Biomolekuláris NMR: Szerkezet, oligomerizáció, mozgás és molekuláris felismerési jelenségek glikopeptid antibiotikumokban, cukrokban és kalcium kötő fehérjékben = Biomolecular NMR: Structure, oligomerization, dynamics and molecular recognition of glycopeptide antibiotics, carbohydrates and calcium binding proteins

Olyan új NMR módszereket dolgoztunk ki, amellyekkel molekulák térszerkezetét és mozgását a korábbiaknál pontosabban tudjuk leírni. A módszerek a spin-spin csatolási állandó mérésén és a relaxációs jelenségen alapulnak. Fehérjék és kis molekulák kölcsönhatásának vizsgálatára új, az izotópjelzésen alapuló módszereket fejlesztettünk. Kidolgoztuk a 15N csoport-szelektív telítés módszerét, amely akkor is lehetővé teszi a fontos STD módszer alkalmazását, amikor a gazdamolekula és a ligandum NMR jelei átfednek. Példaként a 15N jelzett glikopeptid antibiotikum / sejtfal - analóg peptid rendszerben igazoltuk a kötődést. Megállapítottuk, hogy a kalcium kötő Calretinin fehérje I-II és a III-VI moduljai független doménokat alkotnak, valamint azt, hogy a vizsgált pH tartományban nem változik az I-II domén másodlagos szerkezete. Helikális modell peptideket használva valószínűsítettük az aromás-főlánc kölcsönhatások fontosságát helikális fehérjékben. Az a - amilázt gátló szintetikus poliszacharidok és a spiro-hidantoidin tartalmú akarbóz analóg szerkezetét meghatároztuk. Diffúziós NMR vizsgálatokkal bizonyítottuk, hogy az izopropilidén-guanozin polietilén-glikollal (PEG) kialakított telekelikus dimerje K+ ion jelenlétében G4 kvadruplexeket alkot. A képződő gyöngyfüzér-szerű szupramolekuláris polimerek (20 kDa - 10 MDa) makromonomerje G4-(PEG)4-G4 szerkezetű, amely képes kisméretű hidrofób ligandum "becsomagolására". A hasonló vegyületek potenciálisan telomeráz enzim gátlók lehetnek. | We have elaborated new NMR methods that are useful for accurate characterization of molecular structure and dynamics. These methods are based on the measurement of spin-spin coupling constants and relaxation phenomena. For studying protein small-molecule interactions we introduced new techniques utilizing labelled compounds. The 15N group-selective saturation method allows magnetization transfer from the isotope labelled host to the unlabelled guest, that is very important in those STD applications where the spectra overlap. For demonstration, we verified the binding of cell -wall analogue peptides to 15N labelled glycopeptide antibiotics. Studying the calcium binding protein Calretinin we proved that modules I-II and III-VI form independent domains. Furthermore, the secondary structure of CR I-II is independent of pH. Studying helical model peptides we suggest the importance of aromatics / main chain interactions. We have determined the structure of synthetic polysaccharides and an acarbose analogue with a spiro-hidantoidin tag, all inhibiting a-amylase. We proved by NMR diffusion studies that a lipophilic, telechelic polyethylene glycol dimer of guanosine, in the presence of potassium ion, assembles into a dynamic supramolecular polymer with the macromonomer structure as G4-(PEG)4-G4. The ''bead in the string'' structure extends to 20 kDa - 10 MDa mass, and is able to encapsulate small hydrophobic ligands. Similar structures may be telomerase inhibitors

Új kéntartalmú szénhidrát-származékok trypanosoma- ill. amöba-ellenes hatásának vizsgálata: szerkezet-hatás összefüggések = Testing the trypanocidal, amoebicidal activity of novel S-containing sugar derivatives: structure – activity investigations.

A Trypanosoma cruzi protozoa, a Chagas betegség kórokozója, Latin Amerikában évente 12-14 millió ember fertőzéséért felelős. A betegség kezelésére jelenleg alkalmazott szerek hatásossága nem kielégítő, különösen a betegség gyakori, krónikus formája ellen. Kísérleteket folytattunk potenciálisan tripanoszóma-ellenes vegyületek szintézisére; ennek során új, multivalens aromás glikozil-diszulfidokat és néhány diglikozil-diszulfidot állítottunk elő T.cruzi elleni tesztelés céljára. Néhány származék meglepően hatásosnak mutatkozott sejttenyészetből származó tripomasztigoták ellen: az eddig talált legaktívabb származék, az 1,4-bis(ß-D-galaktopiranozil-dithiometilén)-benzol gátlási állandója (IC50) 8.7 ±1.21 µM. Több, hasonló kémiai szerkezettel jellemzett származék is hatásosnak mutatkozott ~ 15 µM-os szinten. A tesztvegyületek citotoxikus hatását konfluens HeLa sejttenyészeteken tanulmányoztuk 18 órás inkubálást követően. Az aktív vegyületek mindegyike csekély citotoxicitást mutatott. További, igen jelentős megfigyelés, hogy az aktív származékok képesek a parazita intracelluláris proliferációját (amasztigota forma) is gátolni, amint ez a T.cruzi-val fertőzött Vero-sejtekből kibocsátott paraziták számlálása bizonyította. Véleményünk szerint ez igen figyelemre méltó eredmény, u.i. a jelenleg alkalmazott T.cruzi elleni szerek (beznidazol, nifurtimox) nem képesek a parazita intracelluláris fázisát gátolni. | Trypanosoma cruzi is the etiologic agent of Chagas disease, an endemic parasitosis in Latin America with 12–14 million people infected. Currently available drugs for treatment of this disease are unsatisfactory, particularly in its prevalent chronic form. In a search for novel chemical structures with potential trypanocidal activity we have synthesized novel aromatic multivalent glycosyl disulfides and some diglycosyl disulfides for testing against T.cruzi. Some of the tested compounds were found remarkably efficient to kill cell culture-derived trypomastigotes; 1,4-bis(ß-D-galactopyranosyl-dithiomethylene) benzene proved to be the most active derivative with an IC50 of 8.7 ±1.21 µM. Other derivatives, of similar chemical structures, were further promising candidates with low IC50 values of ~ 15 µM. The cytotoxic effects of the active and inactive compounds were evaluated after 18 h incubation with confluent HeLa cell cultures. Pleasingly, all of the active trypanocidal agents showed low cytotoxicites. Further, we observed that several of the compounds tested were also able to inhibit intracellular proliferation or parasite differentiation (amastigote form) when the number of parasites released by T.cruzi infected Vero cells was evaluated. These observations, of outstanding interest, show a remarkable effect of these compounds against the intracellular stage of T.cruzi, an activity that is missing in the currently available drugs like beznidazol and nifurtimox

