Dokument: Heteromultivalente Glykomakromoleküle Targeting Galectin-3

Titel:	Heteromultivalente Glykomakromoleküle Targeting Galectin-3
Weiterer Titel:	Heteromultivalent Glycomacromolecules Targeting Galectin-3
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=52236
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20200312-103741-7
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Freichel, Tanja [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 23,65 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 11.02.2020 / geändert 11.02.2020
Beitragende:	Prof. Dr. Hartmann, Laura [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. Pietruszka, Jörg [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie
Beschreibungen:	Kurzzusammenfassung Die Wechselwirkung von Proteinen und Kohlenhydraten ist die Grundlage vieler biochemischer Prozesse wie der Zell-Zell-Kommunikation, Zell-Proliferation und der Erkennung von Pathogenen. Die Ursache vieler Krankheiten liegt daher in einer Störung der Protein-Expression oder in einer Änderung der Kohlenhydrate-Modifikation von Glykoproteinen. Nichtdestotrotz, können die Wechselwirkungen zwischen Proteinen und Kohlenhydraten auch als Basis für die Entwicklung neuer Therapien zur Behandlung von Krebs oder viralen Infektionen genutzt werden. Die Wechselwirkung zwischen Proteinen und Kohlenhydrat-Resten ist generell eher schwach, wird in der Natur jedoch durch die Präsentation verschiedener Typen von Kohlenhydraten und der vielfachen Präsentation dieser Liganden, auch Multivalenz genannt, erhöht. Auf diesem Konzept basierend können auch synthetische Glykoliganden entwickelt werden, welche in vielfacher Ausführung, kleine Fragment-Strukturen der natürlich-vorkommenden größeren Polysaccharide auf einem synthetischen Gerüst präsentieren. Durch die hohe Kontrolle über die Struktur dieser Glykomimetika bei der gleichzeitig gegebenen Möglichkeit der einfachen Variation strukturrelevanter Parameter, stellen diese Glykomakromoleküle geeignete Modellverbindungen dar, um weitere Einblicke in die grundlegenden Aspekte dieser multivalenten Wechselwirkung zu erhalten und darauf basierend potentielle neue Therapie-Anwendungen zu entwickeln. In dieser Arbeit wurde daher die Plattform zur Synthese sequenz-kontrollierter Oligo(amidamine) für die Entwicklung von Glykomimetikern zur Anwendung auf Tumor-assoziierte Kohlenhydrate-Rezeptoren, insbesondere Galectin-3, welches beispielsweise eine Rolle bei der Migration von Tumorzellen spielt, erweitert. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde zunächst ein neuer funktioneller Baustein eingeführt, methyl-succinyl diethylenetriamine succinic acid (MDS), welcher an seiner Seitenkette über eine geschützte Carbonsäure-Funktion verfügt. Nach der ersten, erfolgreichen Festphasensynthese konnte dieser Baustein zur Etablierung einer neuen Konjugationsmethode, der Staudinger Ligation, verwendet werden. Die optimierte Staudinger Ligation wurde daraufhin in Kombination mit der Kupfer-katalysierten Azid-Alkin Cycloaddition (CuAAC) in einer orthogonalen Synthese einer Heteroglykooligomer-Struktur demonstriert. Im zweiten Teil der Arbeit wurde die Synthese von Lactose-funktionalisierten sowohl homo- als auch heteromultivalenten Glykomakromolekülen als Liganden für das Lectin, Galectin-3 durchgeführt. Eine erste Generation von homomultivalenten Strukturen, welche sich in der Anzahl der Kohlenhydrate-Reste (Valenz) und dem Abstand der Reste zueinander unterschieden, wurde in Enzyme-linked Immunosorbent Assay (ELISA) und Oberflächenplasmonenresonanz (SPR) Inhibitionsstudien zur Binding an Galectin-3 untersucht. Dabei führte eine Erhöhung der Valenz von mono- zu hexavalenten Strukturen zu einer klaren Bindungssteigerung. Zusätzlich konnte durch die Variation des Abstandes gezeigt werden, dass eine Verringerung des Abstandes zu einer erhöhten Bindung führte. Zur Erweiterung der ersten Serie an Galectin-3 Liganden wurde eine zweite Generation an Liganden durch die Kombination von Lactose und nicht-glykosidische Resten unter Verwendung des Carbonsäure-Bausteins zur Amid-Kupplung und des Alkin-Bausteins TDS für die Kupfer-Click-Reaktion, synthetisiert. Dabei wurde der neue Baustein zur Konjugation Amin-funktionalisierter, aromatischer Reste verwendet. In Inhibitionsstudien konnte dabei für alle Heterostrukturen eine erhöhte Bindung und damit Inhibierung zu Galectin-3, im Vergleich zu den entsprechenden homovalenten Strukturen mit gleicher Valenz, erzielt werden. Dabei konnte zusätzlich eine Affinitätsabhängigkeit von der Funktionalität der Reste beobachtet und IC50 Werte im niedrigen mikromolaren Bereich erzielt werden. Basierend auf diesen vielversprechenden Ergebnissen wurden im dritten Teil dieser