Der Erreger der Malaria tropica, Plasmodium falciparum, ist für eine jährliche Todesrate von über einer Million Menschen verantwortlich. Rasch zunehmende Erregerresistenzen gegen gängige Antimalariamedikamente und das Fehlen eines Impfstoffes machen die Suche nach neuen therapeutischen Ansätzen und Medikamenten unerlässlich. Sexualstadienspezifische Oberflächenproteine des Parasiten sind attraktive Zielstrukturen für die Entwicklung von TBV, welche eine Entwicklung von P. falciparum in der Mücke unterbrechen. Die Suche nach multiplen tier- oder bakterienähnlichen, extrazellulären Adhäsionsdomänen im Genom von P. falciparum führte zur Identifizierung einer Familie von sechs Proteinen mit hochkonservierten Adhäsionsmodulen, die vermutlich an Parasit-Parasit- oder Parasit-Wirtsinteraktionen beteiligt sind, was sie zu potentiellen Kandidaten für Komponenten von TBV macht. Aufgrund ihrer gemeinsamen LCCL-Domäne wurden diese Proteine PfCCp1 bis PfCCp5 sowie PfFNPA benannt. PfFNPA besitzt keine LCCL-Domäne, es ist jedoch ähnlich aufgebaut wie PfCCp5 und wurde daher mit in die PfCCp-Familie integriert. Die in der parasitophoren Vakuole reifer Gametozyten lokalisierenden PfCCp1- bis PfCCp3-Proteine werden während der Gametogenese teilweise freigesetzt und umgeben matrixähnlich entstehende Exflagellationszentren. In PfCCp2- und PfCCp3-defizienten Parasiten ist die Wanderung der Sporozoiten aus den Mitteldarmoozysten in die Speicheldrüsen der Mücke blockiert. Sexualstadien-spezifische Expression und eine wichtige Funktion bei der Entwicklung des Erregers in der Mücke sind die Hauptkriterien für potentielle TBV-Kandidaten. Diese viel versprechenden Daten waren Anlass, in der vorliegenden Arbeit, die bisher nur hypothetischen PfCCp5- und PfFNPA-Proteine genauer zu untersuchen. Expressionsstudien von PfCCp5 und PfFNPA mittels RT-PCR, Western-Blot-, Immunfluoreszenz- und Transmissionselektronenmikroskopischen-Analysen zeigten, dass sie sowohl plasmamembranassoziiert in der parasitophoren Vakuole als auch intrazellulär in reifen Gametozyten exprimiert werden. Beide Proteine sind in Gameto-zyten ab dem Stadium II detektierbar und weisen in unreifen Gametozyten ein punktiertes Expressionsmuster auf. In reifen Gametozyten konzentriert sich ihre Expression dagegen v. a. auf die Zellpole. Ferner werden PfCCp5 und PfFNPA auf der Oberfläche von Makrogameten, jedoch nicht in Mikrogameten und Ookineten exprimiert. Zusätzlich wird PfCCp5 in einem Teil reifer Schizonten eines gametozyten-bildenden Parasiten-Stammes exprimiert. Durch Integration eines Komplementations-Konstukts in die 3-untranslatierte Region von PfCCp5 bzw. PfFNPA konnte gezeigt werden, dass beide Gene genetisch manipulierbar sind. Mit PfCCp5- bzw. PfFNPA-KO-Konstrukten transfizierte WT-Parasiten wachsen nach erfolgter positiver Selektion jedoch nicht mehr. Diese Daten lassen vermuten, dass PfCCp5 und PfFNPA eine essentielle Funktion in den Blutstadien bzw. bei Gametozytenbildung haben. Zur weiteren Analyse von PfFNPA wurde ein verkürztes Protein durch Integration eines weiteren PfFNPA-KO-Konstrukts in den Locus von WT-Parasiten generiert. Erste Analysen des PfFNPA-KO-Phänotyps deuten darauf hin, dass durch die Ausschaltung der 3’-Region des Gens das Protein nicht mehr korrekt exprimiert wird, obwohl keine morphologischen Veränderungen der Blutstadien des Parasiten feststellbar sind. Außerdem werden PfCCp5 und PfFNPA ko-abhängig in PfCCp1-, PfCCp2- und PfCCp3-KO-Gametozyten exprimiert. Ko-Immunpräzipitationsstudien zeigten, dass beide Proteine mit den anderen PfCCp-Mitgliedern interagieren. Affinitätschromato-graphiestudien deckten dann direkte Interaktionen einzelner PfCCp-Domänen auf. Hierbei sind v. a. die LCCL-, die SR- und die NEC- Domäne an Proteininteraktionen beteiligt, was