Dokument: α-L-Fucosylated precision glycomacromolecules for binding studies with viral and bacterial lectins

Titel:	α-L-Fucosylated precision glycomacromolecules for binding studies with viral and bacterial lectins
Weiterer Titel:	α-L-Fucosylierte Präzisionsglykomakromoleküle für Bindungsstudien mit viralen und bakteriellen Lektinen
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=48785
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20190311-115318-9
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Bücher, Katharina [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 39,04 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 06.03.2019 / geändert 06.03.2019
Beitragende:	Prof. Dr. Hartmann, Laura [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. Pietruszka, Jörg [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie
Beschreibungen:	Multivalente Kohlenhydrat-Lectin-Wechselwirkungen spielen eine wichtige Rolle bei vielen Adhäsions- und Infektionsprozessen von Pathogenen. Zwei entscheidende Beispiele sind das Kapsidprotein P-Dimer des humanen Norovirus`, das weltweit die Hauptursache für nicht-bakterielle Gastroenteritis darstellt, und der Rezeptor LecB aus dem oftmals multiresistenten, bakteriellen Krankenhauskeim Pseudomonas aeruginosa, welches dichte Biofilme bildet. Beide Lektine binden fucosylierte Glykane an Zelloberflächen, insbesondere Histo-Blutgruppen-Antigene (HBGA). Glycomimetische Strukturen können helfen, die zugrundeliegenden multivalenten Bindungsmechanismen zu verstehen. Zuvor führte Hartmann et al eine neue Klasse von Glycomimetika ein: monodisperse, sequenzkontrollierte Glycooligo(amidoamine), die durch Festphasenpolymersynthese (SPPoS) unter Verwendung maßgeschneiderter Bausteine (BB) hergestellt werden. In der vorliegenden Arbeit wurden fucosylierte Glycooligo(amidoamine) synthetisiert, um ihr Bindungsverhalten gegenüber P-Dimer und LecB zu untersuchen. Um die Lektinbindungstaschen zu adressieren, wurde erfolgreich eine Reihe von Glycooligomeren hergestellt, die nur Fucose-Einheiten (homomultivalente Glycooligomere) präsentierten. Dabei wurden die Valenz (Anzahl der Fucose-Einheiten), der Abstand zwischen den Fucose-Einheiten und die Oligomer-Kettenlänge variiert. Um komplexere Glykanstrukturen wie HBGA zu imitieren, wurde eine neue Strategie zur Synthese von heteromultivalenten Glycooligomeren (mit verschiedenen Arten von Kohlenhydraten) eingeführt, indem ein neuer doppel-klickbarer BB, iso-DTDS, entwickelt und in der SPPoS eingesetzt wurde. Dies ermöglicht die Präsentation verschiedener Glykane in großer Nähe zueinander am oligomeren Rückgrat. Die Glycooligomere wurden in enger Zusammenarbeit mit Partnern aus der Virologie und der bakteriellen Enzymologie mehreren Bindungsstudien unterzogen. Sie konnten durch native MS zeigen, dass die Bindung von homomultivalenten Fucose-Oligomeren an P-Dimer im Vergleich zum natürlichen Liganden HBGA B um das 2-3-fache reduziert ist. Zusätzlich fanden sie durch Epitop-Mapping (STD-NMR) sowie Co-Kristallisation von Glycomimetika mit P-Dimer heraus, dass die Bindung mit den Fucoseeinheiten und nicht mit dem Rückgrat oder dem Linker des Oligomergerüsts erfolgt. Die Ergebnisse legen auch nahe, dass alle Glycooligomere nur mit einem Fucose-Liganden an einer der vier bekannten P-Dimer-Bindungsstellen binden. Alle Fucose-Oligomere wurden auf ihre Bindung an den bakteriellen Rezeptor LecB getestet, wobei ein Inhibitions-Kompetitions-Assay über Oberflächenplasmonenresonanz (SPR) durchgeführt wurde, welcher speziell im Rahmen dieser Arbeit entwickelt wurde. Im Fall der homomultivalenten Fucose-Oligomere erhöht eine zunehmende Menge an Fucose-Seitenketten die inhibitorische Wirkung auf LecB mit einem Inhibitorpotenzial von etwa 2-3 pro Fucose-Einheit im Vergleich zu α-L-Methylfucose. Kooperationspartner bestätigten die verstärkten inhibitorischen Wirkungen von fucosylierten Glycooligomeren durch ELLA-Assays und identifizierten deren