Arbeit ausgewählte Glykooligomere an humanen Tumorzellen in Ganzzell-Studien untersucht. Dabei wurde unteranderem die Migration von Galectin-3-positiven MCF 7 Brustkrebszellen in sogenannten „Wundheilungs“-Studien untersucht. Im Zuge der „Wundheilungs“-Studie konnte eine Verringerung der Migrationsgeschwindigkeit durch die Glykomakromoleküle, analog dem Trend der Ergebnisse aus den Bindungsstudien, beobachtet werden. Dieser kontinuierliche Trend und die Ergebnisse der Negativkontrollen lassen auf eine Galectin-3 basierende Inhibierung der Migration schließen und zeigen somit zum ersten Mal einen biologischen Effekt an humanen Zellen durch Glykooligo(amidoamine). Abstract Protein-carbohydrate interactions are fundamental for various biochemical processes including cell-cell communications, cell proliferation and pathogen recognition. Dysregulated protein expression or changes in carbohydrate modifications are the cause for many diseases, and these changes can be used to develop new therapies to treat diseases such as cancer or viral infections. The interaction of carbohydrates and proteins is generally quite weak, but nature overcomes this limitation by the presentation of different types of carbohydrates in multiple copies, a concept known as multivalency. Hartmann and coworkers introduced the synthesis of monodisperse, sequence-controlled oligo(amidoamines) as scaffolds for the multivalent presentation of carbohydrates to obtain glycomimetic ligands targeting bacterial and viral receptors. The high level of structural control in combination with straightforward variations of the structural parameters such as valency, ligand spacing and scaffold composition, have made these glycomacromolecules suitable as model compounds to gain further insights into the fundamental aspects of multivalent interactions for future development of new therapeutic approaches. In this thesis, the platform of sequence-controlled oligo(amidoamines) is extended towards the development of glycomimetics targeting the tumor-associated carbohydrate recognizing receptor galectin-3, which is a lectin that is known to play an important role in tumor migration. In the first part of this thesis, a new functional building block, methyl-succinyl triethylenetriamine succinic acid (MDS), carrying a protected carboxylic side chain was developed. The carboxylic side chain of MDS was used for the first time for the Staudinger ligation with an azido-carbohydrate resulting in an amide-bond formation on solid support. This approach was then combined with the copper-catalyzed alkyne-azide cycloaddition (CuAAC) in an orthogonal conjugation approach as a method for the synthesis of heteromultivalent glycomacromolecules . In the second part of this thesis, MDS was applied in the synthesis of lactose-functionalized homo- and heteromultivalent glycooligomers for studying their ability to bind to galectin-3. The first generation of homomultivalent lactose-functionalized oligomers varying in the number and distance of carbohydrate ligands was evaluated via enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA)-type and surface plasmon resonance (SPR) inhibition studies for galectin-3 interactions. An increase in valency from mono- to hexavalent showed a clear increase in binding. Additionally, through variations of both, distancing of lactose ligands along the scaffold as well as the linker between ligand and scaffold, an increase in binding was observed with decreasing density of the lactose-moieties. Extending on this first series of galectin-3 ligands, a second generation of ligands combining lactose and non-glycosidic-motifs was synthesized through the combination of an MDS building block for amide-coupling and an alkyne building block TDS for the CuAAC. Inhibition studies showed an enhanced binding for all heteromultivalent glycomacromolecules compared to their homomultivalent analogues. Comparing the different non-glycosidic motifs, sulfonic acid derivatives achieved the best binding with IC50 values in the lower micromolar range. Based on these encouraging results, select heteromultivalent glycomacromolecules were applied to human cancer cells in migration assays with a galectin-3 positive MCF 7 breast cancer cell line using a “wound-healing” assay. Here, a slower cell-migration was observed after the treatment of glycomacromolecules in accordance with the galectin-3 avidity trend observed in the inhibition studies.
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Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Chemie » Organische Chemie und Makromolekulare Chemie
Dokument erstellt am:	12.03.2020
Dateien geändert am:	12.03.2020
Promotionsantrag am:	29.07.2019
Datum der Promotion:	28.10.2019