Studien zur Optimierung der pharmakologischen Eigenschaften von GE81112A
Creators: name: Fayad, Scherin
Publisher: name: Hannover : Institutionelles Repositorium der Leibniz Universität Hannover
Year: 2024
Subjects: subject: GE81112A
subject: Tetrapeptide
subject: Bioactivity
subject: Gram-negative pathogens
subject: OBO orthoester
subject: SAR studies
subject: Pharmacokinetics
subject: Plasma residence time
subject: Tetrapeptid
subject: Bioaktivität
subject: gramnegative Erreger
subject: OBO-Orthoester
subject: SAR-Studien
subject: Pharmakokinetik
subject: Plasma-Halbwertszeit
subject: enthält Forschungsdaten
subject: contains research data
subject: Dewey Decimal Classification::500 | Naturwissenschaften

description: Diese Forschungsarbeit widmet sich dem Naturstoff GE81112A, einem hoch-funktionalisierten Tetrapeptid mit interessanter Bioaktivität und großem Potenzial zur Bekämpfung gramnegativer Pathogene. Ein zentraler Schwerpunkt lag auf der Optimierung der Bausteinsynthesen der ersten Generation, wobei durch die OBO-Orthoester-Route eine stereoselektive Synthese der 3-Hydroxypipecolinsäure erreicht werden. Die nicht stereokontrollierte Synthese des Schlüsselintermediats nach der ersten Generation der Totalsynthese des Natur-stoffs wurde signifikant verbessert. Allerdings hatte die OBO-Orthoester-Methode Nachteile hinsichtlich der Säurelabilität und Lagerstabilität. Die optimierten Routen waren insgesamt essenziell für die Hochskalierung und Derivatisierung des Naturstoffs. Im Rahmen der SAR-Studien wurde ein Alaninscan durchgeführt, der zeigte, dass der Ersatz von Aminosäuren durch Alanin zu einem vollständigen Verlust der antibiotischen Wirksamkeit führte. Anschließend wurden strukturelle Motive der zweiten Amino-säure identifiziert, um das Molekulargewicht zu reduzieren. Die getesteten Derivate zeigten jedoch ebenso einen vollständigen Aktivitätsverlust. Des Weiteren wurden strukturelle Veränderungen an anderen Positionen der Naturstoff-Leitstruktur vorgenommen, um eine günstige Gewebeverteilung zu erreichen. Ein hergestelltes Phenylthreoninderivat zeigte schließlich keine inhibitorische Aktivität. Ziel war auch die Optimierung der pharmakokinetischen Eigenschaften des Naturstoffs, insbesondere die Halbwertszeit im Plasma, wofür hydrophobe Tags reversibel an das Tetrapeptid gebunden wurden. Die vielversprechendsten Esterderivate zeigten hohe Proteinbindungen, erhöhte LogD-Werte und gewährleisteten die metabolische Stabilität des Naturstoffs. Allerdings konnten lediglich geringe Halbwertszeiten im Plasmastabilitätsassay nachgewiesen werden. Der Naturstoff erwies sich als hochkomplexes Molekül mit begrenztem Optimierungsspielraum, wobei die ursprüngliche Struktur die höchste Bioaktivität nachweisen konnte. Dennoch bietet die Prodrug-Strategie eine Möglichkeit zur Entwicklung potenzieller Wirkstoff-kandidaten für weitere in vivo-Studien.
description: This research work focuses on the natural product GE81112A, a highly functionalized tetrapeptide with interesting bioactivity and significant potential for combating gram-negative pathogens. A central objective was the optimization of building block syntheses from the first generation. The established OBO-orthoester route enabled the stereoselective synthesis of 3-hydroxypipecolic acid. The non-stereoselective synthesis of the key intermediate was significantly improved. However, the OBO-orthoester approach had drawbacks in terms of acid lability and storage stability. Nevertheless, the optimized routes were essential for scaling up and derivatizing the natural product. During the SAR studies, an alanine scan was conducted, revealing that replacing amino acids with alanine led to a complete loss of antibiotic activity. Subsequently, specific structural motifs of the second amino acid were identified to reduce the molecular weight, but the tested derivatives showed a complete loss of activity. Furthermore, additional structural modifications were made at other positions of the natural product scaffold to achieve favorable tissue distribution. However, a phenylthreonine derivative produced showed no inhibitory activity against the tested bacterial strains. Another goal was to optimize the pharmacokinetic properties of the natural product, particularly the plasma residence time. For this purpose, hydrophobic tags were reversibly linked to the tetrapeptide. The most promising ester derivatives exhibited high protein binding, increased LogD values, and ensured the metabolic stability of the natural product. However, they failed to demonstrate the expected high half-life in the plasma stability assay, thus rendering them unsuitable as potential prodrug candidates for further in vivo studies. The natural product proved to be a highly complex molecule with limited room for optimization, as its original structure remained the highest active species against gram-negative bacteria. However, the prodrug approach presents an avenue for further development to address the challenge of tissue distribution. Ideally, this could enable the natural product to be utilized as an effective medication in infections caused by gram-negative pathogens.