4 research outputs found
Straightforward approach to efficient oxidative DNA cleaving agents based on Cu(II) complexes of heterosubstituted cyclens
The Cu(II) complexes of cyclen and two of its heterosubstituted analogues were
shown to be efficient oxidative DNA cleavers. The reactivity strongly depends
on the heteroatom inserted into the macrocycle (O > S > N)
Significantly enhanced proteolytic activity of cyclen complexes by monoalkylation
A simple approach towards efficient artificial proteases based on the cyclen
ligand is presented. We thus achieved an increase of the proteolytic activity
of two orders of magnitude when compared to the unsubstituted cyclen complex.
Amphiphilic Cu(II) and Co(III) complexes cut BSA and myoglobin as model
substrates at ÎŒM concentrations. MALDI-ToF MS is used to identify the cleavage
fragments
Synthese und biologische Evaluation kĂŒnstlicher Metalloproteasen basierend auf amphiphilen Cyclen-Derivaten
Numerous diseases are caused by the misfolding of specific proteins and the
subsequent formation of aggregates, for example Parkinson's disease, type II
diabetes and Alzheimer's disease (AD). In the last years the scientific
interest in AD has grown remarkably due to new insights into the development
of this complex disorder. Numerous therapeutic strategies have been developed
for the treatment of AD. Cleavage of pathogenic misfolded proteins and their
aggregates with small metal complexes acting as artificial proteases is one of
them. Cu(II) and Co(III) complexes of the macrocycle cyclen were shown to
cleave proteins and numerous derivatives have already been synthesized to
improve the proteolytic activity. In the scope of the present thesis
monoalkylated derivatives of cyclen and its oxa and dioxa analoga were
synthesized. Amphiphilic metal complexes of these ligands were generated to
investigate the influence of micelle formation on the proteolytic activity of
cyclen. Five ligands and their Cu(II) complexes as well as two Co(III)
complexes were synthesized. The protein cleavage ability was investigated via
SDS-PAGE (sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis) with
various model proteins. An increase of at least two orders of magnitude was
observed with all seven complexes compared to the corresponding cyclen
compounds. A comparison of the cyclen complexes of varying alkyl chain length
could show that the proteolytic activity depends on the number of CH2 groups
in the chain with the longest alkyl moiety being the most effective cleavage
agent. The highest activity of all complexes could be detected with the
Co(III) complex of 1-hexadecylcyclen, even though an improvement of the
activity was expected for the oxa analoga of the same chain length.
Remarkably, the ligands alone exhibited a comparable proteolytic activity to
the complexes. Further investigations are necessary to exclude traces of metal
as origin for this activity. An interesting finding was the decrease of the
proteolytic activity above a certain complex concentration towards heme
proteins, whereas non-heme protein cleavage increases consistently with the
complex concentration. Molecular modeling studies are underway to further
investigate these results. Fragments of the cleavage process were detected by
MALDI-TOF (Matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight) mass
spectrometry. One of the fragments found in these studies reflects a specific
cleavage site in proximity to the heme group of myoglobin already established
in the literature as initial cleavage site of another cyclen derivative. These
findings suggest a key role for the heme group in the cleavage process of heme
proteins. Cytotoxicity studies via MTT
(3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide) assay showed a
drastic increase of the cytotoxicity for the complexes of 1-dodecylcyclen
compared to cyclen. However, in comparison with other compounds currently
under investigation for the treatment of AD the cytotoxicity is moderate. The
critical micellar concentration of the complexes was observed with the "pyrene
1:3 ratio" method, a technique based on fluorescence, and the values range
from 0.04 - 0.47 mM. No distinct relation could be found for the formation of
micelles and the cleavage activity. The results presented in this work, in
particular the outstanding proteolytic activity of the complexes, suggest
further studies with amphiphilic cyclen derivatives. The alkylated complexes
have a rather simple structure compared to other artificial proteases but
exhibit a comparable cleavage activity towards all model proteins. Targeted
cleavage of pathogenic proteins might be achieved by introduction of
recognition sites to the amphiphile.Zahlreiche Krankheiten, wie z.B die Parkinson-Krankheit, die Alzheimer-
Krankheit und Diabetes mellitus Typ II, werden durch die Fehlfaltung
spezifischer Proteine und der daraus resultierenden Bildung von Aggregaten
ausgelöst. Besonders die Alzheimer-Krankheit hat in den letzten Jahren ein
ansteigendes wissenschaftliches Interesse erfahren, ausgelöst durch neue
Einblicke in die Entstehung dieser komplexen Erkrankung. FĂŒr die Behandlung
der Alzheimer-Krankheit wurden verschiedene Strategien entwickelt. Die
Spaltung der pathogenen, fehlgefalteten Proteine und ihrer Aggregate mit
Metallkomplexen als kĂŒnstliche Proteasen ist eine dieser Strategien. FĂŒr die
Cu(II)- und Co(III)-Komplexe des Cyclens konnte proteolytische AktivitÀt
nachgewiesen werden. Zahlreiche Derivate wurden seitdem basierend auf dem
Cyclen-GrundgerĂŒst untersucht, um diese AktivitĂ€t zu steigern. Im Rahmen der
vorliegenden Arbeit wurden monoalkylierte Derivate des Cyclens und
entsprechende Oxa- und Dioxa-Analoga dargestellt. Mit Komplexen dieser
amphiphilen Verbindungen wurde der Einfluss von Mizellenbildung auf die
SpaltaktivitĂ€t gegenĂŒber verschiedenen Modell-Proteinen untersucht. FĂŒnf
amphiphile Liganden und deren Cu(II) Komplexe konnten synthetisiert werden.
