Synthese und Konformationsanalyse cyclischer Peptide als potentielle Liganden von Integrinen

Strijowski U. Synthese und Konformationsanalyse cyclischer Peptide als potentielle Liganden von Integrinen. Bielefeld (Germany): Bielefeld University; 2004.Cyclische Peptide zeigen oft eine sehr homogene Sekundärstruktur und sind daher als Modelle für die bioaktive Konformation von Rezeptorliganden von Interesse. Die Sekundärstruktur wird durch verschiedene Parameter wie die Anzahl der im Ring vorhandenen Reste oder durch turn-induzierende Aminosäuren beeinflusst. Der Einbau unnatürlicher Aminosäuren erhöht dazu die Stabilität gegenüber Proteasen und verbessert dadurch die Möglichkeit zum medikamentösen Einsatz. Neben den schon bekannten und gut studierten turn-induzierenden Eigenschaften von D-Aminosäuren spielen in den letzten Jahren [beta]-Aminosäuren eine wichtige Rolle bei der Stabilisierung von Sekundärstrukturen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich daher mit der Synthese, dem Einbau und der Aufklärung der konformationellen Präferenzen von cyclischen Analoga des [beta]-Alanins in ansonsten aus [alpha]-Aminosäuren aufgebauten cyclischen Peptiden. Ausgangspunkt sind 2-Aminocycloalkancarbonsäuren mit unterschiedlicher Stereochemie (cis, trans) und Ringgröße (fünf, sechs), die stereoselektiv synthetisiert und für den Einbau in cyclische Peptide mit einer entsprechenden Schutzgruppe versehen wurden. Als weiterer Synthesebaustein fanden 2-Aminomethylbutansäuren Verwendung. Als Syntheseziel wurde das vermutete Bindungsepitop des Zelladhäsionsmoleküls VCAM-1 ausgewählt, dessen Wechselwirkung mit dem Integrin [alpha]4[beta]1 bei unterschiedlichen physiologischen und pathologischen Prozessen wie beispielsweise Autoimmunerkrankungen von Bedeutung ist. Das Bindungsepitop besteht aus acht Aminosäuren. Da entsprechende cyclische Peptide oft relativ große Flexibilität besitzen, wurden Teile der Sequenz gewählt, die aus fünf bis sechs Aminosäuren bestehen und die Prolin als Aminosäure enthalten. Insgesamt 20 Penta- und Hexapeptide mit den entsprechenden [beta]-Aminosäuren wurden durch Festphasenpeptidsynthese dargestellt, unter Pseudo-Hochverdünnungsbedingungen in Lösung cyclisiert und nach Abspaltung der Schutzgruppen durch RP-HPLC gereinigt. Von einer Reihe von Peptiden des C-terminalen Bereichs des Bindungsepitops wurde die Konformation in Lösung mit NMR-Methoden aufgeklärt, einerseits um einen Vergleich mit der Konformation des bioaktiven Bereiches des VCAM-1 durchzuführen, andererseits um Aufschluss über eventuelle strukturelle Präferenzen der verwendeten [beta]-Aminosäuren zu ermitteln. Die mittels Zelladhäsionstest ermittelte nicht vorhandene biologische Aktivität kann durch die großen Abweichungen sowohl des Peptidrückgrats wie auch in der Ausrichtung der Seitenketten erklärt werden. Auch scheint die im VCAM-1 vorhandene cis-Peptidbindung zwischen Prolin und Asparagin von Bedeutung für die Aktivität zu sein, die in den ermittelten Konformationen nicht auftritt. Die Position der [beta]-Aminosäure in den Peptiden ist sowohl von der Ringgröße wie auch von der Stereochemie abhängig. Deutlich wird, dass cyclische [beta]-Aminosäuren andere Präferenzen bei der Ausbildung von Sekundärstrukturen zeigen, als dies für [beta]-Homoaminosäuren der Fall ist. Inwiefern dies sequenzspezifisch ist, muss Gegenstand weiterer Untersuchungen in diesem Feld sein. In einem weiteren Teilprojekt sollen die Wechselwirkungen zwischen ADAMs und Integrinen am Beispiel des ADAM 8 untersucht werden. Dazu wurden cyclische Hexapeptide mit dem Bindungsepitop der Disintegrindomäne von murinem ADAM 8 (-Arg-Leu-Ser-Lys-Asp-Lys-) dargestellt, die das Epitop in unterschiedlichen Konformationen präsentieren sollen. Dies soll über einen D-Aminosäure-Scan erreicht werden. Weiterhin soll durch einen Alanin-Scan die Bedeutung der einzelnen Aminosäuren für die Wechselwirkungen untersucht werden. Die Darstellung der Peptide gelingt durch Synthese der linearen Peptide mittels Festphasen-Peptidsynthese, Cyclisierung unter Pseudohochverdünnung in Lösung sowie Abspaltung der semi-permanenten Schutzgruppen. Erste biologische Untersuchungen durch Zelladhäsionstests zeigen positive Ergebnisse für die homophile Interaktion der Peptide mit der Disintegrindomäne. Daher besteht natürlich Interesse an der Strukturaufklärung der Peptide, um Erkenntnisse über die biologisch aktivste Form zu gewinnen. Als weiteres Ziel sollte hier neben der Durchführung weiterer biologischer Tests sowohl zur homophilen Interaktion als auch bezüglich der Wechselwirkungen zu unterschiedlichen Integrinen die Herstellung von entsprechenden Struktur-Wirkungsbeziehungen versucht werden, um die genaue Funktion der beteiligten [beta]-Aminosäuren zu untersuchen. Außerdem erscheint es sinnvoll, die gewonnenen Erkenntnisse auf humane Zellen zu übertragen, die ein leicht verändertes Bindungsepitop aufweisen

