Text in English / Specially prepared 2-amino-5-bromo-3-iodoacetophenone and 5-bromo-2-hydroxy-3 iodoacetophenone were subjected to Claisen-Schmidt aldol condensation with benzaldehyde derivatives followed by sequential and/or one-pot palladium catalyzed Sonogashira cross coupling and heteroannulation of the 3-alkynylated intermediates to afford indole-chalcones and benzofuran-chalcones, respectively. The indole-chalcones derivatives were, in turn, subjected to trifluoroacetic anhydride in tetrahydrofuran under reflux to afford the corresponding 3-trifluoroacetyl substituted indole-chalcone derivatives. The coupling constant values (Jtrans) of about 16.0 Hz for the chalcone derivatives corresponding to the vinylic protons confirmed the trans geometry of the α,β-unsaturated carbonyl framework in all the cases. Their trans geometry of the chalcone derivatives was further confirmed by single crystal X-ray diffraction (XRD) analyses. Further structural elaboration of the ambident electrophilic α,β unsaturated carbonyl (chalcone) moiety of the indole-chalcones and the analogous benzofuran chalcones with 2-aminothiophenol afforded novel benzothiezapine-appended indole and benzofuran hybrids, respectively. Sonogashira cross-coupling of 5-bromo-2-hydroxy-3 iodoacetophenone with terminal acetylenes followed by heteroannulation of the intermediate 3-alkynylated 5-bromo-2-hydroxyacetophenones afforded the corresponding 7-acetyl-2-aryl-5-bromobenzofurans in a single-pot operation. The oximes derived from the 7-acetyl–substituted 2-aryl-5-bromobenzofurans were subjected to Beckmann rearrangement with triflic acid in acetonitrile under reflux. We isolated the corresponding 7-amino-2-aryl-5 bromobenzofuran derivatives formed from hydrolysis in situ of the intermediate 7-acetamide 2-aryl-5-bromobenzofurans. Amino-dechlorination of the 4-chloroquinazoline derivatives with the 7-aminobenzofurans afforded novel benzofuran 4-aminoquinazoline hybrids. The prepared compounds were characterized using a combination of nuclear magnetic resonance (1H-NMR & 13C-NMR including 19F-NMR), infrared (IR) and mass spectroscopic techniques complemented with single crystal X-ray diffraction (XRD) analyses and/or density functional (DFT) method. The benzofuran-chalcone 203a–y derivatives were evaluated for anti-growth effect against the breast cancer (MCF-7) cell line by the MTT cell viability assay. Their mode of cancer cell death (apoptosis versus necrosis) was detected by Annexin V-Cy3 SYTOX staining and caspase-3 activation. The most cytotoxic compounds 203i and 203o were also evaluated for potential to inhibit tubulin polymerization and/or epidermal growth factor receptor-tyrosine kinase (EGFR-TK) phosphorylation. The experimental results were complemented with theoretical data from molecular docking into ATP binding site of the EGFR and colchicine binding site of tubulin, respectively. The benzofuran–4-aminoquinazoline hybrids 215a–j, on the other hand, were evaluated for antiproliferative propeties in vitro against the human lung cancer (A549), epithelial colorectal adenocarcinoma (Caco-2) and hepatocellular carcinoma (C3A) cell lines. The benzofuran-aminoquinazoline hybrids were also evaluated for potential to induce apoptosis and for their capability to inhibit EGFR-TK phosphorylation complemented with molecular docking (in silico) into the ATP binding site of EGFR. Mechanistic studies demonstrated that the benzofuran-appended aminoquinazoline hybrids 215d and 215j induced apoptosis via activation of caspase-3 pathway. Moreover, compounds 215d and 215j exhibited significant and moderate inhibitory effects against EGFR (IC50 = 29.3 nM and 61.5 nM, respectively) when compared to Gefitinib (IC50 = 33.1 nM). Molecular docking of compounds 215 into EGFR-TK active site suggested that they bind to the region of EGFR like Gefitinib does. / Chemistry / D. Phil. (Chemistry)

