The Spindle Assembly Checkpoint (SAC) delays the onset of anaphase in response to unattached kinetochores. The mechanism by which the SAC works is by inhibiting the activity of the Anaphase-promoting complex/cyclosome (APC/C), a large E3 ubiquitin ligase that targets several anaphase inhibitors for proteasome-mediated degradation, including securin and cyclin B. When the SAC is satisfied, the APC/C becomes active and this allows progression through the cell cycle. Work from the last decade identified the mitotic checkpoint complex (MCC) as the main transducer of the SAC. The MCC is composed of BubR1, Bub3, Mad2 and Cdc20 and it is a very potent inhibitor of the APC/C. When the SAC is active, the MCC binds the APC/C and it inhibits its activity. Once the SAC is satisfied, the MCC becomes disassembled, which allows APC/C activation and mitotic progression. However, the mechanisms that dictate MCC assembly and how it inhibits the APC/C remain to be understood. Here, I used a combination of cell biology and in vitro biochemistry to investigate the mechanism by which the MCC component BubR1 participates in the SAC. My data shows that through its interaction with Bub3, BubR1 localises to kinetochores and this event greatly facilitates its assembly onto the MCC and its SAC function. On the other hand, MCC formation and APC/C binding were only dependent on BubR1's N-terminus, therefore questioning the existence of a second Cdc20 binding site. Within this region, TPR domains and an N-terminal motif known as the KEN box (KEN1) mediates these interactions. By contrast, BubR1's second KEN box (KEN2) does not participate in MCC assembly or APC/C binding. However, both in cells and in vitro, the KEN2 box is required for APC/C inhibition. Indeed, I show that this second KEN box promotes SAC function by blocking the interaction of the APC/C with its substrates. Thus, both KEN boxes in BubR1 participate differentially in the SAC, the first to promote MCC assembly and the second one to block substrate recruitment to the APC/C.In addition, I investigated the mechanisms that mediate MCC inactivation, following SAC silencing. I observed that p31comet and APC/C activity cooperate to promote MCC turnover. The implication of these observations in our understanding of the SAC is discussed.

Heparanase (Hpa1) is an enzyme overexpressed in nearly all cancers, typically at the tumour growth front. It cleaves proteoglycan heparan sulfate (HS) chains to release growth factors necessary for tumour growth. While some carbohydrate-based mimetic inhibitors have progressed to advanced clinical trials, new inhibitors and tools to further investigate heparanase are of continued interest. This thesis proposes a HS mimetic trisaccharide sequence that can bind Hpa1 and is suitable both for biological evaluation and inhibitor development. Synthetic work was then undertaken toward the progression of this moiety. Exploring building blocks applicable to the trisaccharide, conformationally-locked glucose derivatives were developed. This included the introduction of a conformational switch that resulted in the isolation of constrained half-chair conformers. The synthetic work toward trisaccharide formation also evaluated the utility of 1,2-cyclohexane-diacetal as a protecting group with glucuronic acid. The disarming qualities of these moieties were assessed, leading to the development of alternate routes. A more linear approach resulted in the formation of important disaccharide building blocks that contribute toward the synthesis of the core trisaccharide, including isolated 1,2-orthoesters. Further development of the chemistry established herein should allow for the formation of the desired core trisaccharide, while contributions have additionally been made toward its tool functionalisation and use in multivalent schemes.

Die Spaltung verschiedener Zuckerverbindungen ist ein elementarer Vorgang in allen Lebewesen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Enzyme untersucht, die Saccharose, einen wichtigen Energieträger und Botenstoff, in Fructose und Glucose spalten. Sie liefert einen umfassenden Überblick saccharosespaltender Enzyme und deren Inhibitoren, der erstmals die Gebiete der β-Fructofuranosidasen und der α-Glucosidasen vereinigt. Invertasen (β-Fructofuranosidasen, Abspaltung der Fructose) spielen eine zentrale Rolle im Metabolismus der Pflanzen und werden auf vielfältige Art und Weise reguliert. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Veränderungen in der Aktivität durch verschiedene Einflüsse in vitro untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Temperaturoptima der Invertasen erstaunlich hoch liegen. Das Verhalten der getesteten alkalischen / neutralen Invertase aus Lolium temulentum unterschied sich bei vielen Tests von dem der anderen eingesetzten Invertasen. Auch in Tieren bzw. im Menschen sind saccharosespaltende Enzyme, hier bezeichnet als Sucrasen bzw. α-Glucosidasen (Abspaltung der Glucose), an vielen wichtigen Vorgängen beteiligt, etwa der Glykosilierung von Proteinen oder der Verdauung. Die humane Sucrase-Isomaltase aus dem Dünndarm ist ein Target in der Diabetestherapie. Erstmals konnte die humane Sucrase als aktive Untereinheit in der Hefe Pichia pastoris exprimiert werden. Neben den Enzymen selbst wurden das Wirkspektrum und die Wirkstärke verschiedener Inhibitoren untersucht. Dabei konnte festgestellt werden, dass Acarbose, ein Pseudotetrasaccharid, das in der Diabetestherapie verwendet wird, auch pflanzliche Invertasen hemmt. Die in ihrer Struktur zueinander sehr ähnlichen Iminozucker DMDP, Miglitol und Calystegin B2 unterschieden sich erheblich in ihrer Hemmaktivität. DMDP ist dabei am potentesten, Miglitol führt teilweise zu einer erhöhten Invertaseaktivität und Calystegin B2 verfügt nur über ein beschränktes Hemmspektrum. Pflanzliche proteinogene Invertaseinhibitoren hemmten auch die humane Sucrase und die Hefeinvertase; wurden die Inhibitorproteine in P. pastoris exprimiert und dabei glykosiliert, hatten sie keine Hemmaktivität. Als einziger Inhibitor zeigte Miglitol der getesteten alkalischen / neutralen Invertase gegenüber ein Verhalten, das als selektiv bezeichnet werden kann, da die Hemmung mit Konzentrationen, die um den Faktor 1000 niedriger waren als bei anderen Invertasen, eintrat. Für die Suche nach neuen Inhibitoren wurden ein Screening und eine Literaturrecherche zum Thema Pflanzen in der Diabetestherapie bzw. pflanzliche Glucosidasehemmstoffe durchgeführt. Die Literaturrecherche weist darauf hin, dass eine große Anzahl an Pflanzen potentielle Wirkstoffe beinhalten könnte. Das Screening nach neuen Hemmstoffen wurde größtenteils mit Pflanzenextrakten aus der Traditionellen Chinesischen Medizin durchgeführt. Dabei wurden hemmende Extrakte entdeckt, die weiter auf ihre aktiven Komponenten hin untersucht werden sollten. / The cleavage of different sugars is a fundamental process in all living organisms. In this thesis, enzymes which cleave sucrose – an important messenger molecule and energy carrier - in glucose and fructose were analyzed. It shows a broad overview of sucrose cleaving enzymes, which for the first time, combines α-glucosidases and β-fructofuranosidases and their inhibitors. Invertases (β-fructofuranosidases, fructose split-off) play a pivotal role in plant metabolism and are regulated in varied manners. Investigations about the changes in activities of different invertase preparations by different influences were done in vitro. It could be shown that temperature optimum of invertases is impressingly high. The behavior of alkaline / neutral invertase differentiates in many tests from that of others invertases. Also in animals and human beings, sucrose cleaving enzymes, named α-glucosidase or sucrase (glucose split-off), are part of important processes like glycosilation of proteins or digestion. The human sucrase-isomaltase from small intestine is a target in diabetes therapy. As an active subunit the sucrase could be expressed in the yeast Pichia pastoris for the first time. Aside from the enzymes, the spectrum of activity and the potency of different invertase inhibitors were analyzed. It could be shown that acarbose, which is used in diabetes therapy, can also inhibit plant invertases. DMDP, miglitol and calystegine B2, structurally similar imino sugars, differ extensively in their potency. DMDP is the most potent inhibitor, Miglitol partly increases invertase activity and calystegin B2 inhibits only some enzymes. Proteinaceous invertase inhibitors inhibit humane sucrase and yeast invertase as well as plant invertases; in P. pastoris expressed and glycosylated inhibitors showed no potency. As the only inhibitor, miglitol could selectively inhibit the alkaline / neutral invertase, inhibition occured at concentrations 1000 times lower than with other invertases. The search for new invertase inhibitors comprised a screening of different extracts and a literature research dealing with plants in diabetic therapy and plant derived glucosidase inhibitors. A large number of plants with potential active ingredients were investigated. The screening for new invertase inhibitors was mainly conducted with extracts of plants from traditional chinese medicine. As result, inhibitory extracts were found which should be further investigated.