Potenzial als Inhibitoren für die durch LecB vermittelte Biofilmbildung. Die heteromultivalenten Fucose-Oligomere verbesserten die durch SPR bestimmten inhibitorischen Wirkungen auf LecB nicht weiter. Die Ergebnisse der homomultivalenten Positivkontrolle mit vier räumlich nahe-stehenden Fucoseeinheiten zeigen, dass die Inhibierung nicht von der Präsentation mehrerer Fucoseliganden in unmittelbarer Nähe profitiert, sondern eher von einer größeren Anzahl von Liganden in größerer Entfernung. Multivalent carbohydrate-lectin interactions play an important role in many adhesion and infection processes of pathogens. Two crucial examples are the capsid protein P-dimer of the human Norovirus, which is the major cause of non-bacterial gastroenteritis worldwide, and the receptor LecB from the hospital-acquired and often multi-resistant bacterium Pseudomonas aeruginosa, which forms dense biofilms. Both lectins bind fucosylated glycans on cell surfaces, in particular histo-blood group antigens (HBGA). Glycomimetic structures can help to understand the underlying multivalent binding mechanisms. Previously, Hartmann et al. introduced a new class of glycomimetics: monodisperse, sequence-controlled glycooligo(amidoamines) which are prepared by solid phase polymer synthesis (SPPoS) using tailor-made building blocks (BB). In the present work, fucosylated glycooligo(amidoamines) were synthesized to study their binding behavior towards P-dimer and LecB. In order to address the lectins binding pockets, a series of glycooligomers presenting only fucose-units (homomultivalent glycooligomers) was successfully prepared, that vary in valency (number of fucose units), spacing between the fucose-units and oligomer chain length. To mimic more complex glycan structures such as HBGA, a new strategy for the synthesis of heteromultivalent glycooligomers (with different types of carbohydrates) was introduced and applied in SPPoS by the development of a new double-clickable BB, iso-DTDS. It enables the attachment of different glycans in high proximity to each other on the oligomeric backbone. The glycooligomers were subjected several binding studies in close collaboration with partners from virology and bacterial enzymology. They could show by native MS that the binding of homomultivalent fucose-oligomers to P-dimer is about 2-3-fold reduced compared to the natural ligand HBGA B. Additionally, by epitope mapping (STD NMR) as well as co-crystallization of glycomimetics with P-dimer, they found out that binding occurs with the fucose units and not with the scaffold or linker of the oligomer backbone. The results also suggest that all glycooligomers use only one fucose ligand to bind to one of the four known P-dimer binding sites. All fucose-oligomers were tested for binding to the bacterial receptor LecB performing an inhibition-competition assay via surface plasmon resonance (SPR), that was specifically developed as part of this work. In case of the homomultivalent fucose-oligomers, an increasing amount of fucose side chains increases the inhibitory effects on LecB with an inhibitory potential of about 2-3 per fucose unit compared to α-L-methylfucose. Cooperation partners confirmed the increased inhibitory effects of fucosylated glycooligomers by ELLA assays and identified their potential as inhibitors of LecB mediated biofilm formation. The heteromultivalent fucose-oligomers did not further improve the inhibitory effects on LecB as determined by SPR. The results of the homomultivalent positive control with four closely spaced fucose units indicate that the inhibition benefits not from the presentation of multiple fucose ligands in close proximity, but rather from a higher number of ligands at a greater distance.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Chemie » Organische Chemie und Makromolekulare Chemie
Dokument erstellt am:	11.03.2019
Dateien geändert am:	11.03.2019
Promotionsantrag am:	20.09.2018
Datum der Promotion:	14.02.2019