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Biologische Diversität existiert sowohl zwischen mehreren Arten als auch innerhalb einer Art, innerhalb von Populationen und Individuen einer Population. Die intraspezifische Diversität wurde bislang ausgiebig auf der Ebene des Genoms untersucht. Sie ist im Kontext metabolischer Zusammenhänge in Pflanzen bisher kaum untersucht und es existieren nur wenige Veröffentlichungen zu diesem Thema. Uns sind bisher keine Publikationen zu Phytohormonen in Sesam bekannt. Neben dem wissenschaftlichen Interesse an der metabolischen Diversität in Sesam, spielen Stresshormone eine wichtige Rolle in der pflanzlichen Abwehr. Der Phytohormonspiegel im Samen ist unter agronomischen Gesichtspunkten relevant, da es vorkommen kann, dass Sesamsamen spontan auskeimen, während sie sich noch an der grünen Pflanze befinden. Diese Eigenschaft ist unerwünscht, da der wertvolle Samen auf diese Weise verloren geht. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Variation im Phytohormonniveau in 16 Akzessionen mit unterschiedlicher geographischer Herkunft untersucht. In Blättern und Wurzeln konnten ABA, JA, SA und SAG nachgewiesen werden, während GA4 lediglich in Blättern vorkam. Eine der Akzessionen aus Japan („Japan 2“) produzierte JA, SA und SAG in hohem Ausmaß. Hier konnten außerdem hohe Gehalte an Chitinasen festgestellt werden. Chitinasen sind für den Abbau von Chitin, dem Hauptbestandteil der pilzlichen Zellwand, verantwortlich. Eine Charakterisierung der Akzessionen mittels AFLP-Analyse zeigte, dass sich „Japan 2“ genetisch nicht mehr von anderen Akzessionen unterschied, als das Mittel der Unterschiede innerhalb aller gesammelten Proben. Bereits in früheren Untersuchungen unserer Arbeitsgruppe im Rahmen einer ungerichteten Metabolitenanalyse, konnte eine hohe Variabilität bei Sesamakzessionen gezeigt werden (Laurentin et al. 2006). Darüber hinaus, stimmen die Unterschiede im metabolischen Profil der Akzessionen nicht mit dem Grad ihrer genetischen Verwandtschaft überein. Es ist bekannt, dass tageszeitliche Unterschiede viele biologische Prozesse kontrollieren. Wir haben die tageszeitlichen Effekte auf den Phytohormonstatus untersucht und dabei die Unterschiede in Pflanzenorganen berücksichtigt. Tageszeitliche Konzentrationen von ABA, JA, IAA, SA und SAG wurden zu 8 unterschiedlichen Tageszeitpunkten in 3 unabhängigen Replikaten mittels HPLC untersucht. Wir konnten keine statistisch signifikanten Unterschiede erkennen. Die Untersuchungen zeigten jedoch eine Variation in den Phytohormonkonzentrationen in unterschiedlichen pflanzlichen Organen. Sekundäre pflanzliche Metabolite spielen als Resistenzfaktoren gegen Mikroorganismen eine wichtige Rolle. Sesamakzessionen, die diese Substanzen im hohen Ausmaß produzieren, stellen eine wichtige züchterische Ressource da. Um die Variation innerhalb der Akzessionen zu untersuchen, die ein hohes Niveau an sekundären Inhaltsstoffen aufweisen, haben wir die Effekte von 32 Pflanzenextrakten aus Sesamakzessionen gegen phytopathogene Pilze untersucht. Darunter befand sich ein Wurzelpathogen mit Spezialisierung auf Sesam (Macrophomina phaseolina), ein Blattpathogen mit breitem Wirtspflanzenkreis (Alternaria alternata) und Gefäßpathogen (Fusarium oxysporum). Die Diversität der Effekte, die für die unterschiedlichen Akzessionen beobachtet werden konnten, führt zu der Annahme, dass die Resistenzeigenschaften der Pflanzen durch gezielte züchterische Beeinflussung der metabolischen Aktivität verbessert werden können. In weiterführenden Untersuchungen zur Aufreinigung der Substanzen mit inhibitorischer Wirkung wurden Pflanzenextrakte in 80% Ethanol mit verschiedenen organischen Lösungsmitteln fraktioniert. Die meisten inhibitorischen Effekte konnten der Diethylether-Fraktion zugeschrieben werden. Im ersten Schritt wurden 4L des Extraktes hergestellt. Zwei aufgereinigte Lignane aus Sesam wurden gegen M. phaseolina, A. alternata und F. oxysporum getestet. Sesamin zeigte keinen Effekt bis zu einer Konzentration von 5mg/ml, während Sesamol (und 2,4-Dinitrophenol als Kontrolle) einen starken inhibitorischen Effekt aufwies. Für diese Substanzen wurden IC50 Werte ermittelt. Man kann festhalten, dass Sesamol dazu dienen kann, das Wachstum invasiver Pathogene einzuschränken. Durch die Kreuzung von zwei Elternlinien, die in der AFLP-Analyse einen signifikanten Polymorphismus aufwiesen, wurden Inzuchtlinien erzeugt. Die Nachkommen dieser Kreuzung wurden in 5 Generationen selbstbefruchtet. Das so entstandene Set aus RILs wurde mittels AFLP charakterisiert. Alle untersuchten RILs waren Hybride. Dies zeigt, dass während der ersten Kreuzung der Elternlinien keine Selbstung erfolgte. Wie erwartet, spalteten polymorphe AFLP-Marker der Elternlinien in den RILs zufällig auf. Monomorphe Marker fehlten in einigen RILs. Des Weiteren traten neue Marker auf, die zuvor nicht in den Elternlinien festgestellt werden konnten. Das Auftreten neuer Marker kann durch Rekombination zwischen Restriktionsfragmenten erklärt werden, welche die AFLP-Marker begrenzen. Die RILs werden nun von unseren Kooperationspartnern zum Aufbau einer genetischen Karte verwendet (Prof. Sami Doganlar und seine Arbeitsgruppe, Universität Antalya, Türkei).

