Einen möglichen Ansatzpunkt für eine antivirale Therapie gegen SARS-Coronaviren bildet die Hemmung der Cysteinproteasen SARS-CoV-Mpro und SARS-CoV-PLpro. Diese übernehmen die Polyprotein-Spaltung während der Virusreplikation und sind damit essentiell für das Überleben und die Verbreitung des Virus. Im Rahmen dieser Arbeit wurden potentielle Inhibitoren der SARS-CoV-Mpro synthetisiert, die Pyridin-, Piperidin-, Pyrrolidin-, Pyridylessigsäure- und Thiazol-Derivate als Grundbausteine enthalten. Durch Strukturmodifikationen wurde eine Serie neuer Verbindungen erhalten, deren inhibitorische Aktivitäten in fluorimetrischen Assays (FRET-Assays) an den Enzymen SARS-CoV-Mpro und SARS-CoV-PLpro untersucht wurden. Weiterhin wurden Testungen an Coronaviren, den Protozoen Leishmania major und Typanosoma brucei brucei und an Makrophagen durchgeführt. Die synthetisierten Verbindungen wurden in sechs Strukturklassen eingeteilt. Strukturklasse 1 enthält Pyridin-, Piperidin-, Pyrrolidin- und Pyridylessigsäure-Derivate ohne Seitenkette in α-Position. Diese bestehen aus einem peptidischen Carbonsäure-Fragment mit N-Heterozyklus. Die Strukturklasse 2 bilden Pyridylessigsäure-Derivate mit einer zusätzlichen aliphatischen Seitenkette in α-Position zur Carboxylfunktion. Die Seitenkette sollte durch Adressierung der S1‘- bzw. S2‘-Bindetasche der SARS-CoV-Mpro die Affinität zum Enzym erhöhen. In den Strukturklassen 3 bis 6 bilden Thiazolamide das bestimmende Strukturelement. In der Strukturklasse 3 kamen dabei unterschiedlich substituierte aromatische Carbonsäuren zum Einsatz, die mit einer Reihe 4,5-substituierter Thiazolamine verknüpft wurden. In den übrigen Stoffklassen, in denen ausschließlich 5-Acetyl-4-methylthiazolamin als Amin-Fragment diente, wurde der Einfluss von Säure-Bausteinen ohne Michael-System (Strukturklasse 4) bzw. mit Michael-System (Strukturklasse 5), sowie die Einführung einer Seitenkette am Benzolring oder am Michael-System (Strukturklasse 6) untersucht. Bei den durchgeführten Enzymassays an der SARS-CoV-Mpro zeigten die synthetisierten Verbindungen insgesamt nur eine geringe Hemmung der Protease (<30 %, 20 µM). Daher lassen sich aus den erhaltenen Ergebnissen keine Struktur-Wirkungsbeziehungen ableiten. Dennoch sind in den Ergebnissen Trends erkennbar. Alle aktiven Verbindungen (Hemmung >10 % bei 20 μM) der Pyridin-, Pyrrolidin-, Piperidin- und Pyridylessigsäure-Derivate enthielten als Strukturmerkmal größere Seitenketten wie n-Pentyl, Cyclopropylmethyl und Crotyl (Strukturklasse 2). Bei den Thiazolamiden der Strukturklassen 3-6 führte die Einführung eines Michael-Systems in der Strukturklasse 5 zu etwas aktiveren Verbindungen. Den größten Einfluss auf die Aktivität zeigte jedoch die Einführung einer Seitenkette in α-Postion zur Carboxylgruppe (Strukturklasse 6). In den Strukturklassen 3 und 4 erwiesen sich nur sehr wenige Verbindungen als aktiv. / Potential targets in antiviral therapy against SARS are the viral cysteine proteases SARS-CoV-Mpro and SARS-CoV-PLpro which are essential enzymes for the viability and the propagation of the virus. These are outstanding targets for the development of new protease inhibitors as antiviral drugs due to the cleavage of the polyprotein encoded by the viral RNA. The main goal of this work was the synthesis of potential inhibitors of SARS-CoV-Mpro which are comprised of pyridine-, piperidine-, pyrrolidine-, pyridyl acetic acid- and thiazole-building blocks. By structural modifications, series of new chemical entities have been synthesized and tested in fluorometric enzyme assays (FRET-assays) for inhibition of SARS-CoV-Mpro and SARS-CoV-PLpro. They were also tested against SARS-coronavirus, the protozoa Leishmania major and Typanosoma brucei brucei and macrophages. These compounds can be subdivided into six structural