Krebs ist die zweithäufigste Todesursache in Deutschland. Für die Behandlung von Tumorerkrankungen wird unter anderen die Strahlentherapie angewendet. Allerdings ist die Wirkung der Bestrahlung durch die Radiotoxizität auf normalem Gewebe sowie durch die Radioresistenz vieler Tumoren bei klinisch relevanten Dosen limitiert. Ein vielversprechendes Target für die Radiosensibilisierung von Tumorzellen scheint das Hitzeschockprotein HSP90 zu sein, ein wichtiges molekulares Chaperon, das für die Faltung, Aktivierung, Translokation und Degradation der so genannten Klientenproteine zuständig ist. Durch die pharmakologische Blockierung seiner Funktion wird die simultane Degradation multipler HSP90 Klientenproteine eingeleitet, darunter Radioresistenz-assoziierte Proteine wie RAF-1, AKT, EGFR, Survivin, DNA-Reparaturproteine. Verschiedene Studien belegen das Potential der HSP90 Inhibitoren Geldanamycin und seiner Derivaten als Radiosensibilisatoren. Im Gegensatz zu diesen Substanzen sind die neuartigen HSP90 Inhibitoren NVP-AUY922 und NVP-BEP800 wasserlöslich und nicht hepatotoxisch. Im ersten Teil der Arbeit wurde die Wirkung von NVP-AUY922 und NVP-BEP800 (200 nM, 24 h vor der Bestrahlung) auf die Strahlenempfindlichkeit humaner Tumorzelllinien unterschiedlicher Entitäten, darunter eine Lungenkarzinomzellinie A549, eine Fibrosarkomzelllinie HT1080, sowie zwei Glioblastomzelllinien GaMG und SNB19, untersucht. Die neuartigen HSP90 Inhibitoren zeigten in Kolonietest eine strahlensensibilisierende Wirkung in allen getesteten Tumorzelllinien. Weiterhin wurde mit diversen Methoden den Mechanismus der Radiosensibilisierung untersucht. Die HSP90 Inhibition erhöhte den Anteil der Zellen mit hypodiploiden DNA-Gehalt in den meisten untersuchten Tumorzelllinien. Außerdem induzierte die HSP90 Inhibition die Depletion der anti-apoptotischen Proteine AKT, pAKT und RAF-1 in allen Tumorzelllinien. Wie die erhöhte Expression von beiden Apoptosemarkern, aktivierte Caspase-3 und inaktiviertes PARP, nahe legt, wurde verstärkt die Caspase-abhängige Apoptose in den meisten untersuchten Tumorzelllinien nach HSP90 Inhibition eingeleitet. Laut Comet Assay induzierte die HSP90 Inhibition eine geringere DNA-Fragmentierung in bestrahlten Tumorzellen, gleichzeitig konnte aber eine langsamere Restitution der chromosomalen DNA festgestellt werden. Über die Messungen der γH2AX-Expression als Marker für DNA-Doppelstrangbrüche konnte eine erhöhte Induktion von DNA-Schäden nach HSP90 Inhibition und Bestrahlung sowie eine verlangsamte Reparatur der induzierten DNA-Schäden gemessen werden. Diese korrelierte mit der Depletion der DNA-Reparaturproteine KU70/KU80. Die HSP90 Inhibition führte zusätzlich zu einem ausgeprägten G2/M-Arrest, der durch die Bestrahlung verstärkt werden konnte. NVP-AUY922 induzierte außerdem eine Depletion der S-Phase. Die Depletion der Zellzyklus-regulierenden Proteine CDK1 und CDK4 sowie pRB korrelierte mit den beobachteten Zellzyklusstörungen. Die hier gewonnenen Ergebnisse verdeutlichen, dass der komplexe Mechanismus der Radiosensibilisierung nach HSP90 Inhibition die simultane Degradation diverser HSP90 Klientenproteine involviert, was verschiedene zelluläre Auswirkungen hat: verlangsamte Zellteilung durch anhaltende Zellzyklusstörungen, erhöhte DNA-Schäden und Verlangsamung der Reparatur der DNA-Schäden nach Bestrahlung sowie Apoptoseinduktion. Die HSP90 Inhibition induzierte gleichzeitig die Expression der Hitzeschockproteine HSP90 und HSP70, deren anti-apoptotischen Funktionen die radiosensibilisierenden Effekte der HSP90 Inhibitoren vermindern können. In dieser Arbeit wurden zwei Strategien getestet, um die Hochregulation von HSP90/HSP70 nach HSP90 Inhibition in den Tumorzelllinien A549 und GaMG zu unterdrücken. Zum einen wurden siRNAs gegen die stressinduzierbare α-Isoform von HSP90 angewendet, zum anderen wurde KNK437, eine Substanz die die Expression der HSP auf Transkriptionsebene unterdrückt, eingesetzt. Im zweiten Teil der Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Transfektion mit siRNA gegen HSP90α gefolgt von NVP-AUY922 die Hochregulation von HSP90α um circa 50% unterdrückte. Allerdings wurde dadurch keine Erhöhung der NVP-AUY922-vermittelten Radiosensibilisierung erreicht. Es wurden außerdem keine signifikanten Veränderungen betreffend der Induktion und Reparatur der DNA-Schäden, Zellzyklusverteilung, Apoptoseinduktion sowie Expression der getesteten HSP90 Klientenproteine im Vergleich zu alleiniger HSP90 Inhibition festgestellt. Im dritten Teil der Arbeit konnte gezeigt werden, dass die simultane Behandlung mit NVP-AUY922 und KNK437 die NVP-AUY922-vermittelte Hochregulation von HSP90 und HSP70 in beiden Tumorzelllinien temporär unterdrückt. Obwohl die alleinige Behandlung mit KNK437 in der A549-Tumorzelllinie laut Kolonietest radiosensibilisierend wirkte, konnte die simultane Behandlung mit beiden Inhibitoren die NVP-AUY922-vermittelte Radiosensibilisierung nicht erhöhen. Obwohl die Unterdrückung der Stressantwort nach HSP90 Inhibition mittels KNK437 in beiden Tumorzelllinien einen anhaltenden G2/M-Arrest induzierte, blieb die Expression der anti-apoptotischen HSP90-Klientenproteine AKT und RAF-1 unverändert im Vergleich zu NVP-AUY922. Außerdem wurde die inhibierende Wirkung von NVP-AUY922 auf die Reparatur der strahleninduzierten DNA-Schäden nicht erhöht. Die hier gezeigten in vitro Ergebnisse unterstützen die Anwendung von NVP-AUY922 und NVP-BEP800 für in vivo Studien sowie in klinischen