Dokument: Ligand-Rezeptor Wechselwirkungen an biomimetischen Grenzflächen: Untersuchung von Multivalenzeffekten mit polymeren Sonden

Titel:	Ligand-Rezeptor Wechselwirkungen an biomimetischen Grenzflächen: Untersuchung von Multivalenzeffekten mit polymeren Sonden
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=62491
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20230502-112602-3
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Jacobi, Fawad [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 7,57 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 25.04.2023 / geändert 25.04.2023
Beitragende:	Prof. Dr. Hartmann, Laura [Gutachter] PD Dr. Schaper, Klaus [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie
Beschreibung:	Multivalente Wechselwirkungen zwischen Kohlenhydraten und Proteinen bilden eine Grundlage für bedeutende biologische Prozesse. Durch die gezielte Untersuchung dieser Wechselwirkungen an der Glykokalyx, eine eukaryotische Zellen umhüllende Kohlenhydratschicht, können beispielsweise Zellkommunikations- und Infektionsprozesse besser beschrieben werden. Dabei interagieren einzelne Kohlenhydratmoleküle nach dem Ligand-Rezeptor Prinzip mit hochspezifischen Bindungsstellen des Gegenparts, den Lektinen. Obwohl eine einzelne Bindung relativ schwach ist, können durch gemeinsame Wechselwirkungen vieler Liganden und Rezeptoren vergleichsweise starke Bindungen mit hoher Selektivität erzielt werden, auch bekannt als Glykocluster-Effekt. Auf diese Weise werden beispielsweise Adhäsionsprozesse mit hohen Bindungsaffinitäten an Zelloberflächen mit Pathogenen beschrieben. Ermöglicht wird das durch die multivalente Präsentation beider Bindungspartner auf den jeweiligen biologischen Oberflächen. Der Prozess wird auch als molekularer Klettverschluss bezeichnet. Obwohl die zugrundeliegenden Mechanismen multivalenter Wechselwirkungen seit mehr als 20 Jahren intensiv erforscht werden, bleiben weiterhin viele Fragen ungeklärt. Der Grund dafür ist die hochkomplexe Natur derartiger Wechselwirkungen. Durch Zell- und in vivo Studien können wertvolle Rückschlüsse gezogen werden, jedoch stellen diese aufgrund der heterogenen Oberflächen eine große Herausforderung dar weitere Erkenntnisse über einzelne Gruppen wie die Kohlenhydrate zu erlangen. Als Alternative können hier sogenannten Glykomimetika und auch glykomimetische Oberflächen dienen. Eine wichtige Klasse der Glykomimetika sind Glykopolymere. Ähnlich wie ihre natürlichen Analoga präsentieren die synthetischen Glykopolymere mehrere Bindungsstellen, z.B. Monosaccharide, können gezielt in ihrer Struktur und Zusammensetzung variiert und dann auf ihre Bindung an isolierten Proteinen untersucht werden. Für eine systematische und hochdefinierte Variation des strukturellen Aufbaus der Liganden wurde die Festphasensynthese zur Herstellung von Präzisionsglykomakromolekülen von Hartmann et. al etabliert und im Rahmen der vorliegenden Arbeit angewendet. Es wurden verschiedene monodisperse und sequenzdefinierte mono- und multivalente Glykomimetika hergestellt und gezielt in ihrer Struktur variiert. Die hier erzeugten und charakterisierten Strukturen weisen Unterschiede in der Ligandenvalenz und dem Ligandenabstand auf und wurden dann auf Unterschiede in der Wechselwirkung mit dem Modelllektin Concanavalin A (ConA) hin untersucht. Die Wechselwirkungen wurden mittels verschiedener Analysemethoden untersucht. Zum einen konnten die Strukturen erfolgreich an 15-50 µm große, weiche Polymerpartikel auf Polyethylenglykol Basis gebunden werden. So konnte durch eine ebenfalls durchgeführte Immobilisation des Lektins ConA auf einer Glasoberfläche der SCP-RICM Assay (Soft Colloidal Probe – Reflection Interference Contrast Microscopy) erfolgreich angewendet werden. Die Besonderheit besteht darin, dass wie bei Kontakten der Glykokalyx sowohl Ligand als auch Rezeptor auf Oberflächen gebunden sind. Die erhaltenen Ergebnisse konnten mit weiteren etablierten Analysemethoden bei denen entweder Ligand und/oder Rezeptor in Lösung vorliegen, verglichen werden. Sowohl in Studien bei denen die Bindungsaffinität ohne, aber auch in weiteren Studien mit Inhibitoren konnten zunächst stärkere Bindungen für Strukturen mit höherer Valenz ermittelt werden. Der Effekt nimmt ab drei Liganden aber wieder ab, was unter anderem durch den zunehmenden sterischen Einfluss erklärt werden kann. Weiterhin deuten die Ergebnisse darauf hin, dass mit zunehmender Polymergerüstlänge die Bindungsaffinität aufgrund entropischer Effekte abnimmt. Kompensiert werden könnte dieser Effekt durch das Erreichen mehrerer ConA-Bindungstaschen ab einer gewissen Molekülgröße. Diese Beobachtungen konnten durch die ebenfalls durchgeführten Fluoreszenz- und ITC (isothermal calorimetry titration)-Assays bestätigt werden. Eine wichtige Erkenntnis dieser Arbeit und somit auch von Bedeutung für die zukünftige Entwicklung neuer und weiterer Glykomimetika ist, dass flexible Liganden in Lösung und an einem Polymernetzwerk gebunden ein ähnliches Bindungsverhalten aufweisen. Im weiteren Verlauf der Arbeit wurde der sterische Abschirmungseffekt von verschiedenen multivalenten Glykopolymeren quantifiziert. Das Ziel bestand darin, ein besseres Verständnis für das Design von Wirkstoffen zur Inhibition von Kohlenhydratbindenden Stellen von Pathogenen zu erlangen. Dazu wurden PEGylierte und nicht PEGylierte Glykomimetika auf ihr inhibitorisches Potenzial in Adhäsionsstudien innerhalb eines Zeitraums von vier Stunden untersucht. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass mit den PEGylierten Strukturen eine stärkere Reduktion der zu Beginn ermittelten Adhäsionsenergie erzielt werden kann. PEGylierte Glykopolymere können somit von Vorteil sein bei der Entwicklung von Inhibitoren der Kohlenhydrat-vermittelten Adhäsion.
Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Chemie » Organische Chemie und Makromolekulare Chemie
Dokument erstellt am:	02.05.2023
Dateien geändert am:	02.05.2023
Promotionsantrag am:	06.09.2022
Datum der Promotion:	25.01.2023