die Hypothese einer Komplexbildung der PfCCp-Familie während der Gametogenese des Erregers stützt. Transmissionsblockierungsstudien sollen nun die Eignung ausgewählter PfCCp-Proteine als TBV-Komponenten näher beleuchten. Zunehmende Resistenzen gegen gebräuchliche Malariamedikamente veranlassen zur Suche nach neuen Angriffspunkten zur Behandlung der Erkrankung. Die maßgeblich an der Hämoglobinhydrolyse beteiligten plasmodialen Cysteinproteasen Falcipain-2 und Falcipain-3 sind mögliche Ziele für die Entwicklung neuer Antimalariawirkstoffe. In der vorliegenden Arbeit wurden peptidomimetische 1,4-Benzodiazepin- und nicht-peptidische Etacrynsäurederivate in vitro auf ihre antiplasmodiale Wirkung an P. falciparum-Blutstadien getestet. Ein erstes Screening hatte gezeigt, dass die eine Vinylsulfonkopfgruppe tragenden 1,4 Benzodiazepinderivate rekombinant exprimiertes Falcipain-2 irreversibel hemmen. In vitro konnte dann auch eine antiplasmodiale Aktivität für diese Verbindungen festgestellt werden. Dockingstudien und HPLC-Assays mit den Etacrynsäurederivaten deckten eine Hemmung der Cysteinprotease Papain und der SARS-Mpro-Hauptprotease der Coronaviren auf. Weiterhin konnte in einem Screening an rekombinant exprimiertem Falcipain-2 und Falcipain-3 eine inhibitorische Wirkung für einen Teil dieser Etacrynsäurederivate festgestellt werden. Der In-vitro-Test an P. falciparum-Blutstadien deckte dann eine schwache antiplasmodiale Aktivität von fluorsubstituierten Etacrynsäurederivaten und von Derivaten mit einer modifizierten Etacrynsäurepartialstruktur auf. Der viel versprechendste Inhibitor dieser Studie wurde nun zur Identifizierung potentieller Bindungspartner mittels Affinitätsbindungsstudien biotyniliert. Zusammenfassend besitzen beide getesteten Wirkstoffklassen eine inhibierende Aktivität gegenüber Cysteinproteasen womit sie die Grundlage für die Entwicklung neuer, effektiverer plasmodialer Cysteinproteaseinhibitoren bieten. / The causative agent of Malaria tropica, Plasmodium falciparum, is responsible for more than 1 million deaths each year. The intensive search for new therapeutic strategies and drugs remains essential because of a rapidly increasing resistance of the pathogen against common available drugs and the persistant lack of a malaria vaccine. Sexual stage-specific surface proteins of the parasite are attractive targets for the development of transmission blocking vaccines (TBV), which are able to block the development of P. falciparum within the mosquito. The screening of the P. falciparum genome for multiple animal- or bacterial-like, extracellular adhesion domains identified a protein family with highly conserved adhesive modules consisting of six members. They are supposed to be involved in parasite-parasite or parasite-host interactions making them promising candidates for subunits of TBV. Due to a shared LCCL-domain these proteins were named PfCCp1 through PfCCp5 and PfFNPA. PfFNPA lacks this LCCL-domain but because of its similarity to PfCCp5 it was integrated into the PfCCp family. The three family members PfCCp1, PfCCp2 and PfCCp3 localize within the parasito-phorous vacuole of mature gametocytes and are partly released during gamete emergence surrounding exflagellation centers extracellularly in a matrix-like pattern. Functional disruption of PfCCp2 and PfCCp3 leads to a blockade of transition of sporozoites from the midgut oocysts to the salivary glands within the mosquito. Sexual stage-specific expression and an essential role for the parasite development within the mosquito are two major criteria for prospective components of TBV. These promising data gave reason for a detailed analysis of the so far only hypothetical PfCCp5 and PfFNPA proteins in the present work. Expression analysis of PfCCp5 and