Hybrid approach for the synthesis of novel histamine H3 receptor ligands

Der G-Protein-gekoppelte Histamin-H3-Rezeptor (H3R) ist einer von vier bekannten Histamin-Rezeptorsubtypen. Die Verbreitung erstreckt sich hauptsächlich auf das ZNS, wo der Rezeptor maßgeblich an der Regulation des Schlaf-Wach-Rhythmus, der Kognition, der Aufmerksamkeit und dem Ernährungsverhalten beteiligt ist. Als Autorezeptor reguliert er die Darstellung und Freisetzung von Histamin im Gehirn und moduliert darüberhinaus als Heterorezeptor auch die Konzentration anderer wichtiger Neurotransmitter. Ein Ansatz für die Entwicklung neuer Arzneistoffe bei multifaktoriellen Erkrankungen entspringt der Hybridtheorie. In dieser Arbeit wurde der Hybridansatz durch verschiedene Varianten realisiert, bei denen die jeweiligen Pharmakophore durch Überlappung oder Aneinanderkopplung verknüpft wurden. Als Grundstruktur für das H3-Pharmakophor diente das 4-(3-Piperidin-1-ylpropoxy)-phenyl-Element, als andersartige Pharmakophore dienten neben Arzneistoffen aus der Gruppe der Neuroleptika, Antidepressiva und SSRI auch solche Pharmakophore, die das Wirkprofil von H3R-Liganden durch spezifische Eigenschaften (z. B. neuroprotektiv) ergänzen können. Bei der Kopplung der Pharmakophore lag der Fokus auf der Untersuchung von Aminvariationen. Mit Hilfe des Hybridansatzes wurden in dieser Arbeit zahlreiche neue und potente Histamin-H3-Hybridliganden entwickelt. Es wurden hohe Bindungsaffinitäten im nano- bis subnanomolare Bereich erzielt und wichtige Struktur-Wirkungsbeziehungen abgeleitet. In-vitro zeigte sich eine hohe Toleranz des H3R bezüglich der heterogenen Liganden, darunter solche mit sterisch anspruchsvollen, stark basischen und sauren Gruppen.The histamine H3 receptor (H3R) is one of four known G protein-coupled histamine receptors (H1R-H4R). The H3R is not only acting as autoreceptor on the synthesis and release of histamine but also as heteroreceptor, in which role the release of several other neurotransmitters is modulated. Due to a distinct expression pattern in the central nervous system (CNS) and the resulting involvement in several neuronal functions the human H3R is an attractive target for the treatment of CNS disorders. The objective of this work was the development of novel multi-acting histamine H3 receptor ligands. For this hybrid approach, the well established 4-(3-piperidinopropoxy)phenyl pharmacophore moiety has been linked to several other non-histamine pharmacophors, e.g. structural elements of known neuroleptics, antidepressants or other CNS active substances. The strategy for the coupling of the different pharmacophores was thereby mainly focused on the building of amine functionalities. All designed ligands were tested with regard to their in vitro human H3R binding affinity in an [125I]iodoproxyfan displacement assay and in general revealed high H3R binding affinities in the low nanomolar concentration range. The compounds display useful lead structures for the development of novel multiple-active H3R antagonists

Untersuchung der Lipidnachbarschaft von derivatisiertem GM1 in Modellmembranen und kultivierten Zellen : Synthese, Analytik, Kinetik - Vergleich verschiedener Zelltypen