Cyclic RGD peptides interfere with binding of the Helicobacter pylori protein CagL to integrins α(V)β (3) and α (5)β (1)

Conradi J, Huber S, Gaus K, et al. Cyclic RGD peptides interfere with binding of the Helicobacter pylori protein CagL to integrins α(V)β (3) and α (5)β (1). Amino Acids. 2012;43(1):219-232.The human pathogen Helicobacter pylori that may cause different gastric diseases exploits integrins for infection of gastric cells. The H. pylori protein CagL present on the outer region of the type IV secretion pilus contains an RGD sequence (-Arg-Gly-Asp-) that enables binding to cells presenting integrins α(5)β(1) and α(V)β(3). This interaction can be inhibited with conformationally designed cyclic RGD peptides derived from the CagL epitope -Ala-Leu-Arg-Gly-Asp-Leu-Ala-. The inhibition of the CagL-α(V)β(3) interaction by different RGD peptides strongly suggests the importance of the RGD motif for CagL binding. CagL point mutants (RAD, RGA) show decreased affinity to integrin α(V)β(3). Furthermore, structure-activity relationship studies with cyclic RGD peptides in a spatial screening approach show the distinct influence of the three-dimensional arrangement of RGD motif on the ability to interfere with this interaction. Resulting from these studies, similar structural requirements for the CagL epitope as previously suggested for other ligands of integrin α(V)β(3) are proposed

Spectroscopic detection of pseudo-turns in homodetic cyclic penta- and hexapeptides comprising beta-homoproline

Malesevic M, Majer Z, Vass E, et al. Spectroscopic detection of pseudo-turns in homodetic cyclic penta- and hexapeptides comprising beta-homoproline. INTERNATIONAL JOURNAL OF PEPTIDE RESEARCH AND THERAPEUTICS. 2006;12(2):165-177.beta-Amino acids with side chains at C-2 and/or at C-3 are of growing interest in drug design, as they may induce astonishing and unusual peptide conformations. Therefore it is of eminent importance to gather information on the consequences of beta-amino acid incorporation on the three-dimensional structure of a peptide. This paper describes the synthesis and conformational analysis of cyclic penta- and hexapeptides comprising either (S)-Pro or (S)-beta-Hpro. The conformational influence of the beta-homoproline building block was analyzed by the combined application of CD, FT-IR and NMR. While the CD spectra of the proline containing peptides indicate the presence of inverse gamma-turns and beta II-turns, the CD spectra of the beta-homoamino acid analogs are dominated by an unprecedented negative band near 205 nm associated with a pseudo-beta-turn (Psi beta) or pseudo-gamma-turn (Psi gamma). These results were confirmed by FT-IR spectroscopy, which also indicates the formation of two internal hydrogen bonds in the cyclic peptides containing the beta-homoproline. The conformations of the beta-homoproline containing pentapeptides were additionally determined by NMR in combination with MD simulations in two different solvents. The conformation in trifluoroethanol (TFE) is characterized by a bifurcated hydrogen bond stabilizing a pseudo-gamma-turn with beta-homoproline in the central position, nested with a pseudo-beta-turn with beta-homoproline in the i + l position. The combined CD/FT-IR studies clearly show that the replacement of proline by beta-homoproline gives rise to a more flexible peptide backbone, and CD spectroscopy hints towards the presence of pseudo-beta- or pseudo-gamma-turns