Structure-Based Screening of Tetrazolylhydrazide Inhibitors versus KDM4 Histone Demethylases

Human histone demethylases are known to play an important role in the development of several tumor types. Consequently, they have emerged as important medical targets for the treatment of human cancer. Herein, structural studies on tetrazolylhydrazide inhibitors as a new scaffold for a certain class of histone demethylases, the JmjC proteins, are reported. A series of compounds are structurally described and their respective binding modes to the KDM4D protein, which serves as a high-resolution model to represent the KDM4 subfamily in crystallographic studies, are examined. Similar to previously reported inhibitors, the compounds described herein are competitors for the natural KDM4 cofactor, 2-oxoglutarate. The tetrazolylhydrazide scaffold fills an important gap in KDM4 inhibition and newly described, detailed interactions of inhibitor moieties pave the way to the development of compounds with high target-binding affinity and increased membrane permeability, at the same time

TRY plant trait database – enhanced coverage and open access

Plant traits - the morphological, anatomical, physiological, biochemical and phenological characteristics of plants - determine how plants respond to environmental factors, affect other trophic levels, and influence ecosystem properties and their benefits and detriments to people. Plant trait data thus represent the basis for a vast area of research spanning from evolutionary biology, community and functional ecology, to biodiversity conservation, ecosystem and landscape management, restoration, biogeography and earth system modelling. Since its foundation in 2007, the TRY database of plant traits has grown continuously. It now provides unprecedented data coverage under an open access data policy and is the main plant trait database used by the research community worldwide. Increasingly, the TRY database also supports new frontiers of trait‐based plant research, including the identification of data gaps and the subsequent mobilization or measurement of new data. To support this development, in this article we evaluate the extent of the trait data compiled in TRY and analyse emerging patterns of data coverage and representativeness. Best species coverage is achieved for categorical traits - almost complete coverage for ‘plant growth form’. However, most traits relevant for ecology and vegetation modelling are characterized by continuous intraspecific variation and trait–environmental relationships. These traits have to be measured on individual plants in their respective environment. Despite unprecedented data coverage, we observe a humbling lack of completeness and representativeness of these continuous traits in many aspects. We, therefore, conclude that reducing data gaps and biases in the TRY database remains a key challenge and requires a coordinated approach to data mobilization and trait measurements. This can only be achieved in collaboration with other initiatives

