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Synthesis and Biological Evaluation of Artificial Metalloproteases Based on Amphiphilic Cyclen Derivatives
Perera-Bobusch, Chrischani

Main titleSynthesis and Biological Evaluation of Artificial Metalloproteases Based on Amphiphilic Cyclen Derivatives
Title variationsSynthese und biologische Evaluation künstlicher Metalloproteasen basierend auf amphiphilen Cyclen-Derivaten
Author(s)Perera-Bobusch, Chrischani
Place of birth: Berlin
1. RefereeProf. Dr. Nora Kulak
Further Referee(s)Prof. Dr. Biprajit Sarkar
KeywordsCyclen; künstliche Proteasen; Mizellen; Proteinspaltung
Classification (DDC)500 Natural sciences and mathematics
540 Chemistry and allied sciences
546 Inorganic chemistry
SummaryZahlreiche Krankheiten, wie z.B die Parkinson-Krankheit, die Alzheimer-Krankheit und Diabetes mellitus Typ II, werden durch die Fehlfaltung spezifischer Proteine und der daraus resultierenden Bildung von Aggregaten ausgelöst. Besonders die Alzheimer-Krankheit hat in den letzten Jahren ein ansteigendes wissenschaftliches Interesse erfahren, ausgelöst durch neue Einblicke in die Entstehung dieser komplexen Erkrankung.

Für die Behandlung der Alzheimer-Krankheit wurden verschiedene Strategien entwickelt. Die Spaltung der pathogenen, fehlgefalteten Proteine und ihrer Aggregate mit Metallkomplexen als künstliche Proteasen ist eine dieser Strategien. Für die Cu(II)- und Co(III)-Komplexe des Cyclens konnte proteolytische Aktivität nachgewiesen werden. Zahlreiche Derivate wurden seitdem basierend auf dem Cyclen-Grundgerüst untersucht, um diese Aktivität zu steigern.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden monoalkylierte Derivate des Cyclens und entsprechende Oxa- und Dioxa-Analoga dargestellt. Mit Komplexen dieser amphiphilen Verbindungen wurde der Einfluss von Mizellenbildung auf die Spaltaktivität gegenüber verschiedenen Modell-Proteinen untersucht. Fünf amphiphile Liganden und deren Cu(II) Komplexe konnten synthetisiert werden. Zwei Co(III) Komplexe basierend auf den dargestellten Liganden konnten ebenfalls synthetisiert werden.

Die proteolytische Aktivität wurde mittels SDS-PAGE (sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis) mit verschiedenen Proteinen untersucht. Ein Anstieg um mindestens zwei Größenordnungen} konnte mit allen Komplexen im Vergleich zu Cu(II)-Cyclen nachgewiesen werden.

Ein Vergleich von Cyclen-Derivaten mit unterschiedlicher Kettenlänge zeigte die Abhängigkeit der Aktivität von der Anzahl der CH2-Gruppen in der Alkylkette, wobei das Derivat mit dem längsten Alkylrest die höchste Aktivität zeigte. Obwohl ein Anstieg der Aktivität für die Oxa-Spezies erwartet wurde, konnte die höchste Aktivität aller Komplexe für Co(III)-Hexadecylcyclen nachgewiesen werden.

Bemerkenswert war die proteolytische Aktivität der Liganden, die vergleichbar war mit der Aktivität der Komplexe. Weitere Nachforschungen sind notwendig, um Metallspuren als Quelle dieser Aktivität auszuschließen. Für Hämproteine zeigte sich ein Abfall der proteolytischen Aktivität ab einer bestimmten Komplexkonzentration, wohingegen die Spaltaktivität gegenüber Proteinen ohne Hämgruppe mit der Konzentration der spaltenden Spezies steigt. Um diesen Sachverhalt zu klären, werden derzeit Molecular Modeling-Studien durchgeführt.

Fragmente der Spaltung von Myoglobin konnten mittels MALDI-TOF (Matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight) Massenspektrometrie nachgewiesen werden. Eines dieser Fragmente kann einer Spaltung nahe der Hämgruppe zugeordnet werden. Die entsprechende Spaltstelle wurde bereits in der Literatur mit einem anderen Cyclen-Derivat als erste Schnittstelle im Spaltprozess zugeordnet. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen lassen eine Schlüsselrolle für die Hämgruppe bei der Spaltung von Hämproteinen vermuten.

Cytotoxizitätsstudien mittels MTT (3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium-bromid)-Assay zeigten einen deutlichen Anstieg der Toxizität der Komplexe von 1-Dodecylcyclen im Vergleich mit den entsprechenden Cyclen-Komplexen. Jedoch ist die Toxizität vergleichbar mit anderen Spezies, die derzeit als mögliche Alzheimer-Therapeutika untersucht werden.

Die kritische Mizellenkonzentration der Komplexe wurde mit der Pyren 1:3-Methode untersucht, einer auf Fluoreszenz basierenden Methode. Die ermittelten Werte liegen zwischen 0.04-0.47 mM}
Die hier dargestellten Ergebnisse, insbesondere die hervorragende Spaltaktivität der untersuchten Komplexe, legen weitere Studien mit amphiphilen Cyclenderivaten nahe. Die alkylierten Cyclenkomplexe weisen eine deutlich weniger komplexe Struktur auf als die meisten anderen künstlichen Proteasen, zeigen aber eine vergleichbare proteolytische Aktivität auf. Die gezielte Spaltung pathogener Proteine könnte in Zukunft durch die Einführung selektiver Gruppen ermöglicht werden.
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Number of pagesx, 115 Seiten
FU DepartmentDepartment of Biology, Chemistry and Pharmacy
Year of publication2015
Document typeDoctoral thesis
Media type/FormatText
Picture
LanguageEnglish
Terms of use/Rights Nutzungsbedingungen
Date of defense2016-02-24
Created at2016-03-22 : 02:55:56
Last changed2016-03-29 : 11:36:18
 
Static URLhttp://edocs.fu-berlin.de/diss/receive/FUDISS_thesis_000000101617
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