PfFNPA using RT-PCR, Western Blot, immunofluorescence assays and transmission electronmicroscopy revealed that they are intracellularly expressed as well as in association with the plasma membrane within the parasitophorous vacuole of mature gametocytes. Expression of both proteins is detectable in stage II gametocytes. They exhibit a punctuated expression pattern in immature gametocytes, but in mature gametocytes proteins are more restricted to the poles. PfCCp5 as well as PfFNPA are present on the surface of macrogametes but not in microgametes and their expression ceases during ookinete maturation. Additionally PfCCp5 is also expressed in a subset of schizonts of a gametocyte forming parasite strain. Through integration of a PfCCp5- and a PfFNPA-complementation construct it was possible to show that the genes are accessible for genetic manipulation. In contrast parasites transfected with either a PfCCp5- or a PfFNPA-KO-construct do not grow after positive selection. These data support the assumption that both proteins are essential for the parasite blood stages or for the development of gametocytes. For further characterization of PfFNPA a truncated protein was synthesized by integration of another PfFNPA-KO-construct into the WT-locus of the gene. First studies of the PfFNPA-KO phenotype revealed that disruption of the 3’-region of the gene results in an incorrect protein expression although the parasites blood stages do not exhibit morphological changes. Additionally PfCCp5 and PfFNPA are co-dependently expressed in PfCCp1-, PfCCp2- and PfCCp3-KO parasites. Co-immunoprecipitation studies showed interactions of these two proteins with the other PfCCp family members. Affinitychromatography studies on recombinantly expressed PfCCp proteins further demonstrated direct interactions of distinct PfCCp-domains. Especially the LCCL-, the SR- and the NEC-domain are involved in protein interactions within the PfCCp family supporting the hypothesis that protein complex formation during gametogenesis of the pathogen is mediated by the PfCCp family members. Transmission blocking assays will now elucidate the potential of select PfCCp proteins as subunits of TBV. Rising resistances against common available antimalaria drugs prompt the search for new targets for the treatment of the disease. Falcipain-2 and falcipain-3 are cysteine proteases of Plasmodium which play a pivotal role in hemoglobin hydrolysis and are putative targets for the development of new antimalarial drugs. In the present work a set of peptidomimetic 1,4-benzodiazepin derivatives and a set of non-peptidic etacrynic acid derivatives were evaluated for their antiplasmodial activity. Initial screening of the 1,4-benzodiazepin derivatives containing a vinyl sulfone warhead on recombinantly expressed falcipain-2 revealed irreversible inhibition of the enzyme. These compounds also exhibited antiplasmodial activity in vitro. Docking studies and HPLC-Assays using the etacrynic acid derivatives revealed inhibition of the cysteine protease papain and of the SARS coronavirus main protease Mpro. Further screening on recombinantly expressed falcipain-2 and falcipain-3 revealed inhibitory effects for some of these derivatives. In vitro testing on P. falciparum blood stages revealed weak antiplasmodial activity for flourine substituted etacrynic acid derivatives and for derivatives having a partially modified structure of etacrynic acid. The most promising inhibitor of the study has now been biotinylated for further affinity binding studies to evaluate its potential binding partners. Taken together both tested inhibitor classes exhibit inhibiting activity against cysteine proteases and therefore provide basis for the development of more effective new cysteine protease inhibitors.