Studien alleine oder in Kombination mit der Bestrahlung. Unsere Arbeit ist von besonderem Interesse für die Strahlentherapie, da NVP-AUY922 bereits in klinischen Studien getestet wird. / Besides important improvement of tumor therapy, which increased the chance of survival for the patients, cancer remains the second cause of death in Germany. Among others, radiotherapy is one of the treatment options for tumor diseases. However, radiotherapy has some limitations due to the radiotoxicity on normal tissue and to the radioresistance of several tumors at therapeutic doses. One of the promising radiosensitizers of tumor cells seems to be the heat shock protein HSP90 – an essential molecular chaperone involved in folding, activation, translocation and degradation of its so called client proteins. The pharmacological inhibition of its chaperone function leads to simultaneous degradation of several HSP90 client proteins such as RAF-1, AKT, EGFR, survivin, DNA repair proteins and consequent disruption of several radioresistance-associated pathways. Several studies proved the radiosensitizing ability of geldanamycin and its derivates. In contrast to these drugs, the synthetic HSP90 inhibitors NVP-AUY922 and NVP-BEP800 are more water soluble and not hepatotoxic. In the first part of this work, we tested the effect of NVP-AUY922 and NVP-BEP800 (200 nM, 24 h prior irradiation) on the radiation response of tumor cell lines of different entities: the lung carcinoma A549, the fibrosarcoma HT1080 and the glioblastoma cell lines GaMG and SNB19. The colony forming assay revealed that pre-treatment with the novel HSP90 inhibitors increased the radiosensitivity of all tested tumor cell lines. Furthermore we investigated the mechanism of radiosensitization after HSP90 inhibition. HSP90 inhibition led to an increased percentage of tumor cells with hypodiploid DNA content (subG1 fraction) in most tested cell lines. Moreover, it led to the depletion of the anti-apoptotic HSP90 client proteins AKT, pAKT and RAF-1. In addition, it increased the pro-apoptotic caspase-3 and PARP cleavage in most of the tested cell lines. Our comet assay revealed a lower DNA fragmentation in drug-treated and irradiated tumor cells, but a slower restoration of DNA damage. Measurements of γH2AX expression as a sensitive marker for DNA-DSB showed an increased induction of DNA damage as well as DNA repair protraction in drug-treated and irradiated tumor cells. Inhibition of DNA repair after HSP90 inhibition was supported by the depletion of the DNA repair proteins KU70/KU80. Moreover the novel HSP90 inhibitors led to an increased G2/M-arrest, which could be enhanced by irradiation. In addition, NVP-AUY922 induced S-Phase depletion. The cell cycle disturbances correlated with the drug-mediated degradation of cell cycle regulating proteins CDK4, CDK1 and pRB. In conclusion, our results made clear that the complex mechanism of radiosensitization involves simultaneous degradation of several HSP90 client proteins, thus causing slower proliferation of the tumor cells due to dramatic cell cycle disturbances, increased DNA damage and protraction of DNA repair after irradiation as well as apoptosis induction. However, the radiosensitizing effect of the novel HSP90 inhibitors might be limited by the simultaneous drug-mediated induction of the expression of the anti-apoptotic heat shock proteins HSP90 and HSP70. In this study, we tested two strategies to suppress the drug-mediated up-regulation of HSP90 and HSP70 in the tumor cell lines A549 and GaMG. The first strategy was the siRNA-mediated down-regulation of the stress-inducible isoform HSP90α, combined with drug treatment and irradiation. The second strategy was the inhibition of the stress response by simultaneous treatment with the HSF-1 inhibitor KNK437. In the second part of this work we could show that pre-silencing of HSP90α followed by treatment with NVP-AUY922 indeed reduced the drug-mediated up-regulation of HSP90α to about 50%. However, it did not enhance the radiosensitizing effect of NVP-AUY922. In addition, it did not show any significant changes concerning the induction and the repair of DNA damage, the cell cycle distribution or the expression of the tested HSP90 client proteins AKT, RAF-1, CDK1 and CDK4 compared with drug-only treatment. In the third part of this work we could show that simultaneous treatment with NVP-AUY922 and KNK437 temporary suppressed the NVP-AUY922-mediated up-regulation of HSP90 and HSP70. Although treatment with KNK437 alone increased the radiosensitivity of A549 tumor cells as shown by colony forming assays, simultaneous treatment with both inhibitors did not increase NVP-AUY922-mediated radiosensitization in both tumor cell lines. Our cell cycle analyses revealed that the suppression of stress response after HSP90 inhibition by KNK437 led to a sustained G2/M-arrest in both tumor cell lines. However, the expression of the anti-apoptotic proteins AKT and RAF-1 remained unchanged compared with HSP90 inhibition alone. The evaluation of γH2AX expression showed that simultaneous treatment did not enhance NVP-AUY922-mediated inhibition of DNA repair after irradiation. Our in vitro results support the use of the novel HSP90 inhibitors in in vivo studies as well as in clinical studies alone or in combination with irradiation. This work is of particular interest for the radiation therapy of cancer, because the novel HSP90 inhibitor NVP-AUY922 is currently in clinical trials.