Synthese und Charakterisierung potentieller Histon-Demethylase-Inhibitoren

Epigenetische Regulationsmechanismen spielen eine wichtige Rolle bei der Steuerung des Gleichgewichtes zwischen dem Vorliegen von Eu- und Heterochromatin. Neben Acetylierungsprozessen kommt dabei vor allem Methylierungen von Histonen eine entscheidende Bedeutung zu. Die im Fokus der vorliegenden Dissertation stehenden Demethylierungen können dabei zum einen durch sogenannte Lysin-spezifische und zum anderen durch JumonjiC-Domäne enthaltende Histon-Demethylasen katalysiert werden. Bei der zweiten Gruppe handelt es sich um Fe(II)- sowie 2-Oxoglutarat-abhängige Enzyme, welche unter anderem die Oxidoreduktase KDM4A umfassen. In gesundem Gewebe übernimmt diese wichtige Aufgaben im Rahmen der Regulierung des Zellzyklus und der -differenzierung, während daneben jedoch eine Überexpression in diversen Tumorzellarten, wie z. B. Prostata-, Brust- oder Lungenkrebs detektiert wurde. Aus diesem Grund bestand das Ziel jener Arbeit in der Auffindung eines potentiellen KDM4A-Inhibitors in Anlehnung an literaturbekannte Hemmstoffe wie Daminozid oder N-Oxalylglycin, welcher im Folgenden als Leitstruktur für die Erstellung einer Substanzbibliothek dienen sollte. Diese Aufgabe konnte durch die Synthese von drei Tetrazolylcarbonsäurehydraziden erfüllt werden, welche zu einer Inhibition von KDM4A mit IC50-Werten im zweistelligen mikromolaren Bereich in der Lage waren. Die kürzeste dieser drei Verbindungen, 2-(1H-Tetrazol-5-yl)essigsäurehydrazid, wurde aufgrund des kleinsten IC50-Wertes als Leitstruktur für folgende Derivatisierungen ausgewählt. Es konnte außerdem gezeigt werden, dass es sich bei dieser fragmentartigen Verbindung um einen kompetitiven Inhibitor handelt, welcher zudem eine gewisse Subtypselektivität für KDM4A aufweist. Durch die Synthese und Charakterisierung des am Tetrazolring methylierten Derivates sowie des korrespondierenden Esters wurde die Notwendigkeit des Vorhandenseins eines Komplexbildners in definiertem Abstand zu einer sauren Funktion für eine Hemmwirkung gegenüber KDM4A belegt. Aufgrund der in der Literatur beschriebenen komplexbildenden Eigenschaften von Acylhydrazonen wurde ausgehend von den drei Tetrazolylcarbonsäurehydraziden durch Umsetzung mit verschiedenen Aldehyden und Ketonen eine Substanzbibliothek bestehend aus 46 Verbindungen synthetisiert. Neben der Hydrazonbildung konnte die Leitstruktur durch das Einfügen von α-C-C- und α-C-N-verknüpften Seitenketten derivatisiert werden. Dadurch wurden insgesamt 14 Endverbindungen synthetisiert, wobei die beiden potentesten Substanzen, bei denen es sich um amidhaltige Strukturen handelt, IC50-Werte im Bereich der Leitstruktur aufweisen. Des Weiteren war eine Abwandlung der Leitstruktur infolge des Ersatzes der Methylengruppe durch einen Benzenring möglich. Die biologische Testung der Substanzen erfolgte mithilfe von zwei verschiedenen Assays: Zum einen dem enzymgekoppelten Formaldehyd-Dehydrogenase- und zum anderen dem Antikörper-basierten LANCE-Assay. Des Weiteren wurden im Helmholtz-Zentrum Berlin zehn ausgewählte Verbindungen zusammen mit der zu KDM4A weitestgehend homologen KDM4D kristallisiert und röntgenkristallographisch vermessen. Durch Aufklärung der Bindungsmodi konnte die Grundlage für ein rationales Ligandendesign hinsichtlich der gezielten Synthese weiterer potentieller KDM4x-Inhibitoren gelegt werden. Eine Auswahl von 88 Substanzen der synthetisierten Verbindungen wurde in der Screening Unit des FMP (Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie) in Berlin, welches Teil des EU-Openscreen-Netzwerkes ist, eingelagert und steht damit für Testungen gegen weitere Targets zur Verfügung. Da die betreffenden Substanzen in Arzneistoffen unterrepräsentierte Strukturen, wie z. B. Hydrazide und aliphatisch gebundene Tetrazole beinhalten, könnten dadurch interessante neue Leitstrukturen für andere Forschungsprojekte identifiziert werden. Ein Teil der Ergebnisse der vorliegenden Dissertation wurde in zwei Publikationen veröffentlicht.Epigenetic regulation mechanisms play a pivotal role in coordinating the equilibrium between euchromatin and heterochromatin. Beside acetylation processes, in particular the methylation of histones is of crucial importance. This dissertation focuses on demethylation reactions that may be catalysed either by so-called lysine-specific demethylases or JumonjiC domain-containing histone demethylases. The latter family consists of Fe(II)- and α-ketoglutarate-dependent enzymes including, amongst others, oxidoreductase KDM4A. In healthy tissue it is involved in important pathways of cell differentiation and the cell cycle, while its overexpression is associated with tumours of prostate, breast and lung. Taking the above relationship as a starting point, the present work focused on the discovery of a potential KDM4A inhibitor in analogy to already published compounds like daminozide and N-oxalylglycine, thus providing a lead for establishing a compound library. This task was fulfilled by the synthesis of three tetrazolyl acylhydrazines, which inhibited KDM4A with IC50 values in the two-digit micromolar range. The shortest of them, 2-(1H-5-tetrazolyl)acetohydrazide, was selected as a lead for further derivatisation due to the lowest IC50. It could be shown that this fragment-like lead acted as a competitive inhibitor with relative subtype selectivity for KDM4A. By preparation and characterisation of the corresponding ester as well as of a derivative methylated on the tetrazole ring, a complexing moiety and an acidic function in a certain distance were demonstrated to be essential structural requirements for inhibiting KDM4A. Based on the complexing properties of acylhydrazones described in the literature, a library consisting of 46 compounds was prepared by reaction of the three tetrazolyl acylhydrazines with diverse aldehydes and ketones. Furthermore, the lead structure was derivatised by introducing α-C-C and α-C-N-connected sidechains. Thus, 14 potential inhibitors were obtained with the two most potent bearing amide-containing sidechains and exhibiting IC50 on par with the lead. In addition, the modification of the lead where the methylene group is replaced by a benzene ring could be realised. Biological characterisation of the prepared inhibitors was performed using two assays: On the one hand with the enzyme-coupled formaldehyde dehydrogenase assay, on the other hand with the antibody-based LANCE assay. Also, ten selected derivatives were co-crystallised in presence of KDM4D at the Helmholtz-Zentrum, Berlin, eventually resolving their structure by X-ray crystallography. This isoenzyme shows high homology towards KDM4A. By elucidation of the binding modes, the base for a rational ligand design could be set with regard to the targeted synthesis of even more potent KDM4x inhibitors. A selection of 88 derivatives was stocked at the Screening Unit of FMP (Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie), Berlin, which is part of the EU Openscreen Network. Hence, these derivatives were made available for screening against other targets. Since the stocked library contains moieties underrepresented in drugs, such as hydrazides and alkyl tetrazoles, new leads for other research fields may thus be identified. Parts of the present dissertation were disclosed in two publications