Catharanthus roseus est une plante tropicale qui produit spécifiquement des alcaloïdes indoliques monoterpéniques (AIM) d’intérêt thérapeutique. Chez C. roseus, la branche terpénique incluant la voie du méthylérythritol phosphate (MEP) est considérée comme limitante et présente une régulation transcriptionnelle coordonnée en réponse aux hormones inductrices de l’accumulation alcaloïdique. Lors de ce travail, suite à des analyses bioinformatiques et à la caractérisation de promoteurs de gènes de la voie MEP, nous avons identifié de nouvelles familles de facteurs de transcription impliquées dans la régulation de la biosynthèse des AIM. Des membres de la famille des ZCT, des WRKY et des RR type B interagissent avec le promoteur du gène hds de la voie MEP et régulent son activité. Ces travaux ont permis d’approfondir les connaissances sur les réseaux transcriptionnels régulateurs de la biosynthèse des AIM. L’utilisation de ces nouveaux facteurs de transcription activateurs peut désormais être envisagée dans le cadre d’expériences d’ingénierie métabolique afin d’augmenter l’accumulation d’alcaloïdes d’intérêt pharmaceutique chez C. roseus. / Catharanthus roseus is a tropical plant producing specifically monoterpene indole alkaloids (MIA) of high interest due to their therapeutical values. In C. roseus cells, the terpenoid branch including the methyl erythritol phosphate pathway (MEP) provides the MIA terpenoid moiety and is regarded as limited for MIA biosynthesis. This branch presents a coordinated transcriptional regulation in response to hormonal signals leading to MIA production. In this context, bioinformatic analysises and functional characterization of MEP pathway gene promoters allowed the identification of new transcription factor families involved in the MIA pathway regulation. Members of ZCT proteins, WRKY and type B RR families specifically interact with the hds promoter from the MEP pathway and regulate its activity. This work permits to gain into insight the transcriptional network controlling the MIA biosynthesis. It is possible now to consider using transcription factor that act as activators and target genes from the terpenoid branch to increase the accumulation of alkaloids of pharmaceutical interest in C. roseus by metabolic engineering approaches.

Les alcaloïdes indoliques monoterpéniques (AIM) sont des molécules à propriétés anti-tumorales extraites de Catharanthus roseus. Leur coût de production et les besoins encore importants de ces médicaments en chimiothérapie, en font des cibles majeures pour la recherche de stratégies de production plus efficaces. L’objectif de ce travail vise à identifier de nouveaux facteurs de transcription (FT) régulateurs de la production des AIM. Cette étude porte plus particulièrement sur la caractérisation fonctionnelle et l’implication dans la régulation de la biosynthèse des AIM, de protéines de la famille des WRKY (CrWRKYs) et des protéines de type doigt de zinc (ZCTs) précédemment isolées au sein de l’EA2106 « Biomolécules et Biotechnologies Végétales ». Nos expériences ont révélé que, parmi ces protéines, CrWRKY22, CrWRKY32, ZCT1 et ZCT2 agissent en tant que facteurs de transcription et plus spécifiquement interagissent avec le promoteur du gène Crhds. Ce dernier code une enzyme de la voie du méthyl érythritol phosphate (MEP) considérée limitante pour la production des AIM. Ces travaux ont permis d’identifier de nouveaux FT ciblant la voie du MEP dont la régulation via les FT est encore peu élucidée à ce jour et d’envisager leur utilisation en ingénierie métabolique pour augmenter la production d’AIM par la modulation du flux terpénique chez C. roseus. / Monoterpene indole alkaloids (MIA) are molecules with anti-cancer properties from Catharanthus roseus. Their production cost and the important need in chemiotherapy make them major targets for the research of more efficient production strategies. The aim of this work is to identify new transcription factors (TF) that regulate MIA production. This study focuses especially on the functional characterization and the involvement in the MIA biosynthesis regulation, of proteins previously isolated in the EA2106 “Plant Biocompounds and Biotechnology” laboratory: 3 proteins that belong to the WRKY family (CrWRKYs) and 3 zinc finger proteins named ZCTs. Our experiments revealed that among them, CrWRKY22, CrWRKY32, ZCT1 and ZCT2 act as transcription factors and more specifically interact with the promoter of Crhds gene. Crhds encodes an enzyme of the methyl erythritol phosphate (MEP) pathway that is considered as limiting for MIA production. Our work allowed identifying new TFs targeting the MEP pathway those regulation through TFs is mostly unknown. Using such transcription factors in metabolic engineering could be now considered increasing MIA production by the modulation of terpenoid flux in C. roseus.

