title: Synthesis, conformational investigations and applications of alpha-peptides containing cis-beta-aminocyclopropane dicarboxylic acids
Creators: name: De Pol, Silvia
Publisher: name: Universität Regensburg
Year: 2007
Subjects: subject: Aminosäureanaloga , Aminosäuren , Neuropeptid Y , Konformationsanalyse , RGD-Sequenz , Konformation , Chemische Synthese , Aminocyclopropancarbonsäure , konformativ eingeschränkte Aminosäuren , beta-amino acids , conformationally restricted amino acids , foldamers , neuropeptide Y , RGD
subject: 540 Chemie

description: In this work different alpha-peptides containing two enantiomers of cis-β-amino cyclopropane carboxylic acid (β-ACC) were synthesized in order to extend our knowledge regarding their conformational preferences. Alternated peptides alpha-L-Xaa-β-ACC were synthesized and their conformations were investigated by IR, CD and NMR spectroscopy. Short alpha-L-Ala-β-ACC alternated peptides in a polar solvent like methanol adopt well defined helical secondary structures. When one enantiomer was incorporated, the peptides showed a 313 helix turn involving a hydrogen-bond between the NH of the first β-ACC and the C=O of the following β-ACC unit. The CD spectrum corresponding to this structure shows a minimum at about 200 nm. CD spectra, which were measured in different solvents such as trifluoroethanol or hexafluoroaceton and in methanol with different amounts of water, suggest that the stability of the 313 helix-turn is strongly dependent on the environment. The NMR data obtained from the analogues containing the other enantiomer of β-ACC display a structure, which is less well defined. There is likely a set of conformers which rapidly interconvert on the NMR timescale. CD investigations in different solvents show patterns that are almost solvent independent. The solvents investigated are probably not able to stabilize one conformation with respect to another one. In the second part of this PhD work, β-ACC units were used as building blocks in biological active analogues of neuropeptide Y and RGD peptides, inducing a particular spatial orientation of important side chains for the interaction. Some β-ACC containing peptides are found to be able to enhance the biological affinity to the corresponding receptor. Conformational investigation on them allowed us to collect more information about the active conformation being responsible for the binding or at least on the conformation that is recognized by the receptor. Cyclic pentapeptides containing the typical integrin recognition sequence Arg-Gly-Asp were synthesized and their affinities to the alphaVbeta3 receptor were investigated. The alphaVbeta3 integrin receptor subtype plays an important role in many physiological events and it is a potential pharmaceutical target for treatment of several diseases including tumors. The stereochemistry of the β-ACC moiety is decisive for the receptor affinity. One pentapeptide is found to have a higher affinity compared to the reference peptide c(Arg-Gly-Asp-D-Phe-Val). Conformational NMR investigation on this peptide shows the Arg-Gly-Asp segment in the positions i to i+2 of a type II� β-turn in which the β-ACC moiety occupies the position i+3. The introduction of the β-ACC moieties in the C-terminal dodecapeptide of the NPY, at the position 10 (position 34 corresponding to the full length NPY) led to a shorter NPY analogue which is able to bind the Y1 NPY receptor subtype with good affinity and selectivity. The secondary structure of the most selective analogue was investigated by 2D NMR in the presence of micelles that mimic the cell membrane, in order to gain information about the conformation that is recognized by the Y1 receptor subtype after the absorption step on the cell membrane. The observed secondary structure, differs substantially from the conformation present in the C-terminal part of the full length NPY, both from the helical structure found in solution in the presence of micelles, and from the typical PP-fold that has a flexible C-terminus. The N-terminus of the peptide shows an amphiphilic helix that exposes hydrophobic side chains on one side, presumably forming the micelle-binding interface. At the C-terminus, the β-ACC moiety interrupts the helix and induced a turn-like structure. This conformation could be responsible for a particular orientation of the key side chains for the receptor recognition leading consequently to receptor selectivity.
description: Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden die beiden Enantiomere der cis-β-Amino cyclopropancarbonsäure (β-ACC) in verschiedene Peptide eingebaut und deren Konformation mit Hilfe von IR, CD und NMR Spektroskopie untersucht. Alternierende alpha-Aminosäuren-β-ACC zeigen eine helicale Konformation. Die alternierenden Hepta- und Nonapeptide aus L-Alanin und einem Enantiomer von β-ACC, bilden helicale Strukturen in polaren Lösungsmitteln wie Methanol. Sie zeigen eine 313-Helix, wobei eine Wasserstoffbrückenbindung zwischen dem NH der ersten β-ACC und dem C=O der folgenden β-ACC Einheit gebildet wird. Das CD Spektrum dieser Struktur zeigt ein Minimum bei etwa 200 nm. CD Spektren in verschiedenen Lösungsmitteln, wie zum Beispiel Trifluorethanol oder Hexafluoraceton und Methanol mit verschiedenen Konzentrationen von Wasser zeigen, dass die Stabilität der 313 Helix, welche man in Methanol findet, stark von deren Umgebung abhängt. Die helicalen Strukturen des alternierenden Heptapeptids und Nonapeptids aus L-Alanin und des anderen Enantiomers von β-ACC sind weniger gut strukturiert. Die helicalen Bereiche stehen wahrscheinlich zum Teil im Gleichgewicht mit gestreckten Konformationen. CD Untersuchungen in verschiedenen Lösungsmitteln zeigen Muster, die fast Lösungsmittel unabhängig sind. Die verwendeten Lösungsmitteln konnten wahrscheinlich keine bestimmte Konformation stabilisieren. Der zweite Aufgabenbereich dieser Dissertation beschäftigte sich mit dem Einbau von β-ACC in Neuropeptid Y und RGD Peptid Analoga. Die räumliche Orientierung der Seitenketten ist entscheidend für die Wechselwirkung mit den entsprechenden Rezeptoren. Der Einfluss der β-ACC Substitution wurde untersucht. Zyklische Pentapeptide, die die typische Integrin Erkennungs-Sequenz Arg-Gly-Asp enthalten, wurden synthetisiert und ihre Aktivität zu alphaVbeta3 Rezeptoren untersucht. Der alphaVbeta3 Integrin Rezeptor spielt eine wichtige Rolle in vielen physiologischen Funktionen und ist ein potenzielles pharmazeutisches Target bei der Behandlung von verschiedenen Krankheiten, einschließlich Krebs. Die absolute Konfiguration des β-ACC-Bausteins ist entscheidend für die Rezeptoraffinität. Ein Pentapeptid besitzt eine höhere Affinität am alphaVbeta3 Integrin Rezeptor als das in der Literatur bekannte Peptid c(Arg-Gly-Asp-D-Phe-Val). NMR Untersuchungen zeigten die Arg-Gly-Asp Sequenz in den Positionen i,i+2 des type II� β-turn. Der Beta-ACC-Baustein besitzt die Position i+3. Der Einbau eines β-ACC-Baustein im C-terminalen Fragment NPY (25-36) in der Position 10 bindet am Y1-Rezeptor mit hoher Affinität und Selektivität. 2D NMR Untersuchung in Micellen, welche Zellmembranen nachahmen, zeigen eine amphiphilische helicale Konformation im N-terminalen Teil. Die beta-ACC-Einheit scheint im C-terminalen Teil eine Turn-Struktur zu stabilisieren. Diese Konformation könnte verantwortlich für eine besondere Orientierung der für die Rezeptorerkennung wichtigen Seitenketten sein, und deshalb auch für die Rezeptorselektivität.