classes The class 1 contains pyridine-, pyrrolidine-, piperidine- and pyridyl acetic acid-derivatives without a side chain in the α-position. They consist of a carboxylic acid fragment attached to a N-heterocycle. Class 2 compounds are pyridyl acetic acid-derivatives containing an additional aliphatic side chain in α-position to the carboxylic function. Introduction of this side chain was supposed to enhance the affinity of the compound to the enzyme by addressing the S1‘-/S2‘-binding pockets of SARS-CoV-Mpro. In classes 3-6 thiazole amides are the essential structural element. Class 3 comprises thiazole amides with varying aromatic carboxylic acids linked to 4,5-substituted thiazole amines. The classes 4-6 contain 5-acetyl-4-methylthiazolamine as amine fragment with acetic acid building blocks without double bond (class 4), with double bond (class 5) as well as building blocks with an additional side chain attached to the aromatic system or the double bond (class 6). In general, all compounds showed only poor inhibition in enzyme assays with SARS-CoV-Mpro (<30 %, 20 µM). For this reason no clear structure-activity-relationship (SAR) can be deduced, nevertheless the results show some trends. All active compounds (inhibition >10 % at 20 µM) of pyridine-, pyrrolidine-, piperidine- and pyridyl acetic acid-derivatives comprise longer side chains like n-pentyl, cyclopropylmethyl and crotyl (class 2). Examining the thiazole amides of classes 3-6 the introduction of a double bond (class 5) lead to slightly more active compounds. However, the highest influence on protease activity is found with compounds containing a side chain in α-postion to the carboxylic function (class 6). Within classes 3 and 4 only few compounds are active.

Um Wirkstoffe gegen das SARS-Coronavirus zu erhalten, wurden in dieser Arbeit Proteaseinhibitoren gegen die SARS-CoV-PLpro entwickelt. Ein Ansatz um neue Wirkstoffe gegen HIV zu finden, wurde über eine versuchte Blockade von Elongin-C beschritten. Bei der computergestützten Suche nach neuen SARS-CoV-PLpro-Inihibitoren wurde zunächst die strukturell bekannte Ligand-Bindetasche analysiert, und nach Evaluation des Dockingprozesses wurden mehrere Screeningprojekte an den Röntgenkristallstrukturen 3E9S und 3MJ5 durchgeführt. Von 24 kommerziell erworbenen Screening-Verbindungen riefen 7 eine Störung des beim Enzymassay gemessenen Fluoreszenzsignals hervor (Quenching bzw. Eigenfluoreszenz). Letztlich konnte den beiden inhibitorisch aktiven Imidazolderivaten B6 und B9 je ein IC50-Wert von etwa 50 µM zugewiesen werden. Das Imidazolscaffold eröffnet damit eine neue Substanzklasse zur Inhibition der SARS-CoV-PLpro. Im präparativ-chemischen Teil des SARS-Projekts wurden weitere Substanzklassen dargestellt, von denen die Inhibitoren vom Benzamid-Typ und Isoindolin-Typ eine Hemmung im einstelligen Mikromolaren Bereich (IC50) zeigten. Die Isoindolin-Derivate sind damit eine weitere, in dieser Arbeit entwickelte Leitstruktur zur Hemmung der SARS-CoV-PLpro. Bei der Suche nach einem Wirkstoff gegen HIV-1 wurde die neue Zielstruktur Elongin-C zur Inhibition durch niedermolekulare Liganden ausgewählt. Vier virtuelle Screeningprojekte führten zur Bestellung von 27 Verbindungen. Die durchgeführten Untersuchungen lassen noch keine abschließende Beurteilung der Ergebnisse zu, und der bisherige Zellassay wird noch durch spezifischere Methoden zur Bestimmung einer Ligandbindung an Elongin-C ergänzt werden. Falls es gelingt, einer der Verbindungen Elongin-C-blockierende Aktivität nachzuweisen, sind aufgrund des Eingriffs in einen zellulären Mechanismus neben der anti-HIV-Wirkung noch weitere pharmakologische Effekte denkbar, und das therapeutische Potenzial eines solchen Stoffs könnte in zukünftigen Experimenten erforscht werden. / In this work protease inhibitors for SARS-CoV-PLpro were developed to find new active drugs against the SARS-Coronavirus. A new approach in combatting HIV was tried by blocking elongin-C. The computer-aided search for new SARS-CoV-PLpro inhibitors began with the analysis of the structurally known ligand binding pocket. After evaluation of the docking process, several virtual screening projects were performed with the X-ray structures 3E9S and 3MJ5. 