title: Controlling cellular assembly with supramolecular interactions for the regulation of functional aggregates
Creators: name: Oliveira Sequeira, André
Publisher: name: :none
Year: 2024

description: Die Entwicklung der Biomedizin im 21. Jahrhundert ermöglichte das Aufkommen neuer Therapien verwenden Probiotika in der biopharmazeutischen Produktion und Lieferung, alternativ zur traditionellen Verwendung von kleinen Molekülen als aktive Wirkstoffe. Zellbasierte Therapien können Vorteile wie, reduzierte Zytotoxizität, längere Halbwertszeiten von Medikamenten und bedarfsgesteuerte biopharmazeutische Produktion bieten. Trotz bedeutender Fortschritte auf diesem Gebiet sind die geringe Produktionsrate der zielgerichteten Arzneimittel und eine schlechte lokale Arzneimittelverabreichung Nachteile. Durch die Entwicklung von Strategie, die eine Verbindung zwischen zellulären Aggregation und Arzneimittelproduktion und -lieferung herstellen, ist es möglich einige der genannten Nachteile zu adressieren. In diesem Manuskript wollen wir das Pheromon-Liganden:Rezeptor (P-Faktor:Mam2)-System nutzen, das im Paarungsprozess der Spalthefe verwendet wird, um gleichzeitig die Expression therapeutischer Proteine und die 3D-zelluläre Assemblierung auszulösen, nach effizienter Funktionalisierung des Liganden. Es wird angenommen, dass die letztgenannte Modifikation die zelluläre Kontaktbildung und die biopharmazeutische Produktion mit externen Reizen steuern kann. Im zweiten Kapitel wird die Verwendung des Pheromon-P-Faktors als biotische Komponente des künstlichen Liganden erörtert, der bei der intelligenten reversiblen 3D-Zellanordnung verwendet wird, aufgrund seiner Fähigkeit, an Zellmembranrezeptoren zu binden. Dadurch können die an das Peptid gebundenen Bausteine für interzelluläre nichtkovalente Wechselwirkungen nach außen freigelegt werden. Folglich kann eine interzelluläre Wirt-Gast-Erkennung stattfinden, die durch supramolekulare Brückenbildung die gewünschte zelluläre Anordnung ermöglicht. Daher wurde in diesem Kapitel die Konformation des P-Faktors in Lösung und beim Auftreffen auf den Rezeptor mithilfe von Molekulardynamik- und Docking-Ansätzen simuliert. Anschließend wurde die Peptidsequenz modifiziert und die ligandenaktivierten Signaltransduktionsaktivitäten des funktionalisierten Pheromons bewertet. Abschließend wurde die 3D-Struktur des Zellsystems in Gegenwart des letztgenannten Biotin-modifizierten Peptids mit Streptavidin im Zellmedium bewertet. Kapitel 3 konzentriert sich auf die Untersuchung des photoreversiblen Wirt-Gast-Einschlusskomplexes, der ausgewählt wurde, um die zellulären Kontakte zu regulieren. Für dieses Promotionsprojekt haben wir die heteroternäre supramolekulare Erkennung ausgewählt, die den Photoswitch Azobenzol und Methylviologen als Gast sowie Cucurbit[8]uril als Wirt enthält. Wir haben unter wässrigen Bedingungen mit analytischen Techniken (NMR, MS und ITC) die Wirksamkeit des ausgewählten supramolekularen Systems bei der Bildung und Auflösung untersucht, nachdem die Isomerisierung des beteiligten Gastmoleküls durch photoinduzierte Wechselwirkung ausgelöst wurde. Es ist vorgesehen, dass beide Gäste an den P-Faktor gebunden werden, um zwei Arten künstlicher Liganden zu erzeugen. Wenn dann jeder Ligand an der Oberfläche verschiedener Zellpopulationen angebracht wird (nachdem der P-Faktor vom Rezeptor erkannt wurde), kann die gewünschte Zellassemblierung durch Cucurbituril als supramolekulare „Handschellen“ zur interzellulären Brückenbildung erfolgen. Durch Anwendung eines externen Stimulus ist es möglich, die Bildung und Auflösung der zellulären Kontakte zu kontrollieren, indem die Photoisomerisierung der Azobenzolgruppe und ihre Ablösung vom Komplex induziert wird.
description: The development of biomedicine in the XXI century allowed the emergence of new therapies using probiotics in biopharmaceutical production and delivery, alternatively to the traditional use of small molecules as active ingredients. Cell based therapies can provide reduced cytotoxicity, longer drug half-life and on-demand biopharmaceutical production. Despite significant advances in the field, the low production rate of the targeted pharmaceuticals and poor local drug delivery are drawbacks. Those can be overcome by linking cellular aggregation with pharmaceutical production and delivery. In this manuscript, we want to exploit the pheromone ligand:receptor (P-factor:Mam2) fission yeast system as the trigger for simultaneous therapeutic protein expression and cellular assembly, after efficient functionalisation of the ligand. It is envisioned that the latter modification can control the cellular contact formation and the biopharmaceutical production with external stimuli. In Chapter 2 it is discussed the use of the pheromone P-factor in smart reversible 3D cellular assembly, due to its ability to bind on cell membrane receptors. The assembly moieties attached on the peptide can be externally exposed for intercellular non-covalent interactions, producing the cellular contacts through supramolecular bridging. In this regard, conformational insights concerning P-factor in solution and upon interaction with the receptor were obtained with molecular dynamics and docking approaches. Considering these results, P-factor was functionalised, and the ligand-activated signal transduction assessed. Finally, the 3D assembly of the cellular system was evaluated in the presence of the latter peptide modified with biotin, with streptavidin located in the cellular media. Chapter 3 focuses on the study of the photoreversible host-guest inclusion complex chosen to regulate the cell assembly. We selected the heteroternary supramolecular recognition containing the photoswitch azobenzene (AB) and methyl viologen as guests; and cucurbit[8]uril as the host. We investigated in aqueous conditions, using analytical techniques (NMR, MS and ITC), the effectiveness of the chosen supramolecular system in forming and dissociating, upon AB photoisomerisation. Both guests are envisioned to be attached on P-factor, creating two types of artificial ligands which can be added to different cellular populations and trigger aggregation, using cucurbituril as a supramolecular “hand-cuf” to intercellularly bridge the cells. By applying an external stimulus it is possible to control the formation and disruption of the cellular contacts.