Molekuláris szenzorok vizsgálata és tervezése = Understanding and design of molecular sensors

Kutatásaink eredményei alapján tisztáztuk a konformációs dinamika szerepét fotoindukált elektrontranszfer szenzorokban. Ezek alapján arra a következtetésre jutottunk, hogy ezen szenzoroknál a hagyományos, kizárólag az elektrondonor atomhoz történő direkt koordinációs hatáson kívűl egy másik hatás is érvényesül a vendégmolekulák kötődésekor. Ez pedig a komplexálódás során bekövetkező konformációs hatások összessége. Ezek alapján sikerült olyan szenzorvegyületeket előállítanunk amelyek különösen érzékenyen reagálnak a konformációs változásokra ezáltal lehetővé téve pl. a vendégmolekulák mérete alapján történő szelekciót. A munka során ezen kívül sikerrel valósítottuk meg egy szenzorvegyület kvarcfelületre való kovalens rögzítését, valamint ezen szenzor prototípussal a saxitoxin kimutatását. | Our studies revealed that the contribution of conformational dynamics to the signaling ability of PET type sensor molecules has a profound effect on the signaling potential of these sensors. Based on the obtained results we have implemented a new sensor design that uses the influence of conformational dynamics on the PET process and gives signals comparable or even greater than conventional sensors. A salient feature of this sensor class is their sensitivity towards the steric demand of the guests. Besides these results we have successfully modified covalently a pre-modified quartz surface with sensor molecules. With this sensor prototype we have managed to detect saxitoxin

Heterociklusos vegyületek átmenetifém-katalizált szintézise = Transition metal catalysed synthesis of heterocyclic compounds

Eljárást dolgoztunk ki nukleofil heterociklusos karbén (NHC) prekurzorként alkalmazható heterociklusos vegyületek moduláris szintézisére, amelyek közül több előállítását enantiomertiszta formában is elvégeztük. Előállítottunk több palladaciklusos katalizátort és részletesen vizsgáltuk ezek szerkezete és aktivitása kapcsolatát keresztkapcsolási reakciókban. Behatóan vizsgáltuk olyan új, palládiumkatalizált kapcsolási reakciók lehetőségét, amelyekben a fémorganikus kapcsolópartner fémrészletét szerves csoporttal tudjuk kiváltani. Hatékony eljárást dolgoztunk ki benzo[b]tiofén-származékok és purinszármazékok ilyen úton való átalakítására. Vizsgáltuk az etinil-ciklohexanol, mint acetilénforrás alkalmazhatóságát diaril-acetilének és benzofurán-származékok előállításában. Új palládiumkatalizált reakcióutat dolgoztunk ki benzofurán-származékok előállítására. Vizsgáltuk a piridazino[4,5-d]piridazin rendszeren poláris fémorganikus reagensekkel kiváltható reakciót. Tetrazinszármazékok és nukleofil karbének reakcióját vizsgálva elsőként írtuk le kinoidális tetrazinvegyületek szintézisét. Sikeresen megvalósítottuk több új típusú fluoreszcens jelzőt hordozó makrociklus szintézisét és vizsgáltuk az inherens fluoreszcencia-letörést ezen rendszerekben, valamint alkalmazhatóságukat a molekuláris felismerésben. Elsőként írtunk le egy új, a konformációs dinamikán alapuló szenzorcsaládot. | We developed a new procedure for the preparation of nucleophilic heterocyclic carbene precursors and synthesized a series of chiral enantiopure NHCs. We prepared a series of palladacycles and studied the effect of their structure on their catalytic activity in cross coupling reactions. We studied such palladium catalysed processes where the organometallic coupling partner can be exchanged for an organic moiety. We developed an efficient transformation on benzo[b]thiophen and purine derivatives. We studied the use of 1-ethynyl-cyclohexanol as acetylene surrogate in the preparation of diarylacetylenes and benzofurane derivatives. We edeveloped a new palladium catalysed route for the synthesis of benzofurane derivatives. We studied the reactivity of pyridazino[4,5-d]pyridazines with polar organometallic reagents. We were the first to describe the synthesis of quinoidal tetrazine derivatives in the reaction of tetrazines with nucleophilic carbenes. We synthesized a series of macrocyclic heterocycles bearing different fluorescent markers and studied their inherent fluorescence quenching and their utility in molecular recognition. We were the first to described a new sensor family working on the principle of molecular dynamics

Fluoreszcensen jelölt mátrix metalloproteináz szubsztrátok szintézise = Synthesis of fluorescently labeled matrix metalloproteinase substrates