24 compounds were purchased and tested for enzyme inhibition against SARS-CoV-PLpro. The fluorimetric assay was affected by 7 of the 24 compounds (quenching or fluorescence), and finally two screening hits, the imidazole derivatives B6 and B9, were found to be active with IC50 values around 50 µM. This imidazole scaffold opens up a novel class of substances displaying inhibitory activity against SARS-CoV-PLpro. In the preparative chemical part of the SARS project, further substance classes were developed. Of these, the inhibitors with the benzamide scaffold and the isoindoline scaffold displayed an inhibitory potency in the low micromolar range (IC50). Thus, the isoindoline scaffold is another lead structure developed in this work to inhibit SARS-CoV-PLpro. In the HIV project elongin-C was chosen as a new target protein and small molecules were searched to inhibit the protein-protein interaction interface of elongin-C. Four virtual screening projects led to 27 commercially available compounds. The results of the cell assays do not yet allow a concluding judgement and will be extended through further investigation. If one of the compounds displays elongin-C blocking activity, several pharmacological effects besides the anti-HIV action should be considered, as elongin-C is part of the cellular mechanism. Thus, further experiments could explore the therapeutic potential of a drug blocking cellular elongin-C.

Einer der wichigsten co-stimulatorischen Rezeptoren auf T-Zellen ist CD28. In Abhängigkeit vom TZR-Signal nimmt CD28 Einfluss auf die Th1/Th2-Differenzierung der Immunantwort. Die rattenspezifischen mAk JJ316 und JJ319 binden an das CD28-Molekül und haben beide ein gleich starkes co-stimulatorisches Potential. Gabe des mitogenen CD28-spezifischen mAkJJ316 - und nicht des konventionellen mAk JJ319 - führt auch ohne TZR-Signal in vitro zu Produktion und Proliferation der Zellen (Direkte Stimulation). In vivo führt Gabe von JJ316 zu einer Erhöhung der Zellzahl in Milz und Lymphknoten mit einem Maximum nach drei Tagen. In vitro führte Behandlung mi mAk JJ316 zu einem Anstieg Th2-spezifischer Immunglobuline. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Gabes des mitogenen CD28-spezifischen mAk JJ316 im Vergleich mit dem konventionellen CD28-spezifischen mAk JJ319 auch in vivo zu einer Erhöhung der Th2-spezifischen Immunglobuline (IgG1, IgG2a, IgE) bei Brown-Norway- und Lewis-Ratten führt. / On of the most important co-stimulating receptors on t-cells is CD28. Depending on the TZR-signal CD28 influences the Th1-/Th2-differentiation of the immune response. The rat-specific mAb JJ316 and JJ319 bind the CD28-molecule and have the same co-stimulatory potential. Treatment with the mitogeneous CD28-specific mAb JJ316 - and not with the conventional mAb JJ319 - leads also without a TZR-signal in vitro to a production and proliferation of cells (direct stimulation). In vivo treatment with JJ316 leads to an increase of the cell number in the spleen an lymphnodes with a maximum rate after three days. In vitro treatment with mAb JJ316 leads to an increase of Th2-specific immunoglobullins. This thesis shows that treatment with mitogeneous CD28-specific mAb JJ316 in comparision with the conventional CD28-specific mAb JJ316 leads also in vivo to an increase of the Th2-specific immunoglobulins (IgG1, IgG2a, IgE) in brown-norway- and lewis-rats.

