German Title: Selektive Markierung von Peptiden mit Organometallverbindungen - Chemische und Biologische Charakterisierung

Preview

PDF, English Download (15MB) | Terms of use

Abstract

The modification of peptides and proteins with transition metal compounds is a growing field of interest, since it provides biologically active substances with unique spectro-scopic properties, serving as valuable tools in diagnosis and therapy. In this work, new methods for the introduction of organometallic compounds into peptides have been pre-sented, using the pentapeptide [Leu5]-Enkephalin as a model target molecule, while ferrocene and cobaltocenium compounds served as metal markers. Preparation of enkephalin and the subsequent labelling with ferrocene- and cobaltoce-nium carboxylic acids were carried out using solid phase peptide synthesis (SPPS). These synthetic pathways comprised the introduction of the metal marker to the N-terminus, as well as to the side-chain of a 4-amino modified phenylalanine residue, yielding mono- and di-labelled species. The different properties of the metal compounds used demanded the combination of diverse linkers, resins and protecting groups. In the second synthetic part of this work, the binding of the metal fragment by the use of Sonogashira coupling, a Pd catalyzed cross coupling reaction, was evaluated. As a proof of concept, dipeptides containing a 4-iodo-phenylalanine were synthesized and different alkynylated ferrocene derivatives were successfully coupled. An enkephalin derivative was synthesized next where the natural phenylalanine was substituted by the 4-iodo-phenylalanine residue, to which the ferrocene-alkyne could be successfully coupled. To study the influence of the metal marker on the physiological properties of the target enkephalin molecule, the lipophilicity was determined for a selection of enkephalin compounds using a modern RP-HPLC method. In addition, the blood-brain-barrier permeation behaviour of selected compounds was tested. These transport experiments were conducted by means of porcine brain capillary endothelial cell (PBCEC) monolay-ers. It was found that the more lipophilic compounds showed higher permeation, as ex-pected for a passive diffusion mechanism.

Translation of abstract (German)

Die Kopplung von Übergangsmetall-Verbindungen an Peptide und Proteine verleiht diesen biologisch aktiven Substanzen einzigartige spektroskopische Eigenschaften, wel-che sie zu wertvollen Werkzeugen in Diagnose und Therapie machen. In dieser Arbeit wurden neue Methoden zur Einführung von Organometall-Verbindungen in Peptide entwickelt. Diese konnten an einem Pentapeptid, [Leu5]-Enkephalin, gezeigt werden, während Metallocenderivate als Metall-Marker zum Einsatz kamen. Die Synthese des Pentapeptids Enkephalin und die nachfolgende Markierung durch Fer-rocen- bzw. Cobaltoceniumcarbonsäure wurden mittels Festphasensynthese realisiert. Dabei konnten die Organometall-Gruppen sowohl an den N-Terminus als auch an die Seitenkette eines 4-Amino-modifizierten Phenylalanins gebunden werden. Die unter-schiedlichen Eigenschaften der jeweiligen Metallverbindungen erforderten den Einsatz einer Vielzahl verschiedener Harze, Linker und Schutzgruppen. Im zweiten Teil der Arbeit wurde mit der Sonogashira-Kopplung, einer Palladium-katalysierten Kreuzkopplung, eine weitere Methode zur Verknüpfung eines Biomole-küls mit einer Organometall-Verbindung vorgestellt. Diese Kopplungsreaktion veknüpft ein Iodaren und eine Alkinyl-Funktion und wurde zunächst an einer Reihe von Dipepti-den getestet, welche ein 4-Iodo-Phenylalanin enthielten. Nach erfolgreicher Kopplung einiger Ferrocen-Alkinyl-Verbindungen wurde diese Technik auf das Neuropeptid En-kephalin übertragen, das ebenfalls an der Phenylalanin-Seitenkette markiert werden konnte. Um den Einfluss des Metall-Markers auf die physiologischen Eigenschaften des Ziel-moleküls zu untersuchen, wurde die Lipophilie einer Reihe von Enkephalin-Derivaten mit einer modernen HPLC-Methode gemessen. Zusätzlich konnte die Blut-Hirn-Schranken-Permeabilität in einem in vitro Modell bestimmt werden, welches auf porzi-nen Hirnkapillar-Endothelzellen basiert. Hierbei zeigte sich eine bessere Permeabilität für Substanzen mit höherer Lipophilie, wie es für einen reinen Diffusionsmechanismus erwartet werden kann.