Authors:	Millies, Benedikt
Title:	Entwicklung neuer nicht-kompetitiver Inhibitoren flaviviraler NS2B/NS3-Proteasen
Online publication date:	16-Dec-2019
Year of first publication:	2019
Language:	german
Abstract:	Das Dengue- und Zika-Virus und die damit zusammenhängenden Krankheitsbilder beeinflussen das Leben von vielen Menschen in tropischen und subtropischen Gebieten, jedoch gibt es bis heute keine spezifischen Therapiemöglichkeiten. Zur Entwicklung neuer Medikamente stellen die NS2B/NS3-Proteasen beider Viren attraktive Targets dar, da sie essenzielle Aufgaben bei der Replikation der Viren erfüllen. Neben kompetitiven Inhibitoren wurden in vorausgegangenen Studien nicht-kompetitive Inhibitoren entdeckt. Für einen von diesen wurde durch die kovalente Modifikation von Punktmutanten der Dengue-Virus Protease die vermutete Bindestelle bestätigt, was die Grundlage für strukturbasiertes Design von Inhibitoren durch die Anwendung computergestützter Methoden ist. Ausgehend von einer Leitstruktur wurden zudem neue Inhibitoren mit einer höheren Hydrophilie entwickelt und sukzessive optimiert. Dabei wurden für die Inhibition wichtige Bestandteile der alten Struktur beibehalten und ein Diarylether gegen einen Arylsulfonylprolin-Baustein ausgetauscht. Diese neuen Strukturen zeigten in enzymatischen Assays Inhibition der Zika-Virus Protease bis in den submikromolaren Bereich hinein, jedoch wurde bei der Testung auf antivirale Aktivität in Zell-basierten Assays nur eine geringe Aktivität festgestellt. Dagegen inhibierten die Verbindungen, welche über Methoxygruppen anstelle der freien Catecholgruppe verfügen, die Virusreplikation in höherem Ausmaß, jedoch nicht die Protease in enzymatischen Assays. Dies konnte durch Metabolismusstudien erklärt werden, in welchen eine Spaltung der Methoxygruppen zu Hydroxygruppen beobachtet wurde, welche für die Inhibition der Protease wichtig sind. Zudem konnte eine weitere metabolische Modifikation durch Hydroxylierung anhand einer Synthese des Metaboliten nachgewiesen werden. Ein Austausch des Prolins des Inhibitors gegen andere cyclische und offenkettige, proteinogene und nicht-proteinogene Aminosäuren wurde vorgenommen und deren Struktur-Wirkungsbeziehungen untersucht. Durch die Synthese eines Hybridinhibitors mit Strukturelementen eines kompetitiven und eines nicht-kompetitiven Inhibitors konnten die für die Bindung an die allosterische Tasche wichtigen Strukturelemente identifiziert werden. Dengue and Zika virus infections and related diseases affect the life of many people in the tropical and subtropical regions, but to date no specific treatment options exist. The NS2B/NS3 proteases of both viruses are attractive targets for the development of new drugs, as they perform essential tasks during the replication of the viruses. In addition to competitive inhibitors, non-competitive inhibitors have been developed in previous studies. For one of these, the binding site was confirmed by covalent modification of single point mutants of the Dengue virus protease which provides the basis for structure-based design of inhibitors using computer-aided methods. Starting from a lead structure, new inhibitors with a higher hydrophilicity were developed and optimized in further steps. Structures that were important for the inhibition were maintained and a diarylether moiety was exchanged for an arylsulfonyl proline fragment. These new structures showed inhibition of the Zika virus protease in the submicromolar range in enzymatic assays, but only weak antiviral activity in cell-based assays was observed. In contrast, compounds with methoxy groups instead of hydroxyl groups, which do not display inhibition of the protease in enzymatic assays, showed higher antiviral activity. This was explained by metabolism studies in which the cleavage of methoxy groups to hydroxyl groups was observed, which are an important structural feature for the inhibition of the isolated enzyme. In addition, another metabolic modification, namely hydroxylation of a methyl group, was verified by synthesis of the metabolite. The exchange of proline to other cyclic and open, proteinogenic and non-proteinogenic amino acids was conducted and the structure-activity relationships were investigated. Important structural elements for binding to the allosteric pocket were identified by synthesis of a hybrid inhibitor with structural elements of both, a competitive and a non-competitive inhibitor.
DDC:	540 Chemie 540 Chemistry and allied sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-3585
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000032173
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	xvi, 298 Seiten
Appears in collections:	JGU-Publikationen