Die erwiesene Verbindung der V-ATPase mit Krankheiten wie Osteoporose oder Krebs erfordert die umfassende Analyse des Enzyms und seiner Inhibitoren, um entsprechende therapeutische Ansätze zu ermöglichen. V-ATPasen befinden sich sowohl in Endomembranen eukaryotischer Zellen als auch in Plasmamembranen vieler tierischer Zellen. Strukturell gliedern sie sich in einen membranständigen, protonentranslozierenden VO-Komplex und einen peripheren, ATP-hydrolysierenden V1-Komplex. Über die Kopplung von ATP-Hydrolyse und Protonentransport energetisiert die V-ATPase viele transmembrane Transportprozesse und reguliert den pH-Wert in Organellen und Zellen. Die etablierten Plecomakrolid-Inhibitoren Bafilomycin und Concanamycin, welche schon seit den 1980er Jahren untersucht werden, hemmen die V-ATPase spezifisch in nanomolaren Konzentrationen. In vorangegangenen Arbeiten war der Hauptteil ihrer Bindestelle bereits der c-Untereinheit des VO-Komplexes zugeordnet worden, wobei aber auch die VO-Untereinheit a an der Bindung beteiligt zu sein scheint. In der vorliegenden Arbeit wurde die Bindestelle mit Hilfe von Photoaffinitätsmarkierungen mit neuen Plecomakrolid-Derivaten und der V-ATPase aus Manduca sexta weiter charakterisiert. Dabei wurde bestätigt, dass die Plecomakrolide an die VO-Untereinheit c binden. Außerdem konnte die Beteiligung der VO-Untereinheit a erstmals direkt gezeigt werden. Sie ist vermutlich auf die engen Interaktionen der Untereinheiten innerhalb des VO-Komplexes zurückzuführen, weshalb ein Inhibitionsmechanismus naheliegt, bei dem Bafilomycin und Concanamycin als „Stöckchen im Getriebe“ die Rotation des c-Rings relativ zur a-Untereinheit verhindern. Mit dem Inhibitor Apicularen wurde in dieser Arbeit erstmals die Bindestelle eines Benzolacton Enamids an der V-ATPase bestimmt. Eine Besonderheit der Benzolacton Enamide ist die Tatsache, dass sie als erste Inhibitor-Klasse die V-ATPasen von Pilzen nicht hemmen. Nach Kenntnisstand zu Beginn dieser Arbeit binden die Benzolacton Enamide zwar innerhalb des VO-Komplexes, aber an anderer Stelle als die Plecomakrolide und der Inhibitor Archazolid. Überraschenderweise wurden aber bei Photoaffinitätslabelversuchen mit einem Diazirinyl-Derivat von Apicularen ebenfalls die VO-Untereinheiten a und c markiert. Es konnte bestätigt werden, dass sich die Apicularen-Bindestelle deutlich von der des Archazolids unterscheidet, sie jedoch teilweise mit der Plecomakrolid-Bindestelle überlappt. Für die weitere Untersuchung der Apicularen-Bindung wurden Komplementationsstudien mit Deletionsmutanten von Saccharomyces cerevisiae und VO-Untereinheiten Apicularen-sensitiver Organismen durchgeführt. Während der funktionelle Austausch der a-Untereinheit gegen Hybrid-a-Untereinheiten aus S. cerevisiae und Homo sapiens nicht glückte, resultierte der Austausch der c-Untereinheit gegen Homologe von H. sapiens und M. sexta in vollständig assemblierten und aktiven Hybrid-V-ATPasen. Damit gelang es erstmals, eine humane V-ATPase-Untereinheit in Hefe funktionell zu exprimieren. Dadurch, dass die Hybrid-V-ATPasen nicht durch Apicularen gehemmt werden, kann angenommen werden, dass die Apicularen-Bindestelle zumindest nicht von der c-Untereinheit allein gebildet wird, sondern dass im Umkehrschluss die VO-Untereinheit a einen erheblichen Beitrag zur Bindung beisteuert.

