrer einzigartigen DNA-Sequenz leicht „entschlüsselt“ werden können. Ein Großteil der in der Literatur beschriebenen DELs wird über „split and pool“-Synthesen in wässriger Lösung synthetisiert. Dies hat zur Folge, dass viele gängige Synthesemethoden der organischen Chemie, die auf trockene Lösungsmittel angewiesen sind, nicht für die DEL-Synthese zur Anwendung kommen können. Eine weitere Limitierung zur Herstellung von DELs stellt die Stabilität der DNA gegenüber verschiedenen Reaktionsbedingungen dar. Viele als Katalysatoren standardmäßig in der präparativen organischen Chemie eingesetzte Metallsalze sowie stark saure Reaktionsbedingungen können in der DEL-Synthese nicht verwendet werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Fokus auf die Synthese von DELs basierend auf einer Festphasenstrategie gelegt. Diese bietet neben der freien Wahl des Lösungsmittels den Vorteil, dass die Nukleobasen der DNA vollständig geschützt vorliegen und somit die gesamte DNA eine höhere Stabilität aufweist. Im ersten Teil der Arbeit wird die Synthese einer Indol-fokussierten DNA-kodierten Substanzbibliothek, ausgehend von dem chemisch sehr stabilen, controlled pore glass (CPG)-gebundenen Hexathymidin („hexT“)-Adapteroligonukleotid beschrieben (thymidine-initiated DNA-encoded chemistry, TIDEC). Die im Vergleich zu anderen DELs recht kleine Bibliothek von 8.112 Molekülen konnte im Selektionsscreening vielversprechende Wirkstoffkandidaten für schwierig zu adressierende Proteine wie dem Transkriptionsfaktor TEAD4 liefern. Das in diesem Verfahren verwendete Adapteroligonukleotid hexT erlaubt jedoch keine Kodierung von Startmaterialien. Diese Einschränkung wird im weiteren Verlauf der Arbeit adressiert durch die Überführung weiterer organischer Synthesemethoden (Ugi-Vierkomponentenreaktion, Ugi-Azid-Vierkomponentenreaktion, Ugi-Vierkomponenten-aza-Wittig-Reaktion, Groebke-Blackburn-Bienaymé-Dreikomponentenreaktion, AgOAc-vermittelte 1,3-dipolare Azomethin-Ylid-Cycloaddition, Yb(PFO)3-vermittelte Dreikomponenten-Pyrazolsynthese) auf ein neues, effizienteres DNA-Kodierungsformat, das den Einsatz von kodierten Startmaterialien ermöglicht. Damit auch harschere Reaktionsbedingungen in der DEL-Synthese verwendet werden können, wird im letzten Teil der Arbeit durch den Austausch der vulnerablen Purinnukleobase Adenin durch die chemisch modifizierte Base 7-Deazaadenin die Etablierung eines chemisch stabilisierten DNA-Barcodes beschrieben.