Stereoselektive Synthese und Evaluierung von Thiopeptiden als ribosomale Liganden

• Antragsteller: Professor Dr. Hans-Dieter Arndt
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2004 bis 2010
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5426665

• Erstellungsjahr: 2013

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im Rahmen der von der DFG geförderten Emmy-Noether-Gruppe konnten wesentliche Aspekte der Synthese und Semisynthese von Thiopeptidantibiotika erarbeitet werden sowie durch integrierte chemisch-biologische Studien deren molekulare Wirkorte genau charakterisiert werden. Zur Synthese von typischen Substrukturen wurden 1-Azadien-Hetero-Diels-Alder-Reaktionen für die Direktsynthese von 3-Hydroxypyridinen entwickelt und milde, neutrale, racemisierungsfreie Aza-Wittig-Reaktionen zur Darstellung von Peptid-eingebetteten Azolinen und Azolen nutzbar gemacht. In fortgeschrittenen Synthesearbeiten zur Totalsynthese von Nosiheptid wurden Synthesen aller Teilbausteine durchgeführt, die Makrozyklisierung des A-Rings erreicht, geeignete Schutzgruppenmuster untersucht sowie wichtige Parameter zur Gerüststabilität und Funktionalisierung ermittelt. In Semisynthesearbeiten am Beispiel des Thiostreptons wurde gezeigt, dass Dehydroaminosäuren selektiv abgebaut und durch 1-4-Additionen funktionalisiert werden sowie weitere selektive Epimerisierungen, Aromatisierungen, Acylierungen, Ringöffnungen und Iminreduktionen eine Substanzsammlung zur Untersuchung von Struktur-Aktivitätsbeziehungen bereitstellen können. Bindeassays an der rekonstituierten ribosomalen Zielstruktur, NMR-Strukturermittlung und Docking ermöglichten eine genaue Ermittlung wesentlicher Pharmakophorparameter. Auf diese Weise wurden auch Resistenzmutanten profiliert, in bakteriellen Zellen rekonstituiert, und so ein ungewöhnlicher Resistenzmechanismus bei Erhalt der Ligandbindung gefunden. Weiterhin wurden fluoreszenzmarkierte Naturstoffsonden durch Abgleich mit Antikörperfärbungen erfolgreich zur zellmikroskopischen Zielstrukturaufklärung eingesetzt, wobei das 20S Proteasom als bislang unbekannter Wirkort in Eukaryoten ermittelt und validiert werden konnte. Schließlich wurden erste Untersuchungen zur kovalenten Reaktionen von Thiopeptidliganden mit Ihrer Zielstruktur durchgeführt. Das auf der Einführung von reaktiven Cys- Resten an Proteinoberflächen basierende „PICC“-Verfahren („proximity induced covalent capture“) lieferte genaue Daten zur Ligandorientierung im RNA-Protein-Komplex und soll in zukünftigen Arbeiten auf unbekannte Liganden und Zielstrukturen erweitert werden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• "Hetero-Diels-Alder synthesis of 3-hydroxypyridines: Access to the nosiheptide core", J. Org. Chem. 2007, 72, 4205-4212
  J.-Y. Lu, H.-D. Arndt
  
• "Peptide-embedded heterocycles by mild single- and multiple aza-Wittig ring closures", Angew. Chem. 2007, 119, 2755-2758; Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 2701-2703
  M. Riedrich, S. D. Harkal, H.-D. Arndt
  
• "Mapping the binding site of thiopeptide antibiotics by proximity induced covalent capture (PICC)", J. Am. Chem Soc. 2008, 130, 5664-5666
  S. Baumann, S. Schoof, S. D. Harkal, H.-D. Arndt
  
• "Regioselective de-novo synthesis of cyanohydroxypyridines with a concerted mechanism", J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 13219-13221
  J.-Y. Lu, J. Keith, W.-Z. Shen, M. Schürmann, H. Preut, T. Jacob, H.-D. Arndt
  
• "A fluorescent probe for the 70S-ribosomal GTPase-associated center", ChemBioChem 2009, 10, 242-245
  S. Schoof, S. Baumann, B. Ellinger, H.-D. Arndt
  
• "Aza-Wittig access to chiral imidazol(in)es", Chem. Commun. 2009, 1900-1902
  P. Loos, M. Riedrich, H.-D. Arndt
  
• "Aza-Wittig-enabled synthesis of the nosiheptide A-Ring", Angew. Chem. 2009, 121, 8281-8284; Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 8137-8140
  J.-Y. Lu, M. Riedrich, M. Mikyna, H.-D. Arndt
  
• "Anti-plasmodial thiostrepton derivatives are proteasome inhibitors with a dual mode of action", Angew. Chem. 2010, 122, 3389-3393; Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 3317-3321
  S. Schoof, G. Pradel, M. N. Aminake, B. Ellinger, S. Baumann, M. Potowski, Y. Najajreh, M. Kirschner, H.-D. Arndt
  
• "Molecular determinants of microbial resistance to thiopeptide antibiotics", J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 6973-6981
  S. Baumann, S. Schoof, M. Bolten, C. Haering, M. Takagi, K. Shin-ya, H.-D. Arndt
  
• "NMR structures of thiostrepton derivatives reveal shape selective target recognition", Angew. Chem. 2011, 123, 3366-3370; Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 3308-3312
  H. R. A. Jonker, S. Baumann, A. Wolf, F. Hiller, S. Schoof, K. W. Schulte, K. N. Kirschner, H. Schwalbe, H.-D. Arndt