Studies on FKBP ligands and inhibitors for GS-like enzymes

Purder, Patrick (2023)
Studies on FKBP ligands and inhibitors for GS-like enzymes.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00022875
Ph.D. Thesis, Primary publication, Publisher's Version

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Item Type:

Ph.D. Thesis

Type of entry:

Primary publication

Title:

Studies on FKBP ligands and inhibitors for GS-like enzymes

Language:

English

Referees:

Hausch, Prof. Dr. Felix ; Reggelin, Prof. Dr. Michael

Date:

7 November 2023

Place of Publication:

Darmstadt

Collation:

xvi, 250 Seiten

Date of oral examination:

7 November 2022

DOI:

10.26083/tuprints-00022875

Abstract:

The first half of this dissertation is dedicated to the development of novel FKBP ligands, aiming to improve binding affinity, selectivity between selected members of the FKBP family, and metabolic stability. The basis of this project is the molecular 3,10-diazabicyclo[4.3.1]decan-2-one scaffold, which proved to be privileged for FKBP binding. Three attachment points were found to allow beneficial derivatization of this scaffold, which are atoms 3, 5 and 10 (Figure 1a). In this work, a structurally similar but non-binding negative control was developed to be used in biochemical and biological experiments with FKBP ligands. Next, FKBP ligands with a carboxylic acid in the R1 position and hydroxy groups in the R3 position were synthesized with the purpose of creating more water-soluble ligands for biochemical experiments. These compounds also presented an increased metabolic stability. Furthermore, the typically used phenyl sulfonamides in the R2 position were substituted with benzyl sulfonamides, a moiety that was reported to show good binding in other pipecolate-based scaffolds. However, benzyl sulfonamides are not suited in the 3,10-diazabicyclo[4.3.1]decan-2-one scaffold. As an extension of my master thesis, the R2 residue was extended in the para position. One motif was found to show a strong enhancement in FKBP12 binding and selectivity, which was further analyzed and optimized. Furthermore, the influence of the highly conserved sulfonamide in R2 was addressed. Analogous sulfenamide, sulfinamides and sulfonimidamides were synthesized to gain structure-affinity relationship information. The sulfonimidamide handle was used to expand the ligand, and this ligand series indicated a novel FKBP12 binding mode. Finally, all synthesized FKBP ligands were tested for Mip binding and selected compounds showed in vitro activity against Legionella pneumophila. The second half of this dissertation describes the design and synthesis of methionine sulfoximine analogs (Figure 2). The recently characterized glutamine synthetase-like enzyme GlnA4 could be targeted and the best inhibitor showed in vitro inhibition of GlnA4 in Streptomyces coelicolor. Lastly, the synthesis of homocysteine sulfonimidamide is described, which aimed to improve glutamine synthetase binding compared to the gold standard inhibitor MSO. Unfortunately, it showed no improved GS inhibition.

Alternative Abstract:

Alternative Abstract

Language

Die erste Hälfte dieser Dissertation beschäftigt sich mit der Entwicklung neuer FKBP Liganden, mit dem Ziel deren Bindungsaffinität, die Selektivität zwischen ausgewählten Mitgliedern der FKBP Familie sowie die metabolische Stabilität zu erhöhen. Die Basis dieses Projekts ist das 3,10-diazabicyclo[4.3.1]decan-2-on-Gerüst, das sich als besonders geeignet für FKBP Liganden herausstellte. Drei Anknüpfungspunkte wurden gefunden, die eine verbessernde Derivatisierung des Gerüsts erlauben. Dies sind die Atome 3, 5 und 10 (Abbildung 1a). In dieser Arbeit wurde eine strukturell ähnliche aber nicht bindende Negativkontrolle entwickelt, die in biochemischen und biologischen Experimenten mit FKBP Liganden eingesetzt wird. Anschließend wurden FKBP Liganden mit Carbonsäuren in der R1 Position und Hydroxygruppen in der R3 Position synthetisiert mit der Absicht wasserlöslichere FKBP Liganden für biochemische Experimente bereit zu stellen. Diese Verbindungen zeigten außerdem eine erhöhte metabolische Stabilität. Ferner wurde das oft genutzte Phenylsulfonamid in der R2 Position durch ein Benzylsulfonamid ersetzt, für das im Kontext von anderen Pipecolat-basierten Gerüsten gute Bindung gezeigt wurde. Im 3,10-diazabicyclo[4.3.1]decan-2-on-Gerüst jedoch waren Benzylsulfonamide ungeeignet. Als Fortführung meiner Masterarbeit wurde die para-Position des R2 Rests expandiert. Ein Motiv zeigte eine starke Verbesserung der FKBP12 Bindung und Selektivität, was tiefergehend analysiert und optimiert wurde. Dann wurde der Einfluss des konservierten Sulfonamids in R2 Position adressiert. Analoge Sulfenamid, Sulfinamide und Sulfonimidamide wurde synthetisiert um Struktur-Affinitätsbeziehungen aufzuklären. Das Sulfonimidamid Motiv wurde benutzt um den Liganden zu erweitern. Diese Ligandenserie deutete auf einen neuen FKBP12 Bindungsmodus hin. Zuletzt wurden alle synthetisierten FKBP Liganden auf Mip Bindung getestet und ausgewählte Verbindungen zeigten in vitro Aktivität gegen Legionella pneumophila. Die zweite Hälfte dieser Dissertation beschreibt das Design und die Synthese neuer Methioninsulfoximin-Analoga (Abbildung 2). Das kürzlich charakterisierte Glutaminsynthetase-ähnliche Enzym GlnA4 konnte inhibiert werden und der beste Inhibitor zeigte in vitro Inhibition des GlnA4 in Streptomyces coelicolor. Schlussendlich wurde Homocysteinsulfonimidamid synthetisiert, was eine verbesserte Glutaminsynthetase Inhibition gegenüber MSO bringen sollte. Leider zeigte diese Verbindung jedoch keine stärkere GS Inhibition.

German

Status:

Publisher's Version

URN:

urn:nbn:de:tuda-tuprints-228759

Classification DDC:

500 Science and mathematics > 540 Chemistry

Divisions:

07 Department of Chemistry > Clemens-Schöpf-Institut > Fachgebiet Biochemie

TU-Projects:

VDI|16GW0255|GSS-TUBTAR

Date Deposited: