title: Development Of Organometallic Inhibitors For Nucleotide-Binding Enzymes
title: Entwicklung Metallorganischer Inhibitoren Für Nukleotid-Bindende Enzyme
Creators: name: Streib, Manuel
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2014
Subjects: Hydrolase
8-Oxo-dGTPase
Chemie
8-oxo-dGTPase
Rutheniumverbindungen
Ruthenium
MTH1
Inhibitor
Enzyminhibitor
Rutheniumorganische Verbindungen

description: The synthesis of selective
      inhibitors represents a fundamental field of medicinal
      chemistry. In contrast to many other groups who prepare
      purely organic compounds with biological activity, MEGGERS et
      al. have been focusing on organometallic compounds as enzyme
      inhibitors. These compounds comprise a pharmacophore ligand,
      a metal center and various ligands to fulfill the remaining
      coordination sites. The resulting inert and rigid metal
      complexes show some interesting features: the pharmacophore
      ligand plays a major role for the inhibitor recognition, the
      metal center allows the design of a sophisticated
      architecture through its ability to act as an octahedral
      center overcoming the limitations of the usual tetrahedral
      geometry of purely organic molecules. The vast number of
      potential ligands around the metal center gives rise to a
      highly diverse library of compounds which can be tailored in
      a rather easy fashion. Up to now this concept has been proven
      successful for protein kinases and hence a series of highly
      potent and selective, competitive inhibitors were published
      by our group. In order to prove the generality of this
      successful strategy, its transfer to new target enzymes was
      envisioned. The kinome constitutes a fraction of a larger
      ensemble of proteins, the so-called purinome. These enzymes
      share a common feature, their ability to bind purine-based
      nucleotides within their active sites. This thesis describes
      the approach to obtain competitive, organometallic inhibitors
      of nucleotide-binding proteins by mimicking the
      overall-structure of purine nucleotides. At the beginning a
      bidentate pharmacophore ligand, 8-(2-pyridyl)adenine was
      synthesized and its coordination chemistry with different
      metal centers was investigated. One of these metal complexes,
      a Ruthenium half-sandwich complex with a cyclopentadienyl and
      a carbonyl ligand, was chosen as nucleotide probe for further
      examination. It was screened against a panel of kinases and
      ATPases and showed a good selectivity profile. One of the
      screening hits of the ATPase panel was chosen as target
      enzyme: MTH1 is a pyrophosphatase, which is involved in the
      DNA repair machinery related to oxidative damage. The purine
      based Ruthenium half-sandwich complex exhibited an IC50 of
      151 µM against MTH1. A crystal structure of the inhibitor
      bound within the active site of MTH1 was obtained. A second
      pharmacophore scaffold was developed,
      6-(2-pyridyl)quinazolin-4-amin, and with its respective
      Ruthenium half-sandwich complex the IC50 could be improved by
      two orders of magnitude. Therefore this quinazoline based
      complex was chosen as a new lead structure. SAR
      investigations were performed by modifying both the
      cyclopentadienyl and the pharmacophore ligand separately. The
      affinity towards MTH1 was steadily improved and the
      combination of the best modifications led to a single-digit
      nanomolar MTH1 inhibitor with an excellent selectivity
      profile in an extended kinase and ATPase panel. To understand
      the high affinity of this inhibitor, it was co-crystallized
      with MTH1. The resulting co-crystal structure gave an insight
      of the inhibitor binding within the active site and allowed
      the discussion of important inhibitor enzyme
      interactions.
description: Die Arbeitsgruppe MEGGERS befasst
      sich unter anderem mit der Untersuchung inerter
      Metallkomplexe als potente und selektive Enzyminhibitoren. Im
      Fokus der Forschung lag zunächst die Familie der Protein- und
      Lipidkinasen, der größten Enzymklasse im menschlichen Körper.
      Hier konnte eindrucksvoll gezeigt werden, dass Metallkomplexe
      mit dem Pyridocarbazol-Pharmakophorliganden, die sich
      strukturell vom Naturstoff Staurosporin, einem potenten, aber
      unselektivem Kinaseinhibitor ableiten, ebenfalls potente,
      aber zudem hochselektive Inhibitoren darstellen können. Die
      Verwendung von Chinolinmaleimid-, Pyridylnaphthalimid- und
      Pyridylphthalimid-Pharmakophorliganden zur Darstellung von
      Kinaseinhibitoren stellte einen ersten Schritt zur Aufweitung
      dieses Konzepts dar. Um seine Allgemeingültigkeit zu
      untersuchen ist die Adressierung weiterer Enzymklassen
      Gegenstand aktueller Forschung. Da die genannten
      Metallkomplexe allesamt ATP-kompetitive Inhibitoren
      darstellen, liegt der Schluss nahe, dass andere
      Nukleotid-abhängige Enzyme ebenfalls potentielle Ziele
      darstellen können. Um dieses Vorhaben zu realisieren,
      erfolgte die Darstellung von Metallkomplexen, deren
      Ligandendesign sich nicht von der Struktur des Staurosporins
      ableiten, sondern von der Struktur der Nukleotide, da diese
      die natürlichen Co-Substrate dieser Enzymklasse darstellen.
      Die vorliegende Arbeit beschäftigte sich mit dem Design und
      der Synthese der Pharmakophorliganden und Untersuchungen zur
      ihrer Koordinationschemie mit verschiedenen Metallfragmenten.
      Die Koordination des Metalls erfolgte dabei über verschiedene
      Bindungsmodi, beispielsweise durch Koordination nach
      Deprotonierung eines sekundären Amins oder C-H-Aktivierung.
      Nach Identifizierung eines interessanten Zielproteins, MTH1,
      wurden durch Modifikationen sowohl am Pharmakophorliganden,
      als auch an den restlichen Liganden, eine Untersuchung der
      Struktur-Aktivitäts-Beziehung durchgeführt. Diese wurden
      gemeinsam mit kristallographischen Daten zur Optimierung der
      Bindungseigenschaften der Inhibitoren genutzt. Zur
      Verdeutlichung der Vorteile dieses Konzepts wurde eine
      abschließende Abschätzung bezüglich der Selektivität eines
      ausgewählten Inhibitors herangezogen.