Als einer der ersten gegen HIV gerichteten Restriktionsfaktoren konnte die Cytidindeaminase APOBEC3G isoliert werden. Dieses zelluläre Enzym hemmt äußerst effizient die Replikation von HIV. Weiterführende Untersuchungen konnten demonstrieren, dass die Hemmung der Virusreplikation hauptsächlich auf einer Deaminase-katalysierten G zu A-Hypermutation des viralen Genoms während der Reversen Transkription beruht. Als Gegenstrategie zur antiretroviralen Wirkung von A3G kodiert HIV-1 das Protein Vif (virion infectivity factor), welches durch eine direkte Wechselwirkung den Ubiquitin-abhängigen proteasomalen Abbau von A3G bewirkt. Vor diesem Hintergrund wird der Inhibition des Vif induzierten A3G- Abbaus großes Potential als neuartiges Wirkstoffziel bei der Behandlung von HIV Infektionen vorhergesagt. Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand deshalb in der Etablierung von zellulären Screening-Assays für die Identifizierung von Inhibitoren des Vif induzierten A3G-Abbaus. Im Rahmen dieser Arbeit konnten insgesamt vier fluoreszenzbasierte zelluläre Assays erfolgreich entwickelt und als Screeningsysteme für die Wirkstoffsuche etabliert werden. Drei dieser Assays basieren auf stabilen Zelllinien, von denen eine Vif und ein mit EYFP markiertes A3G ko-exprimiert. Dieser sogenannte A3G-Abbauassay stellt den primären Assay für die Identifizierung von Inhibitoren des Vif induzierten A3G-Abbaus dar und wird durch zwei weitere Zelllinien-basierte Assays ergänzt. Diese sekundäre Assays erlauben die Detektion von Substanzen, die falsch-positive oder falsch-negative Signale im A3G-Abbauassays generieren. Zusammengenommen ermöglichen die drei Assays die präzise Identifizierung von Inhibitoren, die spezifisch auf den A3G-Abbau wirken und stellen damit eine wesentliche Verbesserung bereits existierender Screeningsysteme dar. Weiterhin wurde ein auf dem Prinzip der bimolekularen Fluoreszenzkomplementation (BiFC) basierendes Testsystem entwickelt. Besagtes System misst die direkte Interaktion zwischen Vif und ElonginC in lebenden Zellen und repräsentiert damit ein weiteres Testsystem für die Identifizierung von Inhibitoren der Vif induzierten A3G-Degradation. Den zweiten Teil dieser Arbeit umfasste die Analyse von Derivaten des Vif Antagonisten RN-18 und neu entwickelten niedermolekularen Inhibitoren der Vif-ElonginC- Interaktion. Als ein wichtiges Ergebnis der Derivat-Analyse ergab sich, dass RN-18 zytotoxisch wirkt und im hier etablierten A3G-Abbauassay ein falsch-positives Signal generiert. Unter den analysierten Vif-ElonginC-Interaktionsinhibitoren fand sich eine Verbindung, die in einem initialen Screening, unter Verwendung des A3G-Abbauassays, eine deutliche Inhibition der Vif induzierten A3G-Degradation bewirkte. Zusammenfassend konnten im Rahmen dieses Promotionsprojektes erfolgreich mehrere Screeningsysteme für die Identifizierung von spezifischen Inhibitoren des A3G-Abbaus etabliert werden. Diese Systeme werden zukünftig dazu beitragen, dass Auffinden von neuartigen Therapeutika für die Behandlung von HIV-Infektionen zu beschleunigen. / One of the first cellular HIV restriction factors isolated was the cytosine deaminase APOBEC3G. This cellular enzyme was shown to efficiently inhibit the replication of HIV and other viruses. Further research revealed that restriction of the viral replication is primarily based on a deaminase-catalyzed G to A hypermutation of the viral genome during reverse transcription. As a mode of counteraction, the HIV-1 encoded accessory protein Vif (virion infectivity factor) binds to A3G leading to its ubiquitin-dependent proteasomal degradation. It has been hypothesized that inhibition of the A3G degradation rescues the antiviral properties of the APOBEC3 protein and thus represents an attractive target for novel antiretroviral drugs. Therefore, the goal of this study was to establish cellular screening assays for the identification of inhibitors of the Vif mediated A3G degradation. Four fluorescent based cellular assays have been established for the screening of small organic compounds. Three of these assays are based on stable cell lines, one of which co-expresses Vif and an EYFP tagged A3G protein. This so-called A3G degradation assay represents the primary assay for identification of degradation inhibitors and is complemented by two additional cell line based assays. These secondary assays enable the detection of compounds generating false-positive or false-negative signals in the A3G degradation assay. These systems allow the precise identification of true-positive A3G degradation inhibitors and thus representing a significant improvement of existing screening platforms. Furthermore, a cellular assay based on the bimolecular fluorescence complementation (BiFC) was developed. The BiFC-assay measures the direct interaction between Vif and ElonginC in living cells and can be used as a new screening platform for identification of inhibitors targeting the Vif- ElonginC interaction, which is an essential step in the A3G degradation sequence. The aim of the second part of the project was the application of the established screening assays for testing of derivatives of the Vif antagonist RN-18 and rational designed inhibitors targeting the direct interaction between Vif and ElonginC. As a result of the compound testing it was shown, that RN-18 is cytotoxic and generates a false-positive signal in the A3G degradation assay. In case of the Vif-ElonginC interaction inhibitors one compound exhibited a strong inhibitory effect on A3G degradation in an initial screen. Taken together, screening assays for the precise identification of specific inhibitors of the A3G degradation were successfully established. These screening assays will accelerate the identification of novel anti-HIV agents.

