Authors:	Klein, Philipp Peter
Advisor:	Opatz, Till
Title:	Synthese und Evaluierung von neuen Cystein-Proteaseinhibitoren und Inhibitoren der Afrikanischen Trypanosomiasis
Online publication date:	16-Mar-2023
Year of first publication:	2023
Language:	german
Abstract:	Die vorliegende Arbeit beschreibt die Synthese und Evaluierung von Enzyminhibitoren. Der erste Teil bezieht sich dabei auf neue Cystein-Proteaseinhibitoren. Cysteinproteasen spielen eine wichtige Rolle bei verschiedenen vernachlässigten tropischen Krankheiten, wie z.B. der Afrikanischen Trypanosomiasis, Chagas-Krankheit, Leishmaniose oder Malaria. Cathepsine, ebenfalls Cysteinproteasen, werden mit Krebs, Alzheimer oder Osteoporose in Verbindung gebracht. Es sollten Inhibitoren für bestimmte Proteasen dieser Art hergestellt werden, die jedoch, im Gegensatz zu gängigen Cystein- Proteaseinhibitoren, einen elektrophilen Aromaten als reaktive Spezies am N-Terminus besitzen. Die synthetisierten Inhibitoren basieren auf dem Dipeptid Phenylalanin-Leucin, das C-terminal mit unterschiedlichen Gruppierungen geschützt wurde. Bei der Testung der Inhibitoren wurde eine unerwartete Reaktion des Enzyms Rhodesain beobachtet, welches eine C-terminale Benzylgruppe ab- spaltet und die freie Säure freisetzt, die einen um ein Vielfaches potenteren Inhibitor darstellt. Dieses „pro-drug“-ähnliche Verhalten konnte für verschiedene reaktive Spezies gezeigt werden. Außerdem wurde gezeigt, dass die anschließende Inhibition des Enzyms durch den elektrophilen Aromaten nicht über eine nukleophile aromatische Substitution geschieht. Berechnungen und Docking-Studien legen nahe, dass es sich um einen Meisenheimer-Komplex handeln könnte. Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Synthese von 2-(Chlormethyl)-5-(4-fluorphenyl)-thieno[2,3-d]pyrimidin-4(3H)-on und seinen Derivaten. Dieses Molekül stellt einen Tryparedoxin-Inhibitor dar. Tryparedoxin ist eine Oxidoreduktase und spielt eine wichtige Rolle im Stoffwechsel der Erreger der Afrikanischen Schlafkrankheit, Trypanosoma brucei. Der Inhibitor konnte dabei wie geplant über eine 3-stufige Synthese dargestellt werden, die Modifikationen an interessan- ten Positionen innerhalb des Moleküls zulässt. Ebenso konnte die Synthese der Verbindung ohne Abgangsgruppe bewerkstelligt werden, was wichtig für weitere Untersuchungen des Inhibitionsmechanismus war. Genauere Einblicke in die Bindung des Inhibitors an das Enzym zeigten, dass es sich bei 2-(Chlormethyl)-5-(4-fluorphenyl)-thieno[2,3-d]pyrimidin-4(3H)-on um einen „small-molecule- dimerizer“ handelt, d.h. sich zwei Inhibitoren und zwei Enzyme zusammenlagern. Dabei tendieren weder Inhibitor noch Enzym alleine zur Dimerisierung. This thesis describes the synthesis and evaluation of enzyme inhibitors. The first part is about cysteine protease inhibitors. Cysteine proteases play a crucial role in different neglected tropical diseases like African trypanosomiasis, chagas disease or malaria. Cathepsins, which are also cysteine proteases, are associated with cancer, Alzheimer’s disease or osteoporosis. The main goal of this work was to synthesize inhibitors of these proteases, which in contrast to common cysteine protease inhibitors have an electrophilic aromatic system as a reactive species at the N-terminus. The synthesized inhibitors contain the dipeptide phenylalanine-leucine, which is protected at the C-terminus by different groups. While testing these inhibitors, an uncommon reaction with Rhodesain was found. The enzyme cleaves the C-terminal benzyl group and releases the free acid, which is a far more potent inhibitor. This „pro-drug“-like behavior was found for different inhibitors. Furthermore, it was shown that the mechanism of inhibition by an electrophilic aromatic system is not a nucleophilic aromatic substitution. Calculations and docking studies suggest a Meisenheimer Complex as a stabilization. The second part of this work is the synthesis of 2-(chloromethyl)-5-(4-fluorophenyl)-thieno-[2,3-d]pyrimidine-4(3H)-one and its derivatives. This molecule is an inhibitor of Tryparedoxin. Tryparedoxin is an oxidoreductase and plays an important role in the metabolism of the parasite causing the African sleeping sickness, Trypanosoma brucei. The inhibitor was synthesized in a 3-step synthesis, which allowed modifications at interesting positions within the molecule. The synthesis of the inhibitor without a leaving group was also accomplished. This was important for studies about the mechanism of inhibition. A closer look at the binding of the inhibitor to the enzyme showed that 2-(chloromethyl)-5-(4-fluorophenyl)-thieno[2,3-d]pyrimidine-4(3H)-one is a „small-molecule-dimerizer“ which means that two inhibitors and two enzymes form a dimer although both alone do not tend to do this.
DDC:	500 Naturwissenschaften 500 Natural sciences and mathematics 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-8878
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-openscience-2c019b8a-286e-4d79-8270-86153ff013800
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	xxiii, 224 Seiten ; Illustrationen, Diagramme
Appears in collections:	JGU-Publikationen