Regensburg, Univ., Diss., 2008.

Würzburg, Univ., Diss., 2009.

Würzburg, Univ., Diss., 2001.

Humane Coronaviren sind wichtige Pathogene, die vor allem mit respiratorischen (z.B. SARS) und enteralen Erkrankungen assoziiert sind. Coronaviren besitzen das größte gegenwärtig bekannte RNA-Genom aller Viren (ca. 30 Kilobasen). Die Replikation des Genoms und die Synthese zahlreicher subgenomischer RNAs, die die viralen Strukturproteine und einige akzessorische, vermutlich virulenzassoziierte, Proteine kodieren, erfolgt durch die virale Replikase. Die coronavirale Replikase ist ein Multienzym-Komplex, der durch die proteolytische Prozessierung großer Vorläuferproteine (Polyproteine pp1a und pp1ab) entsteht und 16 virale Nichtstrukturproteine (nsp), aber auch einige zelluläre Proteine, beinhaltet. Obwohl die Charakterisierung der Funktionen der einzelnen Proteine und das Verständnis der molekularen Grundlagen der coronaviralen Replikation noch in ihren Anfängen stecken, ist bereits jetzt klar, dass die an der Replikation beteiligten Mechanismen deutlich komplexer sind als bei den meisten anderen RNA-Viren. Man hofft, dass aus der Untersuchung der einzelnen an der Replikation beteiligten Proteine Erkenntnisse zu den Besonderheiten des Lebenszyklus dieser ungewöhnlich großen RNA-Viren abgeleitet werden können und dass sich daraus auch Ansatzpunkte für die Entwicklung von Inhibitoren einzelner Proteine/Enzyme ergeben, die für eine zukünftige antivirale Therapie genutzt werden könnten. In der vorliegenden Arbeit wurden zwei enzymatische Aktivitäten von Coronaviren, eine Helikase und eine Endonuklease, die Teil der coronaviralen Nichtstrukturproteine nsp13 bzw. nsp15 sind, in vitro untersucht. Zur Etablierung allgemeingültiger Prinzipien coronaviraler Enzymaktivitäten wurden die homologen Proteine von HCoV-229E und SARS-CoV, also von Vertretern unterschiedlicher serologischer und genetischer Coronavirus-Gruppen, parallel untersucht und ihre Eigenschaften miteinander verglichen. Die nsp13-Helikase des SARSCoronavirus wurde als bakterielles Fusionsprotein exprimiert, und die nsp13-Helikase des humanen Coronavirus 229E wurde in Insektenzellen mittels baculoviraler Vektoren exprimiert. Beide Proteine zeigten Polynukleotid-stimulierbare NTPase- und 5'-3'-Helikase-Aktivitäten. Darüber hinaus besaßen sie vergleichbare Hydrolyseaktivitäten gegenüber den 8 getesteten Ribound Desoxyribonukleosidtriphosphaten. Die Anwesenheit von poly(U) führte zu einer 3-fachen Erhöhung der katalytischen Effizienz (kcat/Km) und einer etwa 100-fachen Steigerung der Hydrolysegeschwindigkeit (kcat). Es wurde am Beispiel von HCoV-229E-nsp13 gezeigt, dass Nukleinsäuresubstrate mit hoher Affinität (K50 &#8776; 10-8 M), jedoch ohne erkennbare Präferenz für einzel- oder doppelsträngige DNA- oder RNA-Substrate gebunden werden. Solch eine feste Bindung ist typisch für Enzyme, die prozessiv mit Nukleinsäuren interagieren. Sie korreliert darüber hinaus mit der beobachteten effizienten Entwindung (Trennung) von RNA- und DNADuplexen mit langen, doppelsträngigen Bereichen von 500 Basenpaaren und mehr. Dies legt eine Funktion als replikative Helikase nahe, wie sie beispielweise bei der effektiven Entwindung doppelsträngiger replikativer Intermediate benötigt werden könnte. In dieser Arbeit wurde darüber hinaus eine neue enzymatische Aktivität coronaviraler Helikasen entdeckt. Die gefundene RNA-5'-Triphosphatase-Aktivität nutzt das aktive Zentrum der NTPase-Aktivität und katalysiert wahrscheinlich die erste Reaktion