Amphiphile Block-Copolymere und eine Affinitäts-Aufreinigung für die DNA-kodierte Chemie

Abstract

Die Kombination von molekularbiologischen Methoden, wie der genetischen Kodierung, Selektion, DNA-Amplifikation und DNA-Sequenzierung, mit der kombinatorischen organischen Chemie konnte große Sammlungen an Molekülen, sogenannte DNA-kodierte Bibliotheken, für die Identifikation von bioaktiven Molekülen ermöglichen. Dabei besteht eine große Herausforderung in der nur geringen Abdeckung des chemischen Raumes durch die notwendige Kompatibilität der verwendeten organischen Reaktionen mit dem DNA-Barcode. So können stark saure, oder oxidierende Bedingungen, sowie hohe Temperaturen zu einem Verlust der Integrität der genetischen Kodierung führen, wodurch eine Identifizierung von bioaktiven Molekülen erschwert wird. Zudem muss eine hohe Reinheit der Molekülbibliothek vorliegen, um die Identifikation falsch positiver Hits in Selektionsassays zu reduzieren. Um diese Herausforderungen anzugehen, wurden in dieser Arbeit amphiphile Block-Copolymere für die Synthese einer DNA-kodierten Substanzbibliothek verwendet, sowie eine neue Aufreinigungs-Methode etabliert und angewendet. Im ersten Teil dieser Arbeit wurden amphiphile Block-Copolymere eingesetzt, die in Wasser hydrophobe Reaktionsräume bilden und eine aktive katalytische Einheit, wie eine Sulfonsäure oder einen Palladium-Komplex, tragen. Dadurch sollte der hydrophile DNA-Barcode getrennt von dem reaktiven hydrophoben Reaktionsmedium vorliegen und somit eine Erweiterung des chemischen Raumes durch die Povarov-Reaktion, eine Boc-Entschützung, eine Pictet-Spengler-Reaktion, sowie eine Suzuki-Miyaura-Kreuzkupplung an DNA-Konjugaten ermöglicht werden. Da Proben aus chemischen Reaktionen an DNA-Konjugaten oftmals nicht ausreichend durch die verfügbaren Methoden aufgereinigt werden konnten, wurde im weiteren Verlauf dieser Arbeit eine neue Aufreinigung basierend auf einer dispersen Festphasenextraktion entwickelt. Schließlich konnte durch die etablierten Copolymer-vermittelten chemischen Reaktionen und der neuen Aufreinigungs-Methode eine 105.288-Mitglieder große DNA-kodierte Molekülbibliothek hergestellt und eine deutliche Verbesserung der Reinheit erzielt werden. Die starke Hydrophilie des DNA-Stranges birgt Einschränkungen in der Wahl des Lösungsmittels und somit der durchzuführenden chemischen Reaktion, da viele Reaktionen nur unter Ausschluss von Wasser erfolgreich ablaufen. Daher sollten in dem letzten Teil der Arbeit nicht-funktionalisierte amphiphile Block-Copolymere eingesetzt werden, um ein Vermischen von DNA-Konjugaten in organischen Lösungsmitteln zu ermöglichen. Diese Copolymer-DNA-Interaktion könnte eine neue Herangehensweise für die Durchführung von chemischen Reaktionen an DNA-Konjugaten in organischen Lösungsmitteln liefern.