Im ersten Teil dieser Arbeit wird eine Kombination theoretischer Methoden für die strukturbasierte Entwicklung neuer Wirkstoffe präsentiert. Ausgehend von der Kristallstruktur eines kovalenten Komplexes einer Modellverbindung mit dem Zielprotein wurde mit Hilfe von quantenmechanischen und QM/MM Rechnungen die genaue Geometrie des vorausgehenden nicht-kovalenten Komplexes betimmt. Letztere ist der bestimmende Faktor für die Reaktivität des Inhibitors gegenüber der katalytisch aktiven Aminosäure und damit für die Ausbildung einer kovalenten Bindung. Aus diesem Grund wurde diese Geometrie auch für die Optimierung der Substitutionsmusters des Ihnibitors verwendet, um dessen Affinität zum Zielenzyme zu verbessern ohne dass dieser seine Fähigkeit kovalent an das aktive Zentrum zu binden verliert. Die Optimierung des Substitutionsmuster wurde doch Methode des Molekularen Dockings unterstützt, das diese optimal dazu geeignet sind, Bindungsaffinitäten vorherzusagen, die durch eine Modifikation der chemischen Struktur entstehen. Eine Auswahl der besten Strukturen wurde anschließend verwendet, um zu überprüfen, ob die veränderten Moleküle noch genügen Reaktivität gegenüber dem Zielprotein aufweisen. Moleküldynamik Simulationen der neuen Verbindungen haben jedoch gezeigt, dass die veränderten Verbindungen nur so and das Protein binden, dass die Bilung eine kovalenten Bindung zum Enzym nicht mehr möglich ist. Daher wurden in einem weiteren Schritt die Modellverbindungen weiter modifiziert. Neben Änderungen im Substitutionsmuster wurde auch die chemische Struktur im Kern verändert. Die Bindungsaffinitäten wurde wieder mittels Docking überprüft. Für die besten Bindungsposen wurden wieder Simulationen zur Moleküldynamik durchgeführt, wobei diesmal die Ausbildung einer kovalenten Bindung zum Enzyme möglich erscheint. In einer abschließenden Serie von QM/MM Rechnungen unter Berücksichtigung verschiedener Protonierungszustände des Inhibitors und des Proteins konnten Reaktionspfade und zugehörige Reaktionsenergien bestimmt werden. Die Ergebnisse lassen darauf schließen, dass eines der neu entwickelten Moleküle sowohl eine stark verbesserte Bindungsaffinität wie auch die Möglichkeit der kovalenten Bindung an Enzyme aufweist. Der zweite Teil der Arbeit konzentriert sich auf die Umgebungseinflüsse auf die Elektronenverteilung eines Inhibitormodells. Als Grundlage dient ein vinylsulfon-basiertes Moekül, für das eine experimentell bestimmte Kristallstruktur sowie ein theoretisch berechneter Protein Komplex verfügbar sind. Ein Referendatensatz für diese Systeme wurde erstellt, indem der Konformationsraum des Inhibitors nach möglichen Minimumsstrukturen abgesucht wurde, welche später mit den Geometrien des Moleküls im Kristall und im Protein verglichen werden konnten. The Geometrie in der Kristallumgebung konnte direkt aus den experimentellen Daten übernommen werden. Rechnungen zum nicht-kovalenten Protein Komplex hingegen haben gezeigt, dass für das Modellsystem mehrere Geometrien des Inhibiors sowie zwei Protonierungszustände für die katalytisch aktiven Aminosäuren möglich sind. Für die Analyse wurden daher alle möglichen Proteinkomplexe mit der Kristallstruktur verglichen. Ebenso wurden Vergleiche mit der Geometrie des isolierten Moleküls im Vakuum sowie der Geometrie in wässriger Lösung angestellt. Für die Geometrie des Moleküls an sich ergab sich eine gute Übereinstimmung für alle Modellsysteme, für die Wechselwirkungen mit der Umgebung jedoch nicht. Die Ausbildung von Dimeren in der Kristallumgebung hat einen stark stablisierenden Effekt und ist einer der Gründe, warum dieser Kristall so gut wie keine Fehlordungen aufweist. In den Proteinkomplexen hingegen ergibt sich eine Abstoßung zwischen dem Inhibitor und einer der katalytisch aktiven Aminosäuren. Als Ursache für diese Abstoßung konnte die Einführung der Methylaminfunktion ausgemacht werden. Vermutlicherweise führt diese strukturelle Änderung auch dazu, dass der Modellinhibitor nicht in der Lage ist, so wie die Leitstruktur K11777 an das aktive Zentrum des Enzyms zu binden. / In the first part of this work, a combination of theoretical methods for the rational design of covalent inhibitor is presented. Starting from the crystal structure of the covalent complex of a lead compound, quantum mechanical and QM/MM calculations were used to derive the exact geometry of the preceeding non-covalent enzyme inhibitor complex. The geometry of the latter mainly determines the reactivity of the inhibitor against its target enzyme concerning the formation of the covalent bond towards an active site residue. Therefore, this geometry was used as starting point for the optimization of the substitution pattern of the inhibitor such as to increase its binding affinity without loosing its ability to covalently bind to the target protein. The optimization of the chemical structure was supported by using docking procedures, which are best suited to estimate binding affinities that arise from the introduced changes. A screening of the novel substitution patterns resulted in a first generation of model compounds which were further tested for their reactivity against the target. Dynamic simulations on the novel compounds revealed that the orientation that compounds adopt within the active site are such that a covalent interaction with the enzyme is no longer possible. Hence, the chemical structure was further modified, including not only changes in the substituents but also within the core of the molecule. Docking experiments have been conducted to assure sufficiently high binding affinities and to obtain the most favored binding poses. Those have then again been used for dynamic simulations which resulted in structures, for which the bond formation process appeared feasible. A final series of QM/MM calculations considering various protonation states was computed to estimate the reaction energies for the covalent attachment of the inhibitor to the enzyme. The theoretical results indicate a reasonable high inhibition potency of the novel compounds. The second part concentrates on the environmental influences on the electron density of an inhibitor molecule. Therefore, a vinylsulfone-based model compound was selected for which an experimental crystal structure for the pure compound as well as a theoretically determined enzyme-inhibitor complex have been available. To provide reference data for the larger systems, the conformational space of the isolated molecule was screened for favorable geometries which were later compared to those within the crystal and protein surrounding. The geometry of the crystal structure could readily be taken from the experimental data whereas calculations on the protein complex revealed four potential non-covalent complexes exhibiting different arrangements of the molecule within the active site of the protein as well as two possible protonation states of the catalytic dyad. Hence, all four protein complexes have been compared to the crystal structure of the molecule as well as against the more favorable geometries of the isolated molecule being determined within vacuum or aqueous surrounding. Whereas the molecule itself was found to adopt comparable geometries within all investigated environments, the interactions pattern between the crystal surrounding and the protein differed largely from each other. The favorable formation of dimers within the crystal has a strong stabilizing effect and explains the extraordinarily good quality of the crystal. Within the protein however, repulsive forces have been found between the protein and the inhibitor. The origin of the repulsion could be traced back to effect of on of the substituents to the vinyl scaffold. The difference in the chemical structure in comparison to a well known inhibitor might also explain the experimentally found loss of activity for the model compound in comparison to K11777.