innerhalb der Synthese der Cap-Struktur am 5’- Ende viraler RNAs. Die sehr ähnlichen biochemischen Eigenschaften der HCoV-229E- und SARS-CoV-Helikasen lassen vermuten, dass die Enzymologie der viralen RNA-Synthese (trotz relativ geringer Sequenzidentität der beteiligten Enzyme) unter den Vertretern unterschiedlicher Gruppen von Coronaviren konserviert ist. Der zweite Teil der Arbeit beschäftigte sich mit der biochemischen Charakterisierung des Nichtstrukturproteins nsp15, für das eine Endonuklease-Aktivität vorhergesagt worden war. Auch in diesem Fall wurden die entsprechenden Proteine von HCoV-229E und SARS-CoV charakterisiert. Beide (bakteriell exprimierten) Enzyme zeigten identische enzymatische Eigenschaften. In-vitro-Experimente bestätigten, dass diese Proteine eine Mn2+-abhängige RNA- (jedoch nicht DNA-) Endonukleaseaktivität besitzen. Sie spalten doppelsträngige RNA deutlich effektiver und spezifischer als einzelsträngige RNA. Die Enzyme spalten an Uridylat-Resten und erzeugen Produkte mit 2', 3'-Zyklophosphat-Enden. Bei doppelsträngigen RNA-Substraten wurde eine Spezifität für 5'-GU(U)-3' gefunden. Die Tatsache, dass diese Sequenz in den nidoviralen transkriptionsregulierenden Sequenzen (TRS) der Minusstränge konserviert ist und auch die Endonuklease bei allen Nidoviren konserviert ist, unterstützt die Hypothese, dass die Endonukleaseaktivität eine spezifische Funktion innerhalb der coronaviralen (nidoviralen) diskontinuierlichen Transkription besitzt. / Human coronaviruses are important pathogens that are mainly associated with respiratory (e.g. SARS) and enteric diseases. With genome sizes of about 30 kilobases, coronaviruses are the largest RNA viruses currently known. The replication of the genome RNA and the synthesis of multiple subgenomic (sg) RNAs, which encode structural and accessory (probably virulenceassociated) proteins, is mediated by the viral replicase. The coronaviral replicase is a multienzyme complex, which is produced from viral precursor polyproteins (pp1a and pp1ab) that are autoproteolytically processed into 16 nonstructural proteins (nsp). It also involves several cellular proteins. Although the functional characterization of most of these proteins and, more generally, the understanding of the molecular mechanisms involved in coronavirus replication are still at an early stage, it is already clear that these mechanisms are much more complex than those used by most other RNA viruses. The investigation of the proteins involved in virus replication is anticipated to result in a better understanding of the specific features of the replication cycle of these unusually large RNA viruses, potentially providing novel approaches to the development of enzyme (protein) inhibitors that, in the long run, may be developed into drugs suitable for antiviral therapy. In this work, two coronavirus enzymatic activities, a helicase and an endonuclease, residing in the coronavirus nonstructural proteins nsp13 and nsp15, respectively, were investigated in vitro. In order to establish potentially existing common principles of coronavirus enzymatic activities, the homologous proteins of HCoV-229E and SARS-CoV, which belong to different serological and genetic coronavirus groups, were studied in parallel and their properties were compared with each other. The SARS-CoV helicase was expressed in bacteria as a fusion protein and the helicase of HCoV-229E was expressed in insect cells using baculovirus vectors. Both proteins were shown to have polynucleotide-stimulated