Entwicklung von (ir)reversiblen Protease-Inhibitoren

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Basierend auf dem Gerüst des marinen Naturstoffs Cyclotheonamid E4 wurde ein hochaffiner β-Tryptase-Hemmstoff entwickelt, der zum einen ein exzellentes Selektivitätsprofil innerhalb der Trypsin-ähnlichen Serinproteasen aufweist und zudem über ein hohes Maß an Stabilität gegen Abbauprozesse in humanem Serum und Plasma verfügt. Hierzu wurde das zyklische Pentapeptid strukturbasiert an drei Schlüsselstellen modifiziert: Zum einen wurde die α-Aminofunktion der (S)-2,3-Diaminopropansäure als Anknüpfungspunkt für den optimierten basischen S3-Liganden, ε-Aminohexansäure, genutzt, der es erlaubt die Determinanten der erweiterten Substratspezifität der β-Tryptase (Glu-217 und Asp-60B‘) zu adressieren. Zudem wurde der ursprüngliche S1-Ligand, α-Keto-β-homoarginin, durch β- Homo-3-aminomethylphenylalanin ersetzt, um einen vollständig reversibel bindenden Inhibitor zu erhalten und parallel dazu das Selektivitätsprofil weiter zu verbessern. Schließlich konnte die P1‘−P3-Brücke, die im Naturstoff strukturell durch das vinyloge Tyrosin gebildet wird, ohne die Flexibilität des zyklischen Pentapeptids signifikant zu verändern, durch eine Triazol-basierte Brücke ersetzt und damit gleichzeitig die Michael- Reaktivität aus dem zyklischen Gerüst eliminiert werden. Neben diesen Arbeiten wurde die Entwicklung (2S,3S)-Oxiran-2,3-dicarbonsäure-basierter irreversibler Cystein-Cathepsin-Inhibitoren erfolgreich vorangetrieben, die das Kernstück entsprechender Affinitätssonden bilden. Mit E-64c-Hydrazid haben wir eine neuartige Leitstruktur für die Entwicklung irreversibler Cathepsin C-Inhibitoren identifiziert. Darüberhinaus ist es bereits gelungen, die Affinität dieser Leitstruktur durch optimale Adressierung der S2-Tasche signifikant zu verbessern. Zudem konnten wir am Modellsystem Procathepsin L / Cathepsin L zeigen, dass Peptidsequenzen, die sich vom C-terminalen Teil der Propeptid-Domäne ableiten, erfolgreich genutzt werden können, um (2S,3S)-Oxiran-2,3-dicarbonsäure-basierte Inhibitoren zu entwerfen, die es erlauben neben Interaktionen innerhalb der Substratbindungsspalte auch definierte Bereiche auf der Proteaseoberfläche (Remote-Sites) zu adressieren.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• (2007). (2S,3S)-Oxirane-2,3-dicarboxylic acid: A Privileged Platform for Probing Human Cysteine Cathepsins. J. Biotechnol., 129, 308−315
  Schaschke N.
  
• (2007). Cathepsin B is Essential for Regeneration of Scratch-wounded Normal Human Epidermal Keratinocytes. Eur. J. Cell Biol., 86, 747−761
  Büth, H., Buttigieg, P.L., Ostafe, R., Rehders, M., Dannenmann, S.R., Schaschke, N., Stark, H.-J., Boukamp P., and Brix, K.
  
• (2007). Mast Cell Tryptase β as Target in Allergic Inflammation: An Evolving Story. Curr. Pharm. Design, 13, 313−332
  Sommerhoff, C. P., Schaschke N.
  
• (2008). Inhibition of Cathepsin L by Epoxysuccinly Peptides Addressing Simultaneously Active-site and Remote-site Regions. ChemBioChem, 9, 1721−1724
  Schaschke, N., Assfalg-Machleidt, I., and Machleidt, W.
  
• (2010). Aziridine-2,3-dicarboxylatebased Cysteine Cathepsin Inhibitors Induce Cell Death in Leishmania major Associated with Accumulation of Debris in Autophagy-related Lysosome-like Vacuoles. Antimicrob. Agents Chemother., 54, 5028−5041
  Schurigt, U., Schad, C., Glowa, C., Baum, U., Thomale, K., Schnitzer, J. K., Schultheis, M., Schaschke, N., Schirmeister, T., and Moll, H.
  
• (2010). Upgrading a Natural Product: Inhibition of Human β-Tryptase by Cyclotheonamide Analogues. ChemMedChem, 5, 367−370
  Schaschke, N., and Sommerhoff, C. P.
  
• (2011). The Arginine Mimicking β- Amino Acid β 3hPhe(3-H2N-CH2)-OH as S1 Ligand in Cyclotheonamide-based β-Tryptase Inhibitors. Bioorg. Med. Chem., 19, 7236−7243
  Janke, D., Sommerhoff, C. P., and Schaschke, N.
  
• (2012). Activation of the Nipah Virus Fusion Protein in MDCK Cells is Mediated by Cathepsin B within the Endosomal-recycling Compartment. J. Virol., 86, 3736−3745
  Diederich, S., Sauerhering, L., Weis, M., Altmeppen, H., Schaschke, N., Reinheckel, T., Erbar, S., and Maisner, A.