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Authors: Koch, Stefan
Title: Synthesen von C-glycosylierten Aminosäuren und Peptiden unter Einsatz speziell konstruierter Mikroreaktoren
Online publication date: 30-Jun-2014
Year of first publication: 2014
Language: german
Abstract: Die chemische Synthese definierter Glycopeptidstrukturen bildet die Basis einiger vielversprechender Ansätze zur Therapie verschiedener Krankheiten. Die Entwicklung hochaffiner Selektininhibitoren könnte der Behandlung chronischer Entzündungen und zur Unterdrückung der Metastasierung von Tumoren dienen. Vollsynthetische Vakzine auf Basis glycosylierter MUC1-Partialstrukturen sollen das Immunsystem zur Bekämpfung von krankem Gewebe anregen und so perspektivisch eine Impfung gegen Krebs ermöglichen. Da die natürlich vorkommenden O-Glycoside in vivo eine begrenzte Stabilität besitzen, wurde eine Methode entwickelt, welche die modulare Herstellung von stabilen rnC-Glycosylaminosäuren als Mimetika der natürlichen Serin-, Threonin- und Tyrosin-Glycoside ermöglicht. Dazu wurden passend geschützte Kohlenhydrat-Lactone synthetisiert, die in einer mikrowellengestützten Petasis-Olefinierung unter Durchflussbedingungen in die entsprechenden exo-Glycale überführt wurden. Die Reaktionszeit konnte durch diese spezielle Reaktionsführung auf weniger als drei Minuten verringert werden, während konventionell mehrere Stunden benötigt werden. Die C-glycosidische Verknüpfung mit den entsprechenden Aminosäurebausteinen gelang durch eine Hydroborierungs-Suzuki-Kupplungs-Kaskade. Nach umfangreicher Optimierung der Reaktionsparameter ließ sich neben mehreren Monosacchariden auch ein exo-Glycal der Lactose erfolgreich in der Kupplung einsetzen. Nach verschiedenen Schutzgruppenmanipulationen wurden einige der synthetisierten Bausteine zur Synthese C-glycosylierter Partialstrukturen des Mucins MUC1 an der festen Phase herangezogen. In ELISA-Experimenten wurden die C-Glycosylpeptide von an Brustkrebsgewebe bindenden Antikörpern erkannt, die durch Vakzinierung mit ähnlichen Strukturen erhalten worden waren. Zur Synthese zweier Bausteine potenzieller Selektin-Inhibitoren wurde ein Mimetikum des in natürlichen Liganden vorkommenden Tetrasaccharides Sialyl-Lewisx synthetisiert. Bei diesem wurde die terminale Sialinsäure durch (S)-Cyclohexylmilchsäure ersetzt. Die bei der gewählten Syntheseroute notwendige regioselektive Öffnung eines Benzylidenacetals wurde in einem Mikroreaktor durchgeführt, wodurch eine einfache Reaktionsoptimierung mit geringen Substanzmengen möglich war. Die Reaktionszeit liegt mit unter 4 Minuten deutlich unter den üblichen Werten von einer bis mehreren Stunden. In einer Block-Glycosylierung konnte das Pseudotetrasaccharid sowohl an einen C-Lactosyl-Tyrosin-, als auch an einen C-Lactosyl-Serin-Akzeptor angefügt und somit die Synthese der Zielverbindungen abgeschlossen werden. Diese Bausteine können in Zukunft als Bestandteile synthetischer Glycopeptide zum Einsatz kommen, welche Mimetika der natürlichen Selektin-Liganden darstellen sollen.rn
The chemical synthesis of defined glycopeptide structures is the prerequisite for some therapeutic strategies against different kinds of diseases. The development of highly affine inhibitors of the selectine-mediated cell adhesion might help to fight chronic inflammations or to suppress the metastatic spread of tumor-cells. Synthetic vaccines based on glycosylated MUC1-partial sequences are supposed to stimulate the immune system in order to achieve a metabolism of malign tissues. The perspective of this strategy is an active immunisation against cancer. As the naturally occurring O-glycosides posses a limited stability in vivo, a method was developed for the modular synthesis of C-glycosyl aminoacids, which serve as stable mimics of the native serine-, threonine- and tyrosine-glycosides. Therefore, sugar-lactones with appropriate protecting group patterns were synthesized and the transformed to the corresponding exo-glycals in a microwave assisted Petasis-olefination under continuous flow conditions. The reaction times using a special reaction setup could be lowered to less than three minutes, while under commonly applied batch conditions the transformation takes several hours for completion. The C-glycosidic connection with the amino acid moieties was achieved by a reaction cascade of hydroboration and subsequent Suzuki-coupling. After extensive optimization of the reaction parameters, it was possible to successfully use different monosaccharide-building blocks, as well as an exo-glycal of lactose in the coupling procedure. After protecting group manipulations, some of the building blocks synthesized were employed in solid phase peptide synthesis for the construction of C-glycosylated MUC1-peptides. As shown by ELISA-experiments, the resulting C-glycopeptides are recognized by antibodies that had previously been stimulated by vaccination of mice with related O-glycosylated glycopeptides. For the synthesis of two building blocks for the incorporation into potential selectine-inhibitors, a mimic of the tetrasaccharide Sialyl-Lewisx was synthesized, which can be found in natural selectine-ligands. For enhancement for the stability, the terminal sialic acid was substituted by (S)-cyclohexyl lactic acid. A regioselektive opening of a benzylidene acetal, which is necessary during the chosen synthetic approach, was again performed under flow conditions. This allowed a facile optimization of the reaction conditions with small amounts of the substrate. The reaction time of this transformation of below 4 minutes is much shorter than the values of one to several hours usually found in the literature for this type of reactions. The pseudo-tetrasaccharide was then successfully attached to a C-lactosyl-serine- as well as to a C-lactosyl-tyrosine-acceptor in a block-glycosylation. With the completion of the synthesis of the target molecules, there are now two building blocks available, which can be incorporated into synthetic glycopeptides, serving as mimics of native selectin-ligands.
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-4268
URN: urn:nbn:de:hebis:77-37725
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: In Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent: 391 S.
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