Although the physiological roles of BChE are not yet determined to date, the importance of this enzyme is continuously increasing as it was found to be associated with several disorders like diabetes mellitus type 2, cardiovascular diseases, obesity and especially with Alzheimer’s disease (AD). In consequence, for investigations of BChE’s pathological role in these diseases and to find new medication strategies, the development of selective and potent inhibitors is necessary. For this purpose, the current work progresses in five chapters on the exploration of the chemical, physical and biochemical properties of tetrahydroquinazoline based carbamates which were previously reported to be selective BChE inhibitors with potency in the low nanomolar range. 1) A Novel Way to Radiolabel Human Butyrylcholinesterase for PET through Irreversible Transfer of the Radiolabeled Moiety: PET-radiotracers represent an innovative tool to determine the distribution and the expression of a biological target in vivo. BChE lacks to a large degree of such tracers with a few exceptions. In this work, methods were developed to incorporate the radioisotopes 11C and 18F into the carbamate moiety of an tetrahydroquinazoline based inhibitor. In contrast to reversibly acting PET-probes, the described radiotracers were proven by kinetic studies to transfer the radioisotope covalently onto the active site of BChE, thus labeling the enzyme directly and permanently. 2) Discovery of Highly Selective and Nanomolar Carbamate-Based Butyrylcholinesterase Inhibitors by Rational Investigation into Their Inhibition Mode: To investigate the role of the tetrahydroquinazoline carrier scaffold on BChE inhibition, carbamate based inhibitors were synthesized. These compounds were successively used to perform kinetic investigations to determine their inhibition mode. Based on these data, a plausible binding model was postulated explaining the influence of the tetrahydroquinazoline carrier scaffold for binding at BChE’s active site just before carbamate transfer takes place. Additionally, these compounds feature neuroprotective properties and prevent oxidative stress induced cell death in their carbamate form as well as after the release of the tetrahydroquinazoline carrier scaffold. 3) Dual Addressing of Butyrylcholinesterase by Targeting the Catalytic Active Site (CAS) and the Peripheral Anionic Site (PAS): Compounds which are dual-targeting the CAS and the PAS of BChE are the most potent and selective BChE inhibitors to date with inhibition values in the picomolar range. In this work, a strategy is described how to turn tetrahydroquinazoline based carbamates into dual binding BChE inhibitors. These inhibitors feature a carbamate moiety which is covalently transferred onto the CAS of BChE, and in addition provide a second pharmacophore connected via a linker to the carbamate moiety which is proposed to target the PAS. Preliminary results reveal a high tolerance of BChE towards different linker lengths without decrease in affinity. 4) Investigation into Selective Debenzylation and Ring Cleavage of Quinazoline based Heterocycles: The tetrahydroquinazoline system is well investigated in terms of its synthesis and its selective oxidation. To explore the reactivity of this system, a tetracyclic tetrahydroquinazoline was exposed to common reduction agents. These experiments revealed a high sensitivity of the tetrahydroquinazoline core towards several reduction conditions 5) Experimental and Theoretical Investigation into the Stability of Cyclic Aminals: Tetrahydroquinazolines are known to degrade in acidic media through hydrolysis of their aminal system; but literature is lacking of a systematic investigation into this behavior. Therefore, different tetrahydroquinazolines were synthesized and exposed to phosphate buffered systems with defined pH-values. A clear increase of the hydrolysis rate of the aminal system was determined in dependency of an increasing acidic media. Computational studies predicted and experimental studies proved that hydrolysis takes place in an acidic environment while the condensation of this system is preferred in neutral or basic aqueous media. / Obwohl die physiologische Funktion der BChE zum aktuellen Zeitpunkt noch nicht vollständig aufgeklärt ist, so ist die Bedeutung dieses Enzyms hinsichtlich seiner möglichen Involvierung bei Diabetes mellitus Typ 2, kardiovaskulären Erkrankungen, Übergewicht und der Alzheimer-Erkrankung stetig steigend. Die Entwicklung von selektiven und hochwirksamen Inhibitoren ist daher notwendig um die Rolle der BChE im pathologischen Verlauf dieser Erkrankungen beurteilen zu können und ggf. neue Therapiemöglichkeiten zu eröffnen. In der hier durchgeführten Arbeit wurde in fünf Kapiteln die chemischen, physikalischen und pharmakologischen Eigenschaften von Tetrahydrochinazolin basierten Carbamaten untersucht. 1) Eine neuartige Methode zur PET-Radiomarkierung der menschlichen BChE durch den irreversiblen Transfer eines radioaktiv markierten Carbamatrestes: PET-Radiopharmaka (auch Radiotracer genannt) werden häufig verwendet, um die Verteilung biologischer Zielmoleküle in vivo bestimmen zu können. In der hier präsentierten Arbeit wurden Methoden entwickelt, um die beiden PET-Radioisotope 11C und 18F in den Carbamatrest eines Tetrahydrochinazolin basierten Inhibitors zu integrieren. Im Gegensatz zu herkömmlichen, reversibel agierenden PET-Radiotracern konnte bei den hier beschriebenen Radiotracern mittels kinetischer Untersuchungen gezeigt werden, dass sie den radioaktiv markierten Rest kovalent auf die BChE übertragen können, sodass das Enzym direkt und kontinuierlich radioaktiv markiert wird. 2) Entwicklung hochselektiver Carbamat-basierter BChE Inhibitoren durch rationale Untersuchung ihres Bindemoduses: Um den Einflusses des Tetrahydrochinazolingerüstes zur Hemmung der BChE untersuchen zu können, wurden veschiedenartige Tetrahydrochinazolin basierete Inhibitoren synthetisiert. Der Bindemodus dieser Verbindungen wurde dabei eingehend mittels ihrer Inhibitionskinetik untersucht. Auf Grundlage der dabei erhaltenen Daten konnte mithilfe computergestützter Methoden ein Bindemodell entwickelt werden, welches den Einfluss des Tetrahydrochinazolingerüstes zur Bindung des gesamten Inhibitors in das aktive Zentrum der BChE qualitativ wiederspiegelt bevor die eigentliche Inhibition durch den Carbamattransfer auf das aktive Zentrum stattfindet. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass die hier synthetisierten Verbindungen neuroprotektive Eigenschaften aufweisen, indem sie oxidativem Stress entgegenwirken. 3) Duale Adressierung des katalytisch aktivem Zentrums (CAS) und der peripheren anionischen Bindestelle (PAS) der Butyrylcholinesterase: Verbindungen, welche sowohl die CAS als auch die PAS der BChE simultan adressieren, gehören zu den potentesten und selektivsten BChE Inhibitoren mit Inhibitionswerten im pikomolarem Bereich. In der hier vorliegenden Arbeit wurde eine Strategie entwickelt, wie Tetrahydrochinazolin basierte Inhibitoren so modifiziert werden müssen, damit diese ebenfalls als dual-aktive Inhibitoren wirksam werden. Diese Inhibitoren weisen eine Carbamatfunktionalität auf, welche kovalent auf die CAS der BChE übertragen wird, und besitzen darüber hinaus ein zweites Pharmakophor, welches über einen Linker mit dem Carbamatrest chemisch verknüpft ist und an die PAS bindet. 4) Untersuchungen zur selektiven Debenzylierung und Ringspaltung von Chinazolin basierten Heterozyklen: Das Tetrahydrochinazolinsystem ist in der Literatur ausgiebig hinsichtlich seiner Synthese und selektiven Oxidation beschrieben worden. Um den Einfluss reduktiver Bedingungen auf dieses System zu untersuchen, wurde ein tetrazyklisches Tetrahydrochinazolin gezielt mit verschiedenen Reduktionsmitteln umgesetzt. Informationen über die Reaktivität des Tetrahydrochinazolinsystems sind unumgänglich bei der Entwicklung neuer Verbindungen auf Grundlage dieses Systems, um Nebenreaktionen zu vermeiden. 5) Experimentelle und Theoretische Untersuchungen zur Stabilität zyklischer Aminale: Tetrahydrochinazoline weisen ein Aminalsystem auf, welches im sauren Milieu hydrolytisch gespalten werden kann. Um die Stabilität dieses Systems systematisch zu untersuchen, wurden Tetrahydrochinazoline synthetisiert und in einem wässrigen Phosphat-gepuffertem System mit definiertem pH-Wert inkubiert. Bei diesen Untersuchungen konnte ein klarer Zusammenhang zwischen einem sinkendem pH-Wert und einer beschleunigten Zersetzung der Testsubstanzen beobachtet werden. Außerdem konnte mittels quantenmechanischen Berechnungen und weiteren Experimenten gezeigt werden, dass diese Reaktion im alkalischen oder neutralem Milieu reversibel ist.

