Synthesis and Evaluation of Novel Modulators of the Ceramide Transfer Protein
Creators: name: Wilde, Max Uwe
Publisher: name: Humboldt-Universität zu Berlin
Year: 2023
Subjects: subject: PROTAC
subject: CERT
subject: Sphingolipid
subject: Dissertation
subject: Lipid Transporter
subject: SAR
subject: 547 Organische Chemie

description: Das Ceramid Transfer Protein (CERT) ist einer der geschwindigkeitsbestimmenden Proteine in der de novo Biosynthese von Sphingomyelin. Es ist verantwortlich für den nicht-vesikulären Transfer von Ceramid vom Endoplasmatischen Retikulum zum Golgi-Apparat. Die Inhibition von CERT wird als potenzielle Behandlung für Krankheiten wie Infektionen, Krebs oder Gain-of-Function-Mutationen des CERT Gens diskutiert. Kürzlich, wurde Lomitapide als potenter Inhibitor des CERT-vermittelten intermembran-Transfers identifiziert. Im ersten Teil dieser Arbeit wird die Synthese von Lomitapide Derivaten mit verbesserter Wirksamkeit und Selektivität präsentiert. Die synthetisierten Analoga wurden in vitro mithilfe eines liposomalen Transferassays auf ihre Inhibition der CERT-Transferaktivität getestet. Zusätzlich konnte durch die Messung des Ceramid-Sphingomyelin-Verhältnisses nach Inhibitor Behandlung die Aktivität in cellulo bestätigt werden. Die Selektivität gegenüber dem Mikrosomalen Triglycerid Transfer Protein (MTP) wurde durch Messung der MTP-vermittelten Sekretion von apoB ermittelt. Unter den synthetisierten Analoga zeigten einige verbesserte CERT-Transfer Inhibition und niedrigere Inhibition der apoB Sekretion, sogar bei fünffacher Konzentration verglichen mit Lomitapide. Obwohl die Bewertung der biologischen Aktivität noch im Gange ist, wurde eine vorläufige Struktur-Aktivitäts-Beziehung etabliert. Es wurden strukturelle Bestandteile identifiziert, die wichtig für die CERT-Inhibition sind und andere welche variabel sind, um die Wirksamkeit und Selektivität in Zukunft noch weiter zu steigern. Der zweite Teil dieser Arbeit beschreibt die Synthese von Lomitapide-basierten proteolysis targeting chimeras (PROTACs) für CERT. PROTACs haben sich im letzten Jahrzehnt zu einem vielversprechenden therapeutischen Ansatz entwickelt und mehrere potenzielle Wirkstoffe hervorgebracht. PROTACs sind heterobifunktionale Moleküle, die sich den zellulären Weg der Proteinzersetzung zunutze machen, indem sie das gewünschte Protein zur Zersetzung markieren. Es wurde eine erste Serie von CERT PROTACs mit vielversprechender Abbauwirkung synthetisiert, welche eine bevorzugte Zersetzung von CERT aber nicht CERTL andeuten. CERTL ist eine längere Spleiß-Variante, welche vornehmlich im Herz, Gehirn und den Skelettmuskeln exprimiert wird. Eine zweite Serie von PROTACs mit variierter Linker Kettenlänge wurde synthetisiert. Untersuchung des Einflusses auf die apoB Sekretion aus HepG2 Zellen zeigte sogar bei 50-facher Konzentration einen niedrigeren Einfluss auf diese als Lomitapide.
description: The ceramide transfer protein (CERT) is one of the rate-limiting proteins in the de novo biosynthesis of sphingomyelin, facilitating the non-vesicular transfer of ceramide from the Endoplasmic Reticulum to the Golgi-apparatus. Inhibition of CERT has been proposed as a potential treatment for pathogenesis like infectious diseases, cancer, or disease-causing gain-of-function mutations within the CERT gene. Recently Lomitapide has been identified as a potent inhibitor of CERT-mediated intermembrane transfer. In the first part of this thesis, the synthesis of Lomitapide derivatives with improved potency and selectivity is presented. The synthesized analogs were tested in vitro for their inhibition of CERT-transfer using a liposomal transfer assay. Additionally, the activity could be confirmed in cellulo by monitoring the ceramide-sphingomyelin-ratio after inhibitor treatment. Selectivity against the microsomal triglyceride transfer protein (MTP) has been determined by monitoring the MTP-mediated cellular secretion of apoB. Among the synthesized analogs, several showed improved CERT-transfer inhibition and lower inhibition of apoB secretion even at five-fold higher concentrations compared to Lomitapide. Although the biological evaluation is still underway, a preliminary structure-activity-relationship has been established and identified structural motifs important for CERT inhibition and modifiable moieties to increase potency and selectivity even further in the future. The second part of the thesis describes the synthesis of Lomitapide-based proteolysis targeting chimeras (PROTACs) for CERT. PROTACs have evolved in the last decade as a promising therapeutic technique and resulted in the development of several drugs which are currently in clinical trials. PROTACs are heterobifunctional small molecules that mediate the degradation of the target protein by hijacking the cellular proteasomal pathway. A first series of synthesized CERT PROTACs showed promising preliminary results for CERT degrader activity and indicated a preferred degradation of CERT over CERTL, a longer splicing variant expressed in the heart, brain, and skeletal muscles. Motivated by this a second generation of PROTACs with varying linker chain lengths was synthesized. Investigation of their inhibition of apoB secretion from HepG2 cells revealed lower activity on secretion than Lomitapide even at 50-fold concentrations for a set of CERT PROTACs.