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Main Title: Synthese und Charakterisierung einer Peptidbibliothek elektrophiler Verbindungen als Inhibitoren von papainähnlichen Cysteinproteasen und Synthese einer α-D-Hydroxysäuren-Bibliothek für die chemoenzymatische Synthese neuer Cyclodepsipeptide
Author(s): Feifel, Sven
Advisor(s): Süssmuth, Roderich
Referee(s): Süssmuth, Roderich
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät II - Mathematik und Naturwissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit zwei unterschiedlichen Problemstellungen. Im ersten Teil dieser Arbeit wird die Darstellung einer α-D-Hydroxysäuren-Bibliothek und deren Einsatz für die in vitro Synthese neuer Cyclodepsipeptid-Derivate beschrieben. Wichtige Repräsentanten sind die Hexa-, und Octa-Depsipeptide Enniatin und PF 1022. Zahlreiche Derivate von Enniatin wurden aus einer Vielzahl an Pilzen isoliert, z.B. Fusarium, Beauveria, Alternaria, Verticillium und Paecilomyces. Bei diesen attraktiven Wirksubstanzen, handelt es sich um Produkte des Sekundärmetabolismus. Die Bioaktivitäten reichen von antitumor, anthelmintisch, fungizid, immunsupprimeriend, antimalaria bishin zu entzündungshemmend. Daher sind sie von großem Interesse für die Entwicklung pharmazeutischer Substanzen. Zwar wurden bislang zahlreiche totalsynthetische und biosynthetische Arbeiten auf dem Gebiet dieser Substanzklassen veröffentlicht, eine umfangreiche Untersuchung der Hydroxysäurenbindungstelle sowie ein schneller chemoenzymatischer Zugang zu einer Vielfalt von Cyclodepsipeptid-Verbindungen existiert jedoch nicht. Ziel der Arbeit war der schnelle Zugang zu einer Vielzahl unterschiedlicher enantiomerenreiner α-D-Hydroxysäuren für deren Verwendung in der in vitro-Synthese neuer Hexa- und Octacyclodepsipeptide. Die Herausforderung lag primär in der Erarbeitung eines einheitlichen Syntheseprotokolls, mit dem es möglich war ein breites Spektrum proteinogener und nicht-proteinogener α-D-Hydroxysäuren zu synthetisieren. Die ausgearbeitete Synthesestrategie gestattet den schnellen und enantioselektiven Zugang zu einer Vielzahl unterschiedlicher α-D-Hydroxysäuren-Derivate, welche anschließend erfolgreich bei der in vitro-synthetischen Darstellung neuer Enniatin und PF-Derivate eingesetzt wurden. Im zweiten Teil dieser Arbeit wird die erste Synthese und enzymatische Charakterisierung von trisubstituierten elektrophilen Warheads (Epoxid, Diol, Alken) in Verbindung mit einem E64c-like- oder CA028-like-Dipeptid beschrieben. Zusätzlich konnten Resultate aus SAR-Studien zu den peptischen Verbindungen als auch der synthetischen Intermediate (Epoxide, Alkene, Diole) erste Resultate zur biologischen Aktivität der Verbindungen liefern. Die Referenzsubstanz E-64 (21) wurde 1978 von Hanada et al. aus Aspergillus japonicus TPR-64 isoliert. Kurz darauf wurde für E-64 und seine synthetischen Derivate eine selektive Aktivität gegenüber den papainähnlichen Cysteinproteasen nachgewiesen. Mittels NMR und Röntgenkristallographie wurde ein hochkonservierter Bindungsmodus von E-64 ermittelt. Ausgehend von kommerziell erhältlichen α-L-Aminosäuren konnten mittels iterativer Funktionalisierung über nur 5 Stufen die trisubstituierten Wahrheads dargestellt, und anschließend in Lösung mit den E64c- und CA028-like-Dipeptid-Motiven verknüpft werden. Die etablierte Syntheseroute erlaubt auch zukünftig den schnellen Zugang zu neuen Derivaten. Die enzymatische Charakterisierung der Verbindungen ergab beachtliche Aktivtäten der Diol- und Epoxy-Tripeptide bezüglich CatB und CatL. Eine Auswahl synthetischer Intermediate wurde zusammen mit einer Auswahl von Tripeptiden in SAR-Studien hinsichtlich einer antibakteriellen Wirkung untersucht. Für einige der Verbindungen wurde eine bemerkenswerte antibakterielle Aktivität gegenüber Gram-positive Erregern, und speziell S. aureus beobachtet.
