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Studien zur Identifizierung & Optimierung potentieller Wirkstoffe für die Behandlung von Morbus Alzheimer

Larbig, Gregor :
Studien zur Identifizierung & Optimierung potentieller Wirkstoffe für die Behandlung von Morbus Alzheimer.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2007)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Studien zur Identifizierung & Optimierung potentieller Wirkstoffe für die Behandlung von Morbus Alzheimer
Language: German
Abstract:

Die Alzheimersche Krankheit ist eine fortschreitende Demenzerkrankung, die mit einer irreversiblen Abnahme der Gehirn- und Gedächtnisleistung einhergeht. Bislang ist die Erkrankung nicht heilbar, die Steigerung der Symptome lässt sich allerdings vorübergehend hinauszögern. Morbus Alzheimer ist im Wesentlichen eine Erkrankung des höheren Lebensalters, so dass unter Berücksichtigung der stetig steigenden Zahl der Altenbevölkerung in den industrialisierten Ländern eine dramatische Zunahme der Alzheimererkrankungen in naher Zukunft zu erwarten ist. Der Krankheitsverlauf geht mit zwei auffallenden molekularen Veränderungen im Hirngewebe einher. Zum einen handelt es sich um proteinhaltige Ablagerungen außerhalb der Nervenzellen, Plaques genannt, zum anderen um filamentöse Zusammenlagerungen des Proteins Tau in den Nervenzellen und deren signalleitenden Fortsätzen. Das in der Zellmembran verankerte Amyloid-Vorläuferprotein wird durch Einwirkung zweier Proteasen, der β- und γ-Sekretase in ein Aβ-Fragment zerlegt, welches, wenn es in ausreichender Menge vorhanden ist, zu Plaques zusammenlagern kann. In der Folge verändern sich auch die Eigenschaften der Tau-Proteine innerhalb der Nervenzellen. Sie verlieren ihre Affinität zu den physiologischen Partnern, den Mikrotubuli, verfilzen und bilden so die charakteristischen Neurofibrillären Bündel aus. Eine Strategie für eine kausale Therapie wird mit der Hemmung der β-Sekretase verfolgt. Die vorliegende Arbeit beschreibt in diesem Zusammenhang die Entwicklung einer Methode zur festphasenunterstützten Synthese einer Reihe potentieller β-Sekretase-Inhibitoren, so genannten Tetron- bzw. Tetramsäuren. Das Grundgerüst dieser Verbindungsklassen besitzt den Vorteil gegenüber den meisten bisher entwickelten potentiellen Wirkstoffen, dass es sich um nicht-peptidische Leitstrukturen handelt. Diese haben prinzipiell ein besseres pharmakologisches Profil als peptidische Inhibitoren, gerade dann, wenn es darum geht die Blut-Hirn-Schranke zu überwinden. Ein weiterer Ansatzpunkt, um den Verlauf der Alzheimerkrankheit zu stoppen, wird mit dem Blockieren der sehr komplexen γ-Sekretase verfolgt. Verschiedene Ergebnisse deuten darauf hin, dass die γ-Sekretase zur Familie der Aspartylproteasen zählt. Eine Röntgenstrukturanalyse blieb allerdings bislang versagt, weshalb die genaue Struktur des Enzyms fehlt. Um neue Erkenntnisse über Enzym und Hemmstoff zu erhalten, wird deshalb die Einführung säurelabiler Gruppen an verschiedenen Positionen eines bekannten γ-Sekretase-Inhibitor-Rückgrates untersucht. Wie bereits erwähnt, ist die Aggregation des Tau-Proteins ein pathologisches Hauptkennzeichen einer Alzheimererkrankung. Verbindungen, welche diese Zusammenlagerung verhindern bzw. bereits vorhandene Filamente auflösen, sind deshalb von großem Interesse in der Alzheimer-Wirkstoffentwicklung. Unter Verwendung einer speziellen Software gelang es, ein pharmakophores Modell für Tau-Aggregations- bzw. Tau-Depolymerisations-Inhibitoren zu erstellen. Durch virtuelles Screening konnte eine Substanzklasse identifiziert werden, die sowohl die Bildung der Neurofibrillären Bündel verhindert als auch bereits bestehende Tau-Aggregate wieder auflöst. Durch Synthese weiterer Verbindungen mit verschiedenen Strukturvariationen konnten die Ausgangsaktivitäten erheblich gesteigert werden. Zudem wurde bei ersten Cytotoxizitätsexperimenten verdeutlicht, dass es sich um eine für die Wirkstoffentwicklung vielversprechende Verbindungsklasse mit gutem pharmakologischem Profil handelt.