In eukaryontischen Zellen und ihren Organellen sind die begrenzenden Membranen aus einer Vielzahl von verschiedenen Lipid- und Proteinmolekülen zusammengesetzt. Der Aufbau solcher Membranen erfolgt jedoch nicht nur nach rein statistischen Verteilungen, sondern es kann innerhalb der Membranhälften der Lipiddoppelschicht zu einer bestimmten Anordnung bzw. einer Domänenbildung von Lipiden und Proteinen kommen. Am Beispiel des Gangliosids GM1 wurde untersucht, wie sich die Lipidumgebung von Glykosphingolipiden im Zuge ihrer Endozytose in kultivierten Zellen verändert. Dazu wurden radioaktiv markierte Derivate von GM1 synthetisiert, welche an Hand chemischer Markierungen in der Zelle beobachtet werden konnten. So wurden Derivate hergestellt, die in ihrer Acylkette ein Fluorophor (7-Nitrobenz-2-oxa-1,3-diazol-4-yl-amino-Gruppe (NBD-Gruppe)) tragen und fluoreszenzmikroskopisch untersucht werden können. Eine andere Derivatisierung der Acylkette erfolgte durch Einführung einer photolabilen Trifluormethylphenyldiazirinyl-Gruppe (TPD-Gruppe), die nach Belichtung mit UV-Licht kovalent an eines ihrer direkt benachbarten Moleküle binden. Auf Grund unterschiedlicher Verhalten innerhalb der Zelle wurden zwei Derivate verschiedener Kettenlänge synthetisiert. Außerdem wurde ein an der Sialinsäure derivatisiertes Biotin-GM1 hergestellt und durch Anti-Biotin-Antikörper elektronenmikroskopisch in der Zelle lokalisiert. Es konnte gezeigt werden, dass sich diese Derivate in bestimmten Bereichen der Plasmamembran akkumulieren. Für die Experimente mit TPD-Derivaten wurden zunächst in Liposomen Kopplungsprodukte (als Referenzen) hergestellt, die mittels Dünnschichtchromatographie und Massenspektrometrie (MALDI-/ESI-MS) charakterisiert werden konnten. Die kurzkettigen Gangliosidderivate konnten an Albumin gebunden unter Temperaturblock in die Plasmamembran von Fibroblasten inkorporiert werden. Dabei zeigte sich, dass diese Derivate nach Insertion in die Plasmamembran von kultivierten Fibroblasten in sehr cholesterolreiche Umgebungen segregieren, die als Mikrodomänen bzw. „rafts“ bezeichnet werden. Weitere Kopplungsprodukte mit anderen Hauptbestandteilen der extrazellulär orientierten Membranhälfte wie Phosphatidylcholin (PC) oder Sphingomyelin (SM) konnten hierbei nur in geringem Maße nachgewiesen werden. In Modellmembranen hingegen konnte keine besondere Affinität bezüglich eines Kopplungspartners festgestellt werden. Auch zeigte sich, dass im Zuge der Endozytose (nach Aufhebung des Temperaturblocks), die Sonden sich auf intrazellulären Vesikeln und inneren Membranen in einer gänzlich anderen Lipidnachbarschaft befinden. Es konnten keine Präferenzen zu Cholesterol mehr festgestellt werden, stattdessen traten vermehrt Kopplungen mit Phosphoglycerolipiden wie PC oder auch Sphingomyelin auf. Die langkettigen Derivate konnten ebenfalls in Modellmembranen inseriert und ihre Kopplungsprodukte charakterisiert werden. Allerdings war es hierbei nicht möglich bei Temperaturen zu arbeiten, die die Endozytose blockieren, da Ganglioside mit langer Acylkette (größer C12) nicht aus einem BSA-Lipid-Komplex in Zellmembranen zu inserieren sind. Jedoch reichern sie sich in abbauenden Organellen, wie späte Endosomen oder Lysosomen, an. So konnte hier in verschiedenen Zelltypen (mit und ohne pathologische Defekte) ein BMP-Kopplungsprodukt gefunden werden. Dies bestätigt die Vermutung, dass BMP sich auf intraendosomaler/-lysosomaler Vesikel befindet und hier den Abbau von Membranbestandteilen stimuliert. Bei beiden TPD-Derivaten fällt der hohe Anteil an Kopplungsprodukt von Photosonde und Wasser auf. Dieser ist auf den Wassergehalt in Membranen und auf Kopplungen mit Wasser außerhalb der Membranen zurückzuführen, welche durch die „off-rate“ der verwendeten Sonden bedingt ist. Dass die „off-rate“ eine große Rolle spielt, wird dadurch deutlich, dass das kurzkettige C5-TPD-Derivat (mit hoher „off-rate“) zu einem weitaus höheren Anteil in Wasser inseriert, als die entsprechende langkettige Verbindung (C10-TPD-GM1)

Specific Wheat Fractions Influence Hepatic Fat Metabolism in Diet-Induced Obese Mice

Low whole grain consumption is a risk factor for the development of non-communicable diseases such as type 2 diabetes. Dietary fiber and phytochemicals are bioactive grain compounds, which could be involved in mediating these beneficial effects. These compounds are not equally distributed in the wheat grain, but are enriched in the bran and aleurone fractions. As little is known on physiological effects of different wheat fractions, the aim of this study was to investigate this aspect in an obesity model. For twelve weeks, C57BL/6J mice were fed high-fat diets (HFD), supplemented with one of four wheat fractions: whole grain flour, refined white flour, bran, or aleurone. The different diets did not affect body weight, however bran and aleurone decreased liver triglyceride content, and increased hepatic n-3 polyunsaturated fatty acid (PUFA) concentrations. Furthermore, lipidomics analysis revealed increased PUFA concentration in the lipid classes of phosphatidylcholine (PC), PC-ether, and phosphatidylinositol in the plasma of mice fed whole grain, bran, and aleurone supplemented diets, compared to refined white flour. Furthermore, bran, aleurone, and whole grain supplemented diets increased microbial α-diversity, but only bran and aleurone increased the cecal concentrations of short-chain fatty acids. The effects on hepatic lipid metabolism might thus at least partially be mediated by microbiota-dependent mechanism