Das Ziel der Arbeit war zu untersuchen, ob der Stoffwechsel kolorektaler Karzi-nomzellen geeignete Targetstrukturen für mögliche therapeutische Ansätze aufweist. In Krebszellen induziert sowohl der Warburg-Effekt bei Normoxie als auch die anaerobe Glykolyse bei Hypoxie eine massive Bildung von Laktat. Wird die Krebszelle dauerhaft daran gehindert, die für die Glykolyse notwendi-gen Reduktionsäquivalente NADH+H+ mit Hilfe der Laktatdehydrogenase zu reoxidieren und/oder Laktat über die Transporter MCT1 und MCT4 nach außen zu schleusen, dann löst diese Kombination aus Mangelsituation und intrazellulärer Ansäuerung den apoptotischen Zelltod aus. Für die Situation in vivo ist entscheidend, dass auch Zellen von Normalgeweben zwar Laktat in Hypoxie bilden, dies jedoch keine vorherrschende physiologische Situation darstellt. Die Hemmstoffe Natriumoxamat (NaOx) für die Laktatdehydrogenase und α-Cyano-4-Hydroxycinnamat (αCHC) für MCT1 und MCT4 wurden an den sechs humanen kolorektalen Karzinomzelllinien Colo741, HCT116, HT29, LS174T, SW620 und WiDr untersucht. Zusätzlich wurde der Glukoseverbrauch und die Laktatbildung bestimmt und die Funktion der Atmungskette überprüft. Die IC50-Werte für 5-FU, NaOx und αCHC wurden bestimmt und danach NaOx in einer Konzentration von 40x10-3 mol/L, αCHC in einer Konzentration von 2x10-3 mol/L und 5-FU in einer Konzentration von 5x10-6 mol/L eingesetzt. Die Zellen wurden bei tumorphysiologischen Sauerstoffkonzentrationen von 5 % und 1 % Sauerstoff für bis zu 120 Stunden inkubiert. Die Funktion der Atmungskette in den Mitochondrien der kolorektalen Karzi-nomzellen wurde u. a. durch Bestimmung wichtiger Kenngrößen wie dem P:O Quotienten und des respiratorischen Kontrollindex (RKI) nachgewiesen. Fünf der sechs Karzinomzelllinien wiesen im Vergleich zur Kontrollzelllinie J774 einen verringerten P:O-Quotienten und respiratorischen Kontrollindex (RKI) auf, was darauf hindeutet, dass die Funktion der Mitochondrien dieser Zellen im Vergleich zu Kontrollzellen zwar verringert war, aber nicht vollständig aufgehoben. Dieses Ergebnis stützt die allgemein akzeptierte Auffassung, dass die meisten Tumore über funktionelle Mitochondrien verfügen. Durch die Analyse des Glukosestoffwechsels wurden die sechs kolorektalen Zelllinien, die einen unterschiedlich stark ausgeprägten glykolytischen Phänotyp aufwiesen, nach der Stärke der Laktatbildung bei 5 % Sauerstoff in drei Kategorien eingeordnet. Zudem wurde für jede der sechs Zelllinien die Expression von LDH-A, LDH-B sowie MCT-1 und MCT-4 auf Proteinebene nachgewiesen. Wesentliches Ziel der Untersuchungen war die Überprüfung des antiprolife-rativen Potentials der beiden Inhibitoren NaOx und αCHC einzeln oder in Kombination mit 5-FU bei den tumorspezifischen Sauerstoffkonzentrationen von 5 % und 1 %. Die Kombination aus NaOx und αCHC induzierte bei 1 % Sauerstoff nach 9 Tagen in Kultur zytotoxische Effekte und war damit so wirksam wie 5x10-6 mol/L 5-FU. Die Zugabe von 5-FU zur Kombination aus NaOx und αCHC führte zu keiner Steigerung des zelltoxischen Effektes. Die beiden Inhibitoren NaOx und αCHC waren für SW620 Zellen weniger wirksam als für Zellen der anderen fünf Zelllinien. Das mehr „oxidative“ Profil von SW620 Zellen (bester P:O-Quotient, geringste Laktatbildung bei 5 % und 1 % Sauerstoff; zudem die höchsten IC50-Werte für NaOx und αCHC) könnte erklären, warum die beiden Stoffwechselinhibitoren, die einen glykolytischen Phänotyp (starke Bildung von Laktat) erfordern, für SW620 Zellen von geringerer Wirksamkeit waren. Für die Hemmstoffe NaOx und αCHC wurden zytostatische bzw. zytotoxische Effekte in kolorektalen Karzinomzellen gezeigt. Dies deutet darauf hin, dass Krebszellen auf einen ungehinderten glykolytischen Stoffwechsel angewiesen sind. Für beide Hemmstoffe wurde ebenfalls gezeigt, dass sie auch bei tumorre-levanten Sauerstoffkonzentrationen von 5 % und 1 % wirksam sind. / The aim of the thesis was to investigate whether the metabolism of colorectal carcinoma cells can provide suitable target structures for possible therapeutic approaches. Both the Warburg effect, in the case of normoxia, and anaerobic glycolysis, in the case of hypoxia, induce a massive production of lactate in cancer cells. If a cancer cell can be permanently prevented from reoxidising reduction equivalents NADH+H+ with the help of lactate dehydrogenase, which is necessary for glycolysis, and/or the removal of lactate via the transporters MCT1 and MCT4 can be inhibited, then this combination of a deficiency and intracellular acidification results in the apoptotic death. As far as the in vivo situation is concerned, it is crucial that cells from normal tissue also produce lactate in hypoxia, but that this does not constitute a predominant physiological situation. Sodium oxamate (NaOx), an inhibitor for the lactate dehydrogenase and α-cyano-4-hydroxy cinnamate (αCHC), an inhibitor for MCT 1 and MCT 4 were examined in the six human colorectal carcinoma cell lines Colo741, HCT116, HT29, LS174T, SW620 and WiDr. In addition, glucose consumption and lactate production were determined as well as the function of the respiratory chain. The half maximal inhibitory concentration (IC50) for 5-FU, NaOx, and αCHC was determined and NaOx was used in a concentration of 40x10-3 mol/L, αCHC in a concentration of 2x10-3 mol/L and 5-FU in a concentration von 5x10-6 mol/L. The cells were incubated for up to 120 hours at tumour physiological concentrations of oxygen of 5% and 1%. The respiratory chain function in the mitochondria of colorectal carcinoma cells was verified