Prävention sozioemotionaler Störungen bei „children-at-risk“. Die EVA-Studie

In Germany the gap between children growing up in privileged conditions and those living in poverty on the fringe of society is widening. Neglect and violence in early childhood may lead to future psychosomatic and mental illnesses such as depression and addiction. Therefore it deems necessary to provide early interventions to children, their parents, and caretakers in institutions in socially challenged neighborhoods, in order to prevent socio-emotional disturbance in children at risk. How this can be done, will be exemplified in this paper by the EVA study (Evaluation of two prevention programs in early childhood care centres with children-at-risk) in which two prevention programs – “Eearly Steps”and “Faustlos” (“Without fists”) – are implemented in early childhood care centers (ECCCs) in Frankfurt am Main, Germany. The EVA study was conceptualized as a longitudinal cluster randomized study, where the ECCCs – randomly chosen on the basis of a representative baseline survey conducted in 2003 of all ECCCs in Frankfurt am Main (n = 5,300) – are all located in socioeconomically deprived neighborhoods. It is a good example for early intervention. The trial involved 298 children aged 3 to 4. Some preliminary findings illustrated with case examples serve to discuss implications on how early intervention may help to prevent socio-emotional disturbances. (DIPF/Orig.)In Deutschland klafft die Schere immer weiter auseinander zwischen Kindern, die unter Bedingungen aufwachsen, die gerade in diesem Land historisch wohl so gut sind wie noch kaum zuvor, und solchen, die am Rand der Gesellschaft leben und Armut sowie einer Kumulation von Risikofaktoren für ihre Entwicklung ausgesetzt sind. Frühverwahrlosung, Gewalt und eine Zunahme psychosomatischer und psychischer Erkrankungen wie Depression und Sucht gehören zu den möglichen Folgen. Deshalb ist es notwendig Kindern und ihren Eltern sowie den Erziehern und Erzieherinnen in Kindertagesstätten in Stadtteilen mit erhöhter sozialer Problemlage frühe Interventionsmaßnahmen anzubieten, um solchen sozioemotionalen Störungen vorzubeugen. Wie eine solche Frühprävention realisiert werden kann, wird am Beispiel des EVA Projekts (Evaluation der beiden Frühpräventionsprojekte „Frühe Schritte“ und „Faustlos“) aufgezeigt. Die EVA-Studie wurde als cluster-randomisiertes Design zur Evaluation der Wirkung zweier Präventionsprogramme in 14 Kindergärten in Stadtteilen mit erhöhter sozialer Problemlage konzeptualisiert. Die Studie mag exemplarisch die Chancen und Grenzen von Frühpräventionen bei „children-at-risk“ illustrieren. Die Einrichtungen wurden aufgrund einer Basiserhebung an 5300 Kindern aller städtischen Kindertagesstätten in Frankfurt und soziologischen Daten zufällig den beiden Präventionsprogrammen zugeordnet. In der Studie konnten 298 Kinder im Alter von 3–4 Jahren mit einer breiten Palette verschiedener Messinstrumente untersucht werden. Erste Ergebnisse werden vorgestellt und mit exemplarischen Fallbeispielen illustriert. (DIPF/Orig.

The formyl peptide receptor agonist Ac2-26 alleviates neuroinflammation in a mouse model of pneumococcal meningitis

Background!#!Bacterial meningitis is still a cause of severe neurological disability. The brain is protected from penetrating pathogens by the blood-brain barrier and the innate immune system. The invading pathogens are recognized by pattern recognition receptors including the G-protein-coupled formyl peptide receptors (FPRs), which are expressed by immune cells of the central nervous system. FPRs show a broad spectrum of ligands, including pro- and anti-inflammatory ones. Here, we investigated the effects of the annexin A1 mimetic peptide Ac2-26 in a mouse model of pneumococcal meningitis.!##!Methods!#!Wildtype (WT) and Fpr1- and Fpr2-deficient mice were intrathecally infected with Streptococcus pneumoniae D39 (type 2). Subsequently, the different mice groups were treated by intraperitoneal injections of Ac2-26 (1 mg/kg body weight) 2, 8, and 24 h post-infection. The extent of inflammation was analyzed in various brain regions by means of immunohistochemistry and real-time reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) 30 h post-infection.!##!Results!#!Ac2-26-treated WT mice showed less severe neutrophil infiltration, paralleled by a reduced induction of pro-inflammatory glial cell responses in the hippocampal formation and cortex. While meningitis was ameliorated in Ac2-26-treated Fpr1-deficient mice, this protective effect was not observed in Fpr2-deficient mice. Irrespective of Ac2-26 treatment, inflammation was more severe in Fpr2-deficient compared to Fpr1-deficient mice.!##!Conclusions!#!In summary, this study demonstrates anti-inflammatory properties of Ac2-26 in a model of bacterial meningitis, which are mediated via FPR2, but not FPR1. Ac2-26 and other FPR2 modulators might be promising targets for the development of novel therapies for Streptococcus pneumoniae-induced meningitis