Ubiquitin is a 76 amino acid long polypeptide, which is present throughout eukaryotes in a highly conserved fashion. Ubiquitin can modify proteins by becoming covalently attached to them. Eukaryotic cells employ ubiquitin to maintain and regulate fundamental cellular processes like protein degradation, the immune response and transcriptional and translational regulation. Transfer of ubiquitin to the substrate is achieved by the catalysis of three classes of enzymes namely E1, E2 and E3. Together these enzymes form a pyramidal hierarchy, where E1 stands at the apex and E3 enzymes form the base of the pathway. The ubiquitin activating enzyme 1 (UBA1) plays a major role in ubiquitylation being the ubiquitin-dedicated E1 enzyme. In addition, it is the only enzyme in this pathway to use ATP as an energy source to catalyze two important reactions. The products of these reactions, ubiquitin adenylate and ubiquitin thioester, are the essential intermediate states of ubiquitin, for being conjugated to the target protein. With the help of X-ray crystallography and biochemical approaches, snapshots of multiple catalytic states of UBA1, where it is bound to Mg-ATP, ubiquitin and the E2 Ubc13 as substrates could be captured. With the help of these high-resolution crystal structures, deeper insights into the enzymatic mechanism of UBA1 could be attained. The resulting insights into the catalytic cycle were further validated by biochemical assays. It could be shown that ATP acts as a molecular switch to induce the enzyme’s open conformation. Ubiquitin-binding to the enzyme leads to domain rotations, which facilitate the recruitment of a cognate E2 enzyme. The interdomain communication as well as the cross-talk with the substrates and the products fuel the enzymatic cycle of UBA1. Due to the proven efficacy of proteasome inhibitors for cancer treatment, which block degradation of proteins labeled with ubiquitin, enzymes participating in the ubiquitylation cascade have been targeted by researchers for the development of novel anti-cancer therapeutics. UBA1 inhibition has been shown to preferentially induce cell death in malignant cells, and it can also be used as a strategy to overcome resistance against proteasome inhibitors. MLN7243, an adenosyl sulfamate inhibitor developed by Millenium Pharmaceutical to specifically target UBA1, is currently in Phase-I clinical trials for the treatment of solid tumors. UBA1 could be crystallized in complex with three adenosyl sulfamate inhibitors covalently linked to ubiquitin, which are promising drug candidates for cancer therapy. The inhibitors employed, MLN7243, MLN4924 and ABPA3, show distinct specificities towards different E1 enzymes. With the help of crystal structures the specificity determinants of these inhibitors could be deciphered, which were further confirmed by inhibition assays as well as molecular dynamics simulations. Together these crystal structures provide a starting point for developing E1-specific inhibitors, which, besides their potential for medicinal purposes, are important tools to better understand the function of the ubiquitin system as well as the action of ubiquitin-like proteins. / Ubiquitin ist ein 76 Aminosäuren langes Polypeptid, das in allen Eukaryoten vorkommt und hoch konserviert ist. Ubiquitin kann Proteine modifizieren indem es mittels einer kovalente Bindung an diese angeheftet wird. Eukaryotische Zellen nutzen Ubiquitin, um fundamentale zelluläre Prozesse wie den Proteinabbau, die Immunantwort sowie die Regulation der Transkription und Translation aufrecht zu erhalten. Der Transfer von Ubiquitin auf das Substrat wird durch die Katalyse von drei Enzymklassen E1, E2 und E3 erreicht. Zusammen bilden diese Enzyme eine pyramidale Hierarchie in der das E1 an der Spitze steht und die E3 Enzyme die Basis bilden. Das Ubiquitin-aktivierende Enzym 1 (UBA1) ist das E1 Enzym für Ubiquitin und spielt somit eine Hauptrolle in der Ubiquitinierung. Weiterhin ist es das einzige Enzym dieses Stoffwechselweges, das ATP als Energie nutzt, um zwei wichtige Reaktionen zu katalysieren. Die Produkte dieser Reaktionen, Ubiquitin-Adenylat und thioesterifiziertes Ubiquitin, sind die essentiellen Ubiquitinintermediate für die Konjugation