Chemistry and biology of natural product derived protease inhibitors

Abstract

Im Rahmen dieser Dissertation sollten Naturstoffe und davon abgeleitete Derivate synthetisiert und im Hinblick auf ihre biologische Aktivität als Protease-Inhibitoren untersucht werden. Für die Naturstoffklasse der 3-Amino-6-Hydroxy-2-piperidon(Ahp)-Cyclodepsipeptide, die als nicht-kovalente Serin-Protease-Inhibitoren bekannt sind, konnte eine Festphasensynthese basierend auf einem allgemeinen Ahp-Vorläufermolekül entwickelt werden. Für den Ahp-Vorläufer wurde eine Lösungssynthese entwickelt. Die Festphasenstrategie ermöglicht die Synthese maßgeschneiderter Ahp-Cyclodepsipeptide; sie beinhaltet eine Veresterung an der festen Phase, sowie eine Festphasen-Macrolaktamisierung und etabliert ein neues Protokoll zur Generierung eines Aldehyds bei Abspaltung von der festen Phase. Zur Überprüfung der neu-entwickelten Strategie wurde der Chymotrypsin-Inhibitor Symplocamide A erfolgreich an der festen Phase synthetisiert und im Anschluss auf seine biologische Aktivität hin untersucht. Mit Symplocamide A als der Leitstruktur wurden vereinfachte Analoga von Ahp-Cyclodepsipeptiden synthetisiert, um zu überprüfen ob diese Analoga, wie die Ahp-Cyclodepsipeptide auch, die sogenannte kanonische Konformation einnehmen. Die kanonische Konformation wurde zuerst in proteinogenen Serinprotease-Inhibitoren beobachtet und studiert. Kürzlich wurden auch peptidische Analoga dieser Inhibitoren untersucht und ein Zusammenhang mit den Ahp-Cyclodepsipeptiden erkannt, welche ebenfalls durch die Einnahme der kanonischen Konformation inhibieren. Im Rahmen dieser Dissertation war es möglich zu zeigen, dass die Ahp-Einheit unter Retention der biologischen Aktivität durch kommerziell erhältliche Aminosäuren ersetzt werden kann. Mittels Struktur-Wirkungsuntersuchungen konnten zudem die kritischen Determinanten zur Einnahme der kanonischen Konformation bestimmt, sowie ein Einblick in die molekulare Grundlage einer effizienten Inhibition gewonnen werden. Für den Naturstoff Symplostatin 4 wurde eine konvergente Lösungssynthese entwickelt, die einen flexiblen Zugang zu modifizierten Derivaten ermöglichte. Speziell die Synthese von Sonden für die Untersuchung von Symplostatin 4 mittels aktivitätsbasiertem Proteinprofiling war durch eine 1,3-dipolare Huisgen-Cycloaddition von propargyl-modifizierten Spezies mit Azid-modifizierten Reportermolekülen vereinfacht möglich. Durch aktivitätsbasiertes Profiling konnten mit den Cystein-Proteasen RD21A und RD21B die Zielenzyme von Symplostatin 4 in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana identifiziert werden. Desweiteren wurde die anti-Malaria-Aktivität, die für das chemisch identische Gallinamide A publiziert worden war, für Symplostatin 4 und seine Derivate studiert. Im Rahmen von Untersuchungen mit dem Malariaerreger Plasmodium falciparum konnte festgestellt werden, dass Symplostatin 4 ein nanomolarer Inhibitor der Cystein-Proteasen Falcipain 2 und 3 ist, die für den Hemoglobinverdau zuständig sind und als wichtige Zielenzyme einer alternativen Malaria-Chemotherapie betrachtet werden.