The present work deals with two different problem assignments. In the first section of the present work the synthesis of one α-D-Hydroxy acid library and their dedication for the in vitro synthesis of new cyclodepsipeptid derivatives is described. Important representatives are the hexa- and octa-depsipeptides, enniatin and PF 1022 respectively. Numerous derivatives of enniatin have been isolated from fungi, for instance Fusarium, Beauveria, Alternaria, Verticillium and Paecilomyces. In case of the appealing natural products, it is about products of the secondary metabolism. Their biological activities span from antitumoral, anthelmintic, antifungal, immunosuppressant, antimalaria to anti-inflammatory activities. Therefore they are of great interest for the development of pharmaceutical products. In fact up to now several totalsynthesis and biosynthesis work upon this field has been published, an extensive exploration of the hydroxy acid binding pocket as well as an rapid chemoenzymatic approch to a wide diversity of cyclodepsipeptids does not exist so far. One goal of the present work was the fast access to a multiplicity of diverse enantiopure α-D-hydroxy acids for their disposition in the in vitro synthesis of new hexa- and octa-cyclodepsipeptides. The challenge relied primary on the establishment of an consitently synthesis protokoll, based on it was possible to synthesize a wide variety of proteinogenic or non-proteinogenic α-D-hydroxy acids. The eleborated synthesis stratgie permitted the rapid and enatiopur access to broad spectra of diverse α-D-hydroxy acid derivatives, which could be successfully used afterwards for the in vitro synthesis of new enniatin and PF 1022 derivatives. In the second section of the present work the synthesis and enzymatic profiling of trisubstituted electrophilic warheads (epoxide, diol, alkene) in association with an E64c-like- or CA028-like-Dipeptid is described. Additionally, results from SAR-studies for the peptidic compounds as for the synthetic intermediates (epoxide, diol, alkene) showed the first biological acivities of these compounds. The reference inhibitor E-64 (21) has been isolated in 1978 by Hanada et al. from Aspergillus japonicus TPR-64. Shortly after it was proven that E-64 and its derivatives exclusively inhibit papain-like cysteine proteases. By means of NMR-spectroscopi investigations a highly conserved binding mode for E-64 was found. Based on commercial avialable α-L-amino acids the trisubstituted warheads could be synthesized by iterative functionalisation through a five step synthesis, followed by coupling of the E64c- und CA028-like-dipeptide-motifs in solution. The established synthetic route permits in the future a fast access to new E64c- und CA028-like derivatives. Enzymatic profiling of the synthesized compounds provided remarkable activities for diol- and epoxy-peptides towards Cathepsin B and Cathepsin L. A variety of synthetic intermediates (warheads) and tripeptides have been examined in SAR-studies concerning theirs antibacterial acitivity. For several compounds a remarkable antibacterial activity was found against gram-positiv bacteria, especially against Staphylococcus aureus.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-24113
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/3992
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-3695
Exam Date: 29-Oct-2009
Issue Date: 26-Jan-2015
Date Available: 26-Jan-2015
DDC Class: 540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften
Subject(s): Chemoenzymatisch
Cyclodepsipeptide
Cysteinproteasen
Inhibitoren
Chemoenzymatic
Cyclodepsipeptides
Cysteine proteases
Inhibitors
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