an das Zielprotein. Mit Hilfe der Röntgenstrukturanalyse und biochemischer Ansätze konnten für UBA1 Momentaufnahmen multipler katalytischer Zustände erfasst werden, in denen es an die Substrate Mg-ATP, Ubiquitin und dem E2 Enzym Ubc13 gebunden vorliegt. Mit Hilfe dieser hochaufgelösten Kristallstrukturen konnten tiefere Einblicke in den enzymatischen Mechanismus des Enzyms erzielt werden. Die gesammelten Erkenntnisse zum katalytischen Zyklus wurden mittels biochemischer Methoden validiert. Es konnte gezeigt werden, dass ATP als molekularer Schalter fungiert, um das Enzym in seine offene Konformation zu überführen. Die Bindung von Bindung an das Enzym führt zur Rotation einzelner Domänen welche die Rekrutierung des E2 Enzymes erleichtern. Die Interdomänen-Interaktion sowie molekulare Wechselwirkungen mit den Substraten und Produkten treiben den enzymatischen Zyklus von UBA1 an. Die Einsatz von Proteasominhibitoren, die den Abbau von Ubiquitin-markierten Proteinen blockieren, in der Krebstherapie weckte das Interesse von Forschern Enzyme, die an der Ubiquitinierungs-Kaskade beteiligt sind, als neue therapeutische Ziele zur Bekämpfung von Krebserkrankungen zu erschließen. Es konnte gezeigt werden, dass die Inhibierung von UBA1 bevorzugt den Tod maligner Zellen induziert und als Strategie für die Überwindung der Resistenz von Proteasominhibitoren genutzt werden kann. MLN7243, ein Adenosyl-Sulfamat Inhibitor, der von Millenium Pharmaceuticals entwickelt wurde und spezifisch UBA1 angreift, befindet sich gegenwärtig in klinischen Studien der Phase I mit dem Ziel einer Behandlung von soliden Tumoren. UBA1 konnte im Komplex mit drei an Ubiquitin gekoppelten Adenosyl-Sulfamat Inhibitoren, die vielversprechende Wirkstoffe in der Krebstherapie sind, kristallisiert werden. Die Inhibitoren MLN7243, MLN4924 und ABPA3 besitzen unterschiedliche Spezifitäten für verschiedene E1 Enzyme. Mit Hilfe von Kristallstrukturen konnten Spezifitätsfaktoren dieser Inhibitoren entschlüsselt werden, die im Weiteren mittels Inhibierungstests und molekulardynamischer Simulationen bestätigt werden konnten. Diese Kristallstrukturen lieferten ein klareres Bild für die Entwicklung E1-spezifischer Inhibitoren mit deren Hilfe, neben ihrer potentiellen medizinischen Anwendung, ein besseres Verständnis des Ubiquitinsystems und Ubiquitin-ähnlicher kovalenter Verknüpfungen gewonnen werden kann.

We examined the effect of cyclosporin A, tacrolimus, sirolimus and everolimus on the cell growth, viability, proliferation, expression of cellular adhesion molecules (CAM) and leukocyte (PBMC) binding of human macrovascular (coronary artery, saphenous vein) and microvascular endothelial cells (EC). Tacrolimus did not affect EC integrity, growth or expression of CAM. Exclusively, EC from the coronary arteries showed a reduced cellular growth (about 30%) under cyclosporin A and tacrolimus treatment. In contrast, treatment with mTOR inhibitors reduced EC proliferative activity by about 40%, independently of the EC origin. No induction of apoptosis (caspase-3/7 activity) or cytotoxicity (MTS test) was observed. Long-term treatment with high concentrations of sirolimus and everolimus did not enhance the expression of CAM. Stimulation with tumor necrosis factor significantly increased the expression of CAM, independently of the drugs used. None of the mTOR inhibitors influenced the tumor necrosis factor-induced expression of CAM, whereas adhesion of PBMC increased significantly, as described by other papers. In summary, neither calcineurin inhibitors nor mTOR inhibitors activate human micro- and macrovascular EC. Therefore, the investigated drugs are unlikely to contribute to EC activation during transplant-associated vasculopathy. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

