Herstellung von neuartigen Lassopeptiden durch Nutzung chemischer und synthetischer Biologie

• Antragsteller: Dr. Julian Hegemann
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 528244377

Lassopeptide sind Naturstoffe mit einzigartigen Strukturen. Ein N-terminaler Makrolactamring ist mit einem linearen C-terminal Schwanz durchfädelt. Diese Faltung wird lediglich durch sterische Wechselwirkungen zwischen dem Ring und Aminosäuren mit sperrigen Seitenketten stabilisiert. Lassopeptide haben oft interessante biologische Eigenschaften, insbesondere antimikrobielle Wirkungen. Diese peptischen [1]Rotaxane sind nicht durch chemische Synthese zugänglich. Dies macht die (heterologe) Produktion in Bakterien zur einzigen Möglichkeit solche Moleküle zu erhalten. Obwohl die Mutation der Lassopeptidvorläufergene es ermöglicht neue Varianten zu erzeugen, sofern die Biosyntheseenzyme diese Änderungen tolerieren, beschränkt die ribosomale Synthese der Vorläufer,welche Aminosäuren eingebaut werden können. Hier wird ein neuer Ansatz vorgeschlagen, der ausnutzt, dass Teile des Loops des Lassopeptids Microcin J25 (MccJ25) proteolytisch entfernt werden können, während die sterischen Wechselwirkungen zwischen Ring und Schwanz die Assoziation dieser zwei, nun nicht mehr kovalent-verbundenen Moleküle weiter aufrechterhalten. Das erhaltene [2]Rotaxan besitzt einen neuen N- und C-terminus. Diese funktionellen Gruppen können für gezielte chemische Kopplungsreaktionen genutzt werden, wodurch die entfernten Teile des Loops mit jeder beliebigen Peptidsequenz aber auch nicht-peptidischen Molekülen ersetzt werden können. Dieser völlig neue Ansatz erlaubt die Herstellung von neuartigen Lassopeptiden für verschiedene Anwendungen: 1) Die Proteasestabilität des antimikrobiellen Lassopeptids MccJ25 kann durch den Einbau von unnatürlichen Aminosäuren und die Nutzung von stabileren N-methylierten Peptidbindungen verbessert werden. Dadurch kann die Nutzbarkeit von MccJ25 für die Wirkstoffentwicklung gesteigert werden. 2) Durch den Einbau der RGD-Sequenz konnte aus MccJ25 ein nM-affiner Antagonist des v3 Integrinrezeptors gemacht werden, der ein interessantes Tumortarget ist. Die semi-synthetische Strategie ermöglicht eine deutlich erweiterte Struktur-Aktivitäts-Beziehungsstudie, die auch den Einbau von nicht-proteinogenen und nicht-peptidischen Resten beinhalten wird. Durch Einbau einer Azobenzolgruppe nahe des Bindungsmotiv wird versucht Rezeptorbinder zu erzeugen, die Licht-induzierbar zwischen hoch- und niedrig-affinen Konformationen wechseln können. 3) Konjugation von MccJ25 mit Rifampicin ermöglicht die Kombination von zwei Molekülen mit komplementären Mechanismen zur Inhibition der bakteriellen RNA Polymerase (RNAP). Durch Testen einer Reihe von Konjugaten mit verschiedenen Verküpfungsstellen und Linkergruppen wird versucht bifunktionelle, synergistische RNAP-Inhibitoren zu erzeugen.Zusammengefasst wird ein Projekt vorgeschlagen, das Grundlagen- und anwendungsbezogene Forschung vereint. Eine enge Zusammenarbeit der beiden Gruppen in Deutschland und Taiwan, die sich sehr gut in ihren Expertisen ergänzen, legt die Grundlage für die geplante Durchführung des Projekts.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Taiwan
• Partnerorganisation: National Science and Technology Council (NSTC)
• Kooperationspartner: Professor Dr. John Chu