Entwicklung symmetrischer Cyclononine für die intrazelluläre Generierung von Protein-Protein-Wechselwirkungsinhibitoren durch isomerenfreie, ringspannungsvermittelte Cycloadditionen

• Antragsteller: Professor Dr. Thorsten Berg
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 540991815

Protein-Protein-Wechselwirkungen sind für die meisten zellulären Prozesse von fundamentaler Bedeutung. Die Hemmung dieser Wechselwirkungen bietet die Möglichkeit, das derzeit eher begrenzte Zielspektrum kleiner organischer Moleküle erheblich zu erweitern. Aufgrund der erheblichen Größe von Protein-Protein-Grenzflächen weisen hochaffine Inhibitoren von Protein-Protein-Wechselwirkungen jedoch oft ein hohes Molekulargewicht auf. Dies hat negative Auswirkungen auf ihre Zellpermeabilität und/oder Bioverfügbarkeit. Wir haben kürzlich die isomerenfreie, ringspannungsvermittelte Azid-Alkin-Cycloaddition (iSPAAC) als eine Methode vorgestellt, mit der große, chemisch-einheitliche bioaktive Moleküle in lebenden Zellen aus zwei kleineren Komponenten mit höherer Zellpermeabilität erzeugt werden können. Der Schlüssel zum Erfolg bestand in der Synthese der symmetrischen Pyrrolocyclooctine PYRROC, SYPCO und TRIPCO sowie des Azacyclonononins Fmoc-ACN. SYPCO und Fmoc-ACN wurden zur Herstellung großer Triazolinhibitoren der durch das antiapoptotische Protein Bcl-xL vermittelten Protein-Protein-Wechselwirkungen eingesetzt. Der Vorteil von Azacyclononinen gegenüber Pyrrolocyclooctinen liegt im geringeren Platzbedarf des bicyclischen Ringsystems, das bei isomerenfreien, ringspannungsvermittelten Cycloadditionen gebildet wird, im Vergleich zu dem größeren tricyclischen Ringsystem, das hierbei von Pyrrolocyclooctinen gebildet wird. Dies macht Azacyclononine zu vielseitigeren Werkzeugen für die Herstellung großer, hochaffiner Hemmstoffe biologischer Zielstrukturen. Während jedoch der SYPCO-basierte Triazolinhibitor von Bcl-xL durch iSPAAC in lebenden Zellen erzeugt werden konnte, verlief die Bildung des wesentlich potenteren Bcl-xL-Inhibitors auf der Basis des weniger gespannten Cyclononins Fmoc-ACN zu langsam für zellbasierte Anwendungen. Das Ziel dieses Forschungsprojektes liegt in der Entwicklung von Methoden für isomerenfreie ringspannungsvermittelte Cycloadditionen mit Azacyclononinen, welche mit ausreichender Geschwindigkeit für den Einsatz in lebenden Zellen ablaufen. Zu diesem Zweck werden wir die Verwendung von Fmoc-ACN und zwei neu entwickelter Azacyclononine in ringspannungsvermittelten Cycloadditionen untersuchen, sowohl in SPAAC als auch in Diels-Alder-Reaktionen mit inversem Elektronenbedarf (IEDDA) unter Verwendung von 1,2,4,5-Tetrazinen. Wir werden die vielversprechendsten Reaktionen für die isomerenfreie intrazelluläre Erzeugung großer Inhibitoren der durch Bcl-xL vermittelten Protein-Protein-Wechselwirkungen identifizieren. Die erfolgreiche Durchführung dieses Forschungsprojekts wird den molekularen Werkzeugkasten für die bioorthogonale, intrazelluläre Generierung hochaffiner großer, chemisch-einheitlicher Moleküle mit Aktivitäten gegen beliebige intrazelluläre biologische Zielstrukturen erheblich erweitern und verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Ralf Hoffmann; Professor Dr. Harald Krautscheid