A tervezett munkával összhangban sikerült előállítanunk olyan MMP-2 enzimszubsztrátokat amelyek lehetőséget adnak annak biokompatibilis jelölésére, FRET rendszerré alakítására. Az eredeti tervekkel ellentétben nem sikerült oly módon kiviteleznünk a kettős jelölést, hogy a peptidszekvenciába terminális acetilén és aril-jodid funkciókat beépítve valósítsuk meg a jelzővegyületek egymás utáni bevitelét. Eredetileg úgy terveztük, hogy a terminális acetilén klikk reakcióba vitele után az aril-jodidon Sonogashira reakcióval újabb acetilént viszünk be ami lehetőséget teremt az újboli jelzés bevitelére. E stratégia sajnos a Sonogashira reakció alacsony hozama miatt elvétetett. Alternatívaként olyan peptidet állítottunk elő, mely terminális acetilén és ciklooktin csoportot is tartalmazott. Míg ez utóbbi csoport réz hiányában is képes az azidcsoportokkal reagálni a terminális acetilén ehhez réz(I) ionok jelenlétét igényli. Ezzel az eljárással sikeresen valósítottuk meg két fluoreszcens jelzővegyület egymásutáni bevitelét nemcsak az enzimszubsztrátba de tetszőlegesen választott fehérjébe is, sőt lehetőséget adot arra is, hogy azidcsopotokkal módosított, fluoreszcens szilika nanorészecskéket is alkalmazunk, mint fluoreszcens jelzés és hordozó egyben. A munka ezen részén kívűl előállítottunk egy sor olyan klikk reakcióba vihető fluorofórt amelyek emissziós spektruma lefedi az egész látható tartományt. Eredményeinkről rangos folyóiratokban (pl Angewandte stb) és konferenciákon adtunk számot. | In accordance with the project proposal we have managed to synthesize an MMP-2 enzyme substrate that is capable to be transformed into FRET labeled system using fully biocompatible bioorthogonal modifications. Originally we have planned the introduction of clickable terminal acetylene moiety via incorporation of propargyl and aryl-halide containing amino acids in order to introduce the first label via click chemistry then using subsequent Sonogashira coupling strategy to introduce the second acetylene moiety to be capable of the second label. However this startegy have failed as the Sonogashira coupling resulted only low yields. Therefore an alternative strategy was explored where propargyl and cyclooctyne moiety was introduced into the octapeptide substrate sequence. Whilst the cyclooctyne moiety is capable of clicking with azido containing fluorophores without the need for copper catalyst the terminal acetylene function needs the metal catalyst. Using this strategy the sequential introduction of the two fluorescent label was successful. This startegy was demonstrated to be useful in dual labeling of enzymes as well. The dual nature of the enzyme substrate enabled us to use azide modified fluorescent silica nanoparticles as labels and support as well. Besides these studies a series of clickable fluorophores that practically cover the whole visible spectrum was developed. Our results have been published in high impact journals (eg Angewandte etc.) and on related conferences

Bioorthogonal fluorescent labels: a review on combined forces

This review ventures to summarize the latest developments in bioorthogonal fluorescent imaging labels with a special focus on bioimaging applications. We briefly summarize the most preferred means of bioorthogonal tagging schemes for the labeling of specific biomolecular structures. The review is structured by the type of the fluorescent labels that can address the problems that most commonly compromise fluorescent imaging techniques, i.e. the autofluorescence of biomolecules, the background fluorescence of unreacted reagents, and photobleaching. Thus, we present (i) far- red/near-infra-red emitting dyes, (ii) fluorogenic scaffolds, and (iii) nanoparticle-based signaling platforms

Bioorthogonal Double-Fluorogenic Siliconrhodamine Probes for Intracellular Superresolution Microscopy

A series of double-fluorogenic siliconrhodamine probes were synthesized. These tetrazine-functionalized, membrane-permeable labels allowed site-specific bioorthogonal tagging of genetically manipulated intracellular proteins and subsequent imaging using super-resolution microscopy

The potential use of the Penicillium chrysogenum antifungal protein PAF, the designed variant PAFopt and its γ-core peptide Pγopt in plant protection.

The prevention of enormous crop losses caused by pesticide-resistant fungi is a serious challenge in agriculture. Application of alternative fungicides, such as antifungal proteins and peptides, provides a promising basis to overcome this problem; however, their direct use in fields suffers limitations, such as high cost of production, low stability, narrow antifungal spectrum and toxicity on plant or mammalian cells. Recently, we demonstrated that a Penicillium chrysogenum-based expression system provides a feasible tool for economic production of P. chrysogenum antifungal protein (PAF) and a rational designed variant (PAFopt ), in which the evolutionary conserved γ-core motif was modified to increase antifungal activity. In the present study, we report for the first time that γ-core modulation influences the antifungal spectrum and efficacy of PAF against important plant pathogenic ascomycetes, and the synthetic γ-core peptide Pγopt , a derivative of PAFopt , is antifungal active against these pathogens in vitro. Finally, we proved the protective potential of PAF against Botrytis cinerea infection in tomato plant leaves. The lack of any toxic effects on mammalian cells and plant seedlings, as well as the high tolerance to harsh environmental conditions and proteolytic degradation further strengthen our concept for applicability of these proteins and peptide in agriculture

Cloning and characterization of a novel functional organic anion transporting polypeptide 3A1 isoform highly expressed in the human brain and testis

Organic anion transporting polypeptide 3A1 (OATP3A1, encoded by the SLCO3A1 gene) is a prostaglandin, oligopeptide, and steroid/thyroid hormone transporter with wide tissue distribution, expressed, e.g., in the human brain and testis. Although the physiological importance of OATP3A1 has not yet been clarified, based on its expression pattern, substrate recognition, and evolutionary conservation, OATP3A1 is a potential pharmacological target. Previously, two isoforms of OATP3A1, termed as V1 and V2, have been characterized. Here, we describe the cloning and functional characterization of a third isoform, OATP3A1_V3. The mRNA of isoform V3 is formed by alternative splicing and results in an OATP3A1 protein with an altered C-terminus compared to isoforms V1 and V2. Based on quantitative PCR, we demonstrate the widespread expression of SLCO3A1_V3 mRNA in human organs, with the highest expression in the brain and testis. By generation of an isoform V3-specific antibody and immunostaining, we show that the encoded protein is expressed in the human choroid plexus, neurons, and both germ and Sertoli cells of the testis. Moreover, we demonstrate that in contrast to isoform V1, OATP3A1_V3 localizes to the apical membrane of polarized MDCKII cells. Using HEK-293 cells engineered to overexpress OATP3A1_V3, we verify the protein’s functionality and identify dehydroepiandrosterone sulfate as a novel OATP3A1 substrate. Based on their distinct expression patterns but overlapping functions, OATP3A1 isoforms may contribute to transcellular (neuro)steroid transport in the central nervous system