Thio- and selenoglycosides as ligands for biomedically relevant lectins: Valency-activity correlations for benzene-based dithiogalactoside clusters and first assessment for (di)selenodigalactosides

K

BANGO SEA XLOC/HMBC-H2OBC: complete heteronuclear correlation within minutes from one NMR pulse sequence

L

Új, potenciálisan bioaktív szénhidrátok: szintetikus és NMR kutatások = Novel carbohydrates with potential biological activity: synthetic and NMR investigations

Új típusú, 3-kötéses glikozidos hidat (3KGH: -S-S-, -S-C- ) tartalmazó glikomimetikumokat szintetizáltunk. Monoszacharidokat egy központi aromás gyűrűre SS-kötéssel kapcsolva szimmetrikus oligovalens struktúrákat nyertünk. Tioéter (4->6', -S-C-) interglikozidos kiépítésével új típusú pszeudo-diszacharidokat konstruáltunk. A nem hidrolizálható kötés miatt utóbbiak a glikozilhidroláz enzimek potenciális inhibitorai. Új NMR módszereket fejlesztettünk ki a kémiai szerkezet és dinamika hatékonyabb vizsgálatára. Izotópszelektív (15N) telítés alkalmazása az STD NMR kísérletben (15N GS-STD) teljes jelátfedés esetén is lehetővé teszik fehérje-ligandum kölcsönhatások vizsgálatát. Többkötéses heteronukleáris (H,X)-, valamint 13C-13C skaláris csatolási állandók meghatározására új, hatékony 2D NMR módszereket, ill. érzékeny, 1H-detektáláson alapuló kísérleteket (CPMG-HSQMBC, ill. IPAP-DEPT-INADEQUATE és RINEPT-INADEQUATE) javasoltunk. A mért csatolási állandók és egyéb NMR adatok (NOESY/ROESY) felhasználásával elméleti molekulamodellezési módszerekkel határoztuk meg diglikozil-diszulfidok és egyéb szénhidrát-származékok konformációs preferenciáit oldatban. Szilárd fázisban röntgendiffrakciós és kiroptikai (CD) módszereket alkalmaztunk. Az aromás, oligovalens mannozil-diszulfid származékok specifikusan kötődnek a Concanavalin-A lektin-fehérjéhez. A fehérje-ligandum komplexek termodinamikai paramétereit mikrokalorimetriai (ITC), szerkezetüket STD-NMR mérésekkel határoztuk meg. | Novel glycomimetics were synthesized containing three-bond interglycosidic linkages (3BIGL, -S-S-, -S-C-). Glycopyranosyl units were attached to an aromatic scaffold through SS-linkages to obtain symmetric oligovalent structures. Non-glycosidic, 4,6'-thioether (-S-C-) -linked pseudodisaccharides were constructed via highly diastereoselective synthesis; these are potential inhibitors of glycosylhydrolases. Efficient NMR techniques were developed for in-depth studies of molecular structures and dynamics. Extension of the STD NMR experiment with an isotope selective (15N) saturation sequence allows exploration of protein-ligand interactions even in case of complete signal overlap. Novel 2D NMR methods were devised for more accurate measurement of long-range heteronuclear couplings (CPMG-HSQMBC), including sensitive 1H-detection schemes for 13C-13C scalar couplings at natural abundance (DEPT-INADEQUATE, RINEPT-INADEQUATE). Complete sets of experimental coupling constants and NOESY/ROESY data supplemented with molecular modelling allowed determination of conformational preferences of diglycosyl disulfides and other carbohydrate derivatives in solution. X-ray and chiroptical (CD) methods were applied for solid state studies. Aromatic, oligovalent mannosyl disulfides were shown to bind specifically to Concanavalin A, a plant lectin. The thermodynamic parameters and structures of the protein-ligand complexes were determined by microcalorimetry (ITC) and STD-NMR, respectively