Die funktionelle Bildgebung der Expression der Cyclooxygenase-2 (COX-2) stellt aufgrund ihrer bedeutsamen Rolle bei pathophysiologischen Prozessen, insbesondere bei der Tumorprogression, einen wichtigen Forschungsansatz dar. Als nichtinvasive, bildgebende Methode bietet die PET (Positronen-Emissions-Tomographie) unter Ausnutzung von radiomarkierten Molekülen eine Möglichkeit, zeitlich und räumlich molekulare Prozesse abzubilden und zu verfolgen. Das Radionuklid Fluor-18 wird wegen seiner nahezu optimalen kernphysikalischen und chemischen Eigenschaften für die PET verwendet. Aufgrund der hohen Anforderungen, die an einen Radiotracer für die Bildgebung mittels PET gestellt werden, ist es bisher nicht gelungen, eine geeignete radiomarkierte Verbindung für die Visualisierung der COX-2-Expression in vivo zu entwickeln. Insbesondere die Spezifität, Selektivität und Affinität sowie die metabolische Stabilität eines Radiotracers sind wesentliche Parameter, die über den Erfolg der Verbindung in vivo entscheiden. Basierend auf den bisherigen Erkenntnissen bei der Entwicklung radiomarkierter selektiver COX-2-Inhibitoren verfolgte diese Arbeit zwei Strategien der Radiotracerentwicklungen. Als potente Zielverbindungen wurden aus der Stoffklasse mit tricyclischer Kernstruktur das Pyrrolo[3,2,1-hi]indol PI (1-(4-Fluorphenyl)-2-(4-methansulfonyl)phenyl-pyrrolo[3,2,1-hi]indol) und das 1,2-Dihydropyrrolo[3,2,1-hi]indol DHPI (5-Fluorphenyl-4-(4-methansulfonyl)phenyl-1,2-dihydropyrrolo[3,2,1-hi]indol) ausgewählt. Die Radiosynthese von [18F]PI gelang in einer manuellen Cu(II)-vermittelten 18F-Fluorierung ausgehend vom entsprechenden Arylboronsäurepinakolester. Die Radiosynthese von [18F]DHPI erfolgte automatisiert über eine Zwei-Stufen/ Ein-Topf-Reaktion bestehend aus einer 18F-Fluorierung und anschließender intramolekularer McMurry-Reaktion. Der Radiotracer [18F]DHPI wurde umfassend hinsichtlich seiner radiopharmakologischen Eigenschaften untersucht. Trotz seiner hohen Stabilität in vivo ist insbesondere die hohe Lipophilie von [18F]DHPI hinderlich für eine spezifische Anreicherung im Tumorgewebe. Im zweiten Teil der Arbeit wurde die chemische Struktur eines potenten, jedoch metabolisch unzureichend stabilen Radiotracers mit 1,5-Diaryl-substituierter Pyrazol-Kernstruktur und [18F]Fluormethylseitenkette (basierend auf Celecoxib) durch Seitenkettenverlängerung und Deuterierung verändert, sodass eine Beeinflussung der Stabilität erfolgen sollte. Es wurden die entsprechenden Referenzverbindungen und Präkursoren hergestellt. Die Radiosynthesen der drei Zielverbindungen erfolgten automatisiert in einer nucleophilen aliphatischen Substitutionsreaktion. Die drei Radiotracer wurden in vitro und in vivo hinsichtlich ihrer Stabilität und der zugrundeliegenden Metabolisierungsprozesse untersucht. Dabei zeigte insbesondere die Methode der Deuterierung ein hohes Potential für die Verbesserung der metabolischen Stabilität unter Beibehaltung der Affinität zum Zielenzym.

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