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Alzheimer’s disease (AD) is the most common age-related neurodegenerative disorder and currently affects nearly 2% of the population in industrialized countries. One in 10 individuals over 65, and nearly half of those over 85, are likely to be struck by the disease. The increase of the older population in the developed countries will turn AD into a dramatic issue for our healthcare systems soon. Until now, there has been no cure for AD. Intensive investigation has provided insight into the biology of the disease and revealed several options for treatment. Brains of patients diseased by AD are characterized by two hallmark proteinaceous aggregates: amyloid plaques and neurofibrillary tangles. The amyloid hypothesis assigns the central role to the accumulation of β-amyloid peptide (Aβ) in the brain. Aβ peptides derive from the abnormal cleavage of the β-amyloid precursor protein (βAPP), a protein found throughout the body, whose normal function remains obscure. β-Secretase (BACE1), a member of the pepsin family of aspartyl proteases, plays a critical role in this amyloid cascade. Several aspartic proteases were targeted successfully for drug development; therefore, BACE1 inhibition was recognized as suitable therapeutic approach to slow or halt the progression of AD. The present work reports the activities of tetronic- and tetramic acids on BACE1 inhibition. The compounds feature a low molecular weight and compact scaffold, which is accessible by solid-phase-supported diverse synthesis. Several compounds thereof inhibit BACE1 in the micromolar range. The clogP and the PSA of the best compounds are in a suitable range to target the central nervous system and leave enough space in chemical diversity to enhance the activity, even by polar substituents. γ-Secretase, another important enzyme in the amyloid hypothesis, is not available for NMR experiments and has escaped crystallization so far. A positional scan of the aspartic protease by reactive probes may provide the necessary structural information for drug development. The present thesis describes the synthesis of acid-labile compounds based on the known inhibitor DAPT, which were designed to react in the specific acidic active site environment of the aspartic protease presenilin1. Some of the acid-labile DAPT analogues, displayed strong inhibition in a cell-free γ-secretase assay. They are now subjected to further investigations in order to elucidate the indented irreversible binding to the γ-secretase complex. Another promising strategy to hinder the progress of AD is to prevent the aggregation of tau protein into paired helical filaments. The present work continues the search for non-toxic, cell penetrating inhibitors of tau aggregation, which hold potential for brain penetration. E. Mandelkow et al. have reported a high throughput screen for tau aggregation inhibitors previously, which resulted in the identification of several hit classes. Herein we describe the identification of novel inhibitors which were not present in the initial high throughput assay. This was achieved by transformation of the high throughput screen data into the 3D relationships of virtual pharmacophores. The pharmacophore models were utilized in a virtual screen of a Maybridge database. The virtual screen provided 136 hits; 19 representative hits were selected and assayed, this resulted in two novel leads with an IC50 < 13 μM. These two leads feature a novel scaffold for tau aggregation inhibitors.English
Uncontrolled Keywords: Aspartylproteasen, virtuelles Screening, Leitstruktur, Tau-Protein
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Aspartylproteasen, virtuelles Screening, Leitstruktur, Tau-ProteinGerman
Alzheimer's disease, Drug Design, Lead Finding, Scaffold Hopping, Secretases, TauEnglish
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
Divisions: Fachbereich Chemie
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:22
Last Modified: 07 Dec 2012 11:53
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000827
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-8278
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Kolmar, Prof. Dr. Harald
Advisors: Schmidt, Prof. Dr. Boris
Refereed: 16 April 2007
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/827
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