Zwei Co(III) Komplexe basierend auf den dargestellten Liganden konnten
ebenfalls synthetisiert werden. Die proteolytische AktivitÀt wurde mittels
SDS-PAGE (sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis) mit
verschiedenen Proteinen untersucht. Ein Anstieg um mindestens zwei
GröĂenordnungen} konnte mit allen Komplexen im Vergleich zu Cu(II)-Cyclen
nachgewiesen werden. Ein Vergleich von Cyclen-Derivaten mit unterschiedlicher
KettenlÀnge zeigte die AbhÀngigkeit der AktivitÀt von der Anzahl der
CH2-Gruppen in der Alkylkette, wobei das Derivat mit dem lÀngsten Alkylrest
die höchste AktivitĂ€t zeigte. Obwohl ein Anstieg der AktivitĂ€t fĂŒr die Oxa-
Spezies erwartet wurde, konnte die höchste AktivitĂ€t aller Komplexe fĂŒr
Co(III)-Hexadecylcyclen nachgewiesen werden. Bemerkenswert war die
proteolytische AktivitÀt der Liganden, die vergleichbar war mit der AktivitÀt
der Komplexe. Weitere Nachforschungen sind notwendig, um Metallspuren als
Quelle dieser AktivitĂ€t auszuschlieĂen. FĂŒr HĂ€mproteine zeigte sich ein Abfall
der proteolytischen AktivitÀt ab einer bestimmten Komplexkonzentration,
wohingegen die SpaltaktivitĂ€t gegenĂŒber Proteinen ohne HĂ€mgruppe mit der
Konzentration der spaltenden Spezies steigt. Um diesen Sachverhalt zu klÀren,
werden derzeit Molecular Modeling-Studien durchgefĂŒhrt. Fragmente der Spaltung
von Myoglobin konnten mittels MALDI-TOF (Matrix-assisted laser
desorption/ionization time-of-flight) Massenspektrometrie nachgewiesen werden.
Eines dieser Fragmente kann einer Spaltung nahe der HĂ€mgruppe zugeordnet
werden. Die entsprechende Spaltstelle wurde bereits in der Literatur mit einem
anderen Cyclen-Derivat als erste Schnittstelle im Spaltprozess zugeordnet. Die
Ergebnisse dieser Untersuchungen lassen eine SchlĂŒsselrolle fĂŒr die HĂ€mgruppe
bei der Spaltung von HÀmproteinen vermuten. CytotoxizitÀtsstudien mittels MTT
(3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium-bromid)-Assay zeigten
einen deutlichen Anstieg der ToxizitÀt der Komplexe von 1-Dodecylcyclen im
Vergleich mit den entsprechenden Cyclen-Komplexen. Jedoch ist die ToxizitÀt
vergleichbar mit anderen Spezies, die derzeit als mögliche Alzheimer-
Therapeutika untersucht werden. Die kritische Mizellenkonzentration der
Komplexe wurde mit der Pyren 1:3-Methode untersucht, einer auf Fluoreszenz
basierenden Methode. Die ermittelten Werte liegen zwischen 0.04-0.47 mM} Die
hier dargestellten Ergebnisse, insbesondere die hervorragende SpaltaktivitÀt
der untersuchten Komplexe, legen weitere Studien mit amphiphilen
Cyclenderivaten nahe. Die alkylierten Cyclenkomplexe weisen eine deutlich
weniger komplexe Struktur auf als die meisten anderen kĂŒnstlichen Proteasen,
zeigen aber eine vergleichbare proteolytische AktivitÀt auf. Die gezielte
Spaltung pathogener Proteine könnte in Zukunft durch die EinfĂŒhrung selektiver
Gruppen ermöglicht werden