by determining the P:O quotient and the respiratory control index (RCI), two important parameters for respiratory chain function. Five of the six carcinoma cell lines showed a reduced P:O quotient and respiratory control index (RCI), when compared to control cell line J774. These results indicate that the mitochondria of these cells were malfunctioning, but not fully defective. This finding supports the generally accepted view that most tumours possess functional mitochondria. By analysing the glucose metabolism of the six colorectal cell lines, which showed varying degrees of glycolytic phenotype,these cells were ranked into three categories according to the amount of lactate production at 5% oxygen. Moreover, the expression of LDH-A, LDH-B and MCT-1 and MCT-4 at protein level was confirmed for each of the six cell lines. The main focus of the work was to verify the antiproliferative potential of the two inhibitors NaOx and αCHC alone and in combination with 5-FU in the presence of tumour-specific oxygen concentrations of 5% and 1%. At 1% oxygen the combination of NaOx and αCHC induced cytotoxic effects after 9 days of culture, making it as effective as 5x10-6 mol/L 5-FU. The addition of 5-FU to the combination of NaOx and αCHC did not increase the cell-toxic effect. NaOx and αCHC were less effective for SW620 cells then in the other five cell lines. The more "oxidative" profile of SW620 cells (best P:O quotient, least amount of lactate production at 5% and 1% oxygen, and the highest IC50 values for NaOx and αCHC) might explain why the two metabolism inhibitors, which require a glycolytic phenotype (strong lactate production) were less effective in SW620 cells. Cytostatic or cytotoxic effects of the inhibitors NaOx and αCHC were demon-strated in colorectal carcinoma cells. This indicates that cancer cells are de-pendent on a functioning glycolytic metabolism. Both inhibitors were also effective in the presence of tumour-relevant oxygen concentrations of 5% and 1%.

The cellular inhibitor of apoptosis protein (cIAP)-2 plays an important role in the protection against apoptosis by inhibiting the endogenous IAP inhibitor Smac, thus allowing other members of the IAP family, such as XIAP to block caspases. Additionally, cIAP2 functions as a ubiquitin ligase and mediates survival/proliferative signaling through NF-κB. cIAP2 is overexpressed in many human cancers and is believed to play an oncogenic role. This led to the development of small molecule IAP antagonists aimed at eliciting apoptosis in cancer cells. However, the loss of cIAP2 is also associated with multiple myeloma, in which constitutively active NF-κB signaling contributes to pathogenesis of the disease and suggests that cIAP2 may also perform a tumour suppressive function. We demonstrate a novel role for cIAP2 in maintaining p53 levels in mammary epithelial cells that express wildtype p53. Downregulation of cIAP2 resulted in activation of IKKs, which led to increased Mdm2-mediated degradation of p53. cIAP2 depletion also led to increased phosphorylation of ERK1/2. Reduction of p53 levels, in combination with survival signaling provided by NF-κB and MEK-ERK pathways were associated with increased colony formation in vitro and increased DMBA-induced adenocarcinomas in cIAP2-null mice. Treatment of cells with IAP antagonists resulted in significant cytotoxicity only in p53-mutant MDA-MB-231 cells, which was associated with autocrine production of TNF-α. We propose that the transcription of TNF-α is potentiated by gain-of-function mutation in p53 since downregulation of mutant p53 in MDA-MB-231 cells decreased TNF-α mRNA. Downregulation of cIAPs in p53-mutant cells resulted in a decrease in nuclear IKK-α, which may result in decreased IKK-α-mediated survival signaling. In contrast, cIAP downregulation in p53-wildtype cells resulted in no change in nuclear IKK-α, degradation of the corepressor SMRT and cell survival. We show that the effects of cIAP2 downregulation are context-dependent. Downregulation of cIAP2 in p53-wildtype cells results in a decrease in p53 and an increase in survival and proliferative signaling. These results suggest a tumour suppressor function for cIAPs that may account for cIAP mutation-associated cancers such as multiple myeloma. Moreover, our data also defines gain-of-function p53 mutation as a possible contributor to IAP antagonist sensitivity.

To study the underlying mechanisms for microbial cellulose biosythesis, a novel compound, CBI28, was used as an inhibitor along with classical genetics and EMS mutagenesis. An EZ-Link Biotin Hydrazide Kit was used to create a CBI28-Biotin conjugate for further studies. Gluconacetobacter xylinus cells were exposed to 10 uM CBI28 to induce cellulose biosythesis inhibition, lysed and small hydrophobic molecules were extracted using methanol and Waters Oasis HLB SPE-Paks. Samples were separated and detected using the Ultra Performance Liquid Chromatograph-Mass Spectrometer/Photo Diode Array. Putative mutants were isolated but did not survive for further study. An ion with the expected mass of a CBI28-Biotin conjugate (552 m/z) was detected but not in sufficiently high concentrations for characterization. Metabolite studies revealed putative metabolites derived from the HLB SPE and methanol extractions with no significant difference in extraction methods. Potential metabolites with masses of ~281.77 m/z and ~79 m/z were detected in CBI28 exposed cells. Further analysis needs to be performed to determine if CBI28 metabolites prevent cellulose production. / UOIT