We examined the effect of cyclosporin A, tacrolimus, sirolimus and everolimus on the cell growth, viability, proliferation, expression of cellular adhesion molecules (CAM) and leukocyte (PBMC) binding of human macrovascular (coronary artery, saphenous vein) and microvascular endothelial cells (EC). Tacrolimus did not affect EC integrity, growth or expression of CAM. Exclusively, EC from the coronary arteries showed a reduced cellular growth (about 30%) under cyclosporin A and tacrolimus treatment. In contrast, treatment with mTOR inhibitors reduced EC proliferative activity by about 40%, independently of the EC origin. No induction of apoptosis (caspase-3/7 activity) or cytotoxicity (MTS test) was observed. Long-term treatment with high concentrations of sirolimus and everolimus did not enhance the expression of CAM. Stimulation with tumor necrosis factor significantly increased the expression of CAM, independently of the drugs used. None of the mTOR inhibitors influenced the tumor necrosis factor-induced expression of CAM, whereas adhesion of PBMC increased significantly, as described by other papers. In summary, neither calcineurin inhibitors nor mTOR inhibitors activate human micro- and macrovascular EC. Therefore, the investigated drugs are unlikely to contribute to EC activation during transplant-associated vasculopathy. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Der Intestinalparasit Entamoeba histolytica exprimiert während seines gesamten Lebenszyklus zwei Cysteinpeptidase-Inhibitoren der Chagasin-Familie (EhICP1 und EhICP2). Beide EhICPs inhibieren die peptidolytische Aktivität von E. histolytica-Zellextrakten und der humanen Peptidasen Cathepsin B und L unterschiedlich effektiv. Innerhalb der Trophozoiten von E. histolytica sind die EhICPs in verschiedenen Kompartimenten lokalisiert, EhICP1 im Cytosol und EhICP2 in Vesikeln, wo es mit verschiedenen lysosomalen Hydrolasen und mit phagocytierten Partikeln kolokalisiert. Im Vergleich zu den amöbialen Peptidasen liegen die EhICPs im molaren Unterschuss innerhalb der Zellen vor. Außerdem ist die Produktion und Lokalisationen der Peptidasen sowie der verschiedenen physiologische Prozesse, an denen die EhCPs beteiligt sind, unabhängig von der Expression der ehicp-Gene. Die erhaltenen Ergebnisse lassen darauf schließen, dass EhICP1 die Zelle vor versehentlich aus undicht gewordenen Lysosomen freigesetzten Peptidasen schützt, während EhICP2 an housekeeping-Prozessen, wie der Kontrolle der Prozessierung von Peptidasen, beteiligt sein könnte. Neben der Charakterisierung der Cysteinpeptidase-Inhibitoren aus E. histolytica bildeten Untersuchungen an einem Annexin-homologen Protein aus Giardia lamblia, einem anderen Intestinalparasiten, einen weiteren Schwerpunkt der hier vorgestellten Arbeit. Das Annexin-homologe alpha-19-Giardin nimmt unter allen Annexinen eine Sonderstellung dahingehend ein, als dass es als bisher einzig bekanntes Annexin ein N-terminales Signal für eine Doppelacylierung besitzt. Mit Hilfe von verschiedenen Expressionssystemen konnte hier experimentell belegt werden, dass alpha-19-Giardin tatsächlich als Substrat für eine Myristoyl- sowie für eine Palmitoyltransferase fungiert, und diese Modifikation die Membranassoziation des Proteins bewirkt.

Bluthochdruck zählt zu einer der häufigsten Zivilisationskrankheiten und ist der Hauptfaktor für die Entstehung kardiovaskulärer Erkrankungen. Das Präventionspotenzial bei Hypertonie ist sehr hoch, da lebensstilassoziierte Faktoren wie Übergewicht, hoher Kochsalz- und Alkoholkonsum oder Stress die Entstehung eines erhöhten Blutdrucks wesentlich begünstigen. Daher wird eine antihypertensive Therapie meist mit nicht-medikamentösen Maßnahmen eingeleitet. Für die Regulation des Blutdrucks ist die nähere Betrachtung des Angiotensin-Converting Enzymes (ACE) wichtig, da es eines der Schlüsselenzyme des Renin-Angiotensin-Aldosteron-Systems und des Kallikrein-Kinin-Systems darstellt. Die Möglichkeit, dass ACE-inhibierende Peptide aus Lebensmittelproteinen über die Nahrungsmittelaufnahme einen positiven physiologischen Effekt auf den Blutdruck ausüben, ist ein vielversprechender Ansatz zur Unterstützung einer nicht-medikamentösen Therapie bei Hypertonie. In der Literatur sind zahlreiche Peptide beschrieben, welche eine inhibitorische Wirkung auf das ACE in vitro besitzen. Die vorliegende Arbeit beschäftigte sich mit der Klasse der tryptophanhaltigen Dipeptide, die in der Literatur als potente, natürliche ACE-Inhibitoren beschrieben sind. Die tryptophanhaltigen Peptide wurden hinsichtlich ihrer Gewinnung, ihrer Hemmwirkung auf das Zielenzym und bezüglich ihrer Bioverfügbarkeit in vitro und in vivo untersucht.

