Synthese und biologische Evaluierung neurotropher Substanzkollektionen

Abstract

Neurodegenerative Erkrankungen und Krebs stellen trotz der stetigen Entwicklung neuer und moderner Therapieansätze eine große Herausforderung für die Medizin und verwandte Wissenschaften dar. Die Identifizierung von neuen wirkstoffähnlichen Verbindungen und therapeutisch zugänglichen Zielproteinen ist daher von großer Bedeutung. In dieser Arbeit wurden basierend auf dem Konzept der "Biologie-orientierten Synthese" (BIOS) zwei unterschiedliche naturstoffinspirierte Substanzkollektionen synthetisiert und biologisch auf ihre neurotrophen Eigenschaften und die Modulation der tumorrelevanten Wnt- und Hedgehog-Signalwege untersucht. Als Inspiration für das Design und die Synthese der ersten Substanzkollektion dienten die neuritogenen Pyridonalkaloide Farinoson A und Militarinon A. In Anlehnung an bekannte Totalsynthesen wurden zwei verschiedene Synthesestrategien entwickelt, die den Zugang zu derivatisierten Pyridon- und analogen Pyridinverbindungen ermöglichten. Die zweite Substanzkollektion wurde hingegen von den Gerüststrukturen verschiedener Iridoide inspiriert, die neben ihren neurotrophen Eigenschaften auch weitere biologische Aktivitäten aufweisen. Die Synthese dieser naturstoffinspirierten Kollektion erfolgte mit Hilfe einer Samariumdiiodid-vermittelten Pinakol-Cyclisierung als strategisches Syntheseelement. Beide Substanzkollektionen wurden nachfolgend in verschiedenen zellbasierten Tests auf ihre neurotrophen Eigenschaften und die Modulation der Wnt und Hedgehog-Signalwege untersucht. Während die Iridoid-inspirierte Substanzkollektion keine aktiven Verbindungen in den genannten Tests lieferte, konnten in der Militarinon-inspirierten Substanzkollektion drei Pyridone identifiziert werden, die das Neuritenwachstum in SH-SY5Y Zellen bei einer Konzentration von 10 μM um bis zu 80% erhöhten. Mit Hilfe von biochemischen Untersuchungen und Proteinkristallisation konnten die neuritogenen Substanzen als kompetitive MAP4K4-Inhibitoren klassifiziert werden. Des Weiteren wurden in dieser Substanzkollektion mehrere Pyridin-basierte Verbindungen identifiziert, die den Wnt und Hedgehog-Signalweg inhibierten. Zur Identifizierung von potentiellen Zielproteinen dieser Pyridinderivate erfolgte die Synthese von molekularen Affinitätssonden, die nachfolgend in Proteomprofilierungsexperimenten eingesetzt wurden. Diese Experimente lieferten primär vier Proteine, die mit Hilfe von biochemischen Methoden weiter untersucht werden.