Während meiner Dissertation beschäftigte ich mich mit der Synthese von polyhalogenierten Pyrrolalkaloiden. Im Zentrum der Darstellung dieser Verbindungen stand die von mir in meiner Diplomarbeit erfolgreich zur Synthese von Pentabrompseudilin angewandte silber-katalysierte Cyclisierung von N-tosylsubstituierten Homopropargylaminen. So konnte das Pentachlorpseudilin in der zweiten Totalsynthese überhaupt sowie mehrere gemischt halogenierte synthetische Derivate aufgebaut werden. Diese Verbindungen konnten in einer Kooperation mit Herrn Prof. Gutzeit aus der Fachrichtung Biologie der TU Dresden und Herrn Prof. Manstein von der Medizinischen Hochschule Hannover, als hochwirksame Myosin ATPase-Inhibitoren identifiziert werden. Bei den verschieden halogenierten Verbindungen ließen sich deutliche Unterschiede in der inhibitorischen Aktivität feststellen. Ein zum Pentabrompseudilin benzologes Indolderivat, welches in einer kurzen Synthese aufgebaut werden konnte, war hingegen nicht aktiv. Im zweiten Teil der Promotion beschäftigte ich mich in einer Kooperation mit Dr. Kurzchalia vom Max-Planck-Institut für Molekulare Zellbiologie und Genetik (Dresden) mit der Synthese von hormonell aktiven Steroiden, speziell den Cholesten-26-säuren, welche Liganden für den hormonellen Rezeptor DAF-12 des Nematoden Caenorhabditis elegans repräsentieren. Die an C-25 R-konfigurierten Säuren waren in der Literatur mit einer deutlich geringeren Aktivität als die 25S-Säuren beschrieben. Die 25R-Steroide waren synthetisch leicht aus kommerziell erhältlichem Diosgenin zugänglich. So konnten alle drei 25R-Säuren in kurzen Synthesen dargestellt werden. In deren Verlauf wurden verschiedene Oxidations- und Schutzgruppenreaktionen eindrucksvoll angewendet. Für die Einführung der 25S-Konfiguration in der Seitenkette sollte eine EVANS-Aldolreaktion an geeignetem Startmaterial angewandt werden. In der Tat führte die Verwendung eines chiralen Oxazolidinons stereoselektiv zum gewünschten Enantiomer in sehr guten Ausbeuten, selbst bei großen Ansätzen. Zur weiteren Transformation musste die durch die Aldolreaktion eingeführte Hydroxygruppe an C-24 entfernt werden. Dies gelang in exzellenter Ausbeute mit Hilfe einer radikalischen Deoxygenierung nach BARTON und MCCOMBIE. So konnte in acht Stufen ein zentrales Syntheseintermediat gewonnen werden, dass in alle drei Naturstoffe überführt werden konnte. Damit waren ausreichende Mengen für biologische Untersuchungen hergestellt worden. Mit der gesättigten (25S)-Dafachronic Acid konnte ein neuer Ligand für DAF-12 synthetisiert werden. Gleichzeitig konnte gezeigt werden, dass die Existenz einer Doppelbindung in den Cholesten-26-säuren für die biologische Aktivität unerheblich ist. Für weitere biologische Tests konnten neue Normethylderivate des Cholesterols gewonnen werden. Diese zeigten zum Teil ungewöhnliche biologische Aktivität. Außerdem wurden Versuche zu an verschiedenen Positionen bromierten Cholesterolderivaten unternommen. Im letzten Teil meiner Dissertation konnten neue hoch hydroxylierte Steroide dargestellt werden, die in einer Kooperation mit Prof. Franzblau vom Institute for Tuberculosis Research (Chicago, USA) auf ihre Aktivität gegen Mycobacterium tuberculosis getestet werden sollten. Dabei konnte eine ungewöhnliche 1,2-anti-Hydroborierung beoachtet werden, deren Mechanismus noch genauer untersucht werden muss.

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