NTPase and 5’-to-3’ helicase activities. Furthermore, they had comparable hydrolysis activities with all eight (natural) ribo- and deoxyribonucleoside triphosphates. The presence of poly(U) led to a 3-fold increase of the catalytic efficiency (kcat/Km) and an about 100-fold acceleration of the hydrolysis rate (kcat). Using HCoV-229E nsp13 as an example, it was shown that the coronavirus helicase has a high binding affinity for nucleic acids (K50 &#8776; 10-8 M). No preference for single-stranded (ss) versus double-stranded (ds) substrates could be established for this protein. Such a tight binding is typical for enzymes acting highly processively on nucleic acids (e.g., polymerases). Furthermore, coronavirus helicases proved to be able to unwind long RNA and DNA duplexes (of 500 bp and more) highly effectively. Together, these data support the idea that coronavirus nsp13s are “replicative helicases” that are involved in the unwinding of long double-stranded replicative intermediates. In this study, yet another enzymatic activity, namely an RNA-5’-triphosphatase activity, was established for coronaviral helicases. The activity, which employs the NTPase active site, probably mediates the first step in the formation of the 5’-cap structures present on coronaviral RNAs. The HCoV-229E and SARS-CoV helicases were found to have very similar biochemical features, suggesting that, despite the relatively low sequence identity among these enzymes, the enzymology involved in viral RNA synthesis is well conserved among members of different coronavirus groups. The second part of the study was devoted to the biochemical characterization of coronavirus nsp15, a protein with predicted endonuclease activity. Also in this case, the homologous proteins from HCoV-229E and SARS-CoV were studied in parallel. Bacterially expressed forms of both enzymes showed essentially identical enzymatic properties. In vitro experiments confirmed that nsp15 possesses a Mn2+-dependent RNA (but not DNA) endonuclease activity. The proteins cleaved double-stranded RNAs much more effectively and specifically than ssRNA substrates. Cleavage was shown to occur at uridylates, generating products with 2’,3’-cyclophosphates. In the case of dsRNA substrates, nsp15 was confirmed to be specific for 5’-GU(U)-3’ sequences. The fact that (i) the GUU sequence is conserved among the negative-strand complements of coronavirus transcription-regulating sequences and (ii) the endonuclease domain is conserved among all nidoviruses supports the hypothesis that the endonuclease activity has a specific function in coronavirus (nidovirus) discontinuous transcription.

Als Vorlage für diese Inhibitoren diente der kovalent gebundene Inhibitor 9IN aus der Kristallstruktur 2AMD. Die Entwicklung der neuen Leitstruktur (Abbildung 7-1) erfolgte dabei durch Fragmentierung mit dem Programm FRED im Arbeitskreis Prof. Knut Baumann (Univ. Braunschweig). Die dargestellten Verbindungen wurden als nicht-kovalent gebundene Inhibitoren entwickelt und sowohl an SARS-CoV-Mpro als auch an SARSCoV-PLpro getestet. Da die Basisverbindung 34j (R = H) in durchgeführten Dockingstudien die Enzym-Bindetaschen S1, S2 und S4 bereits ausreichend besetzt hatte, war das Ziel v.a. die noch freie Bindetasche S1‘ mit eingefügten Resten R zu besetzen. Dazu wurden in der Reihe 34a-t verschiedene Alkylreste eingefügt. Die Verbindungen 37a-cc bzw. 38a-p besitzen hingegen die Reste C(O)NHR, CO2R, CH2C(O)NHR und CH2CO2R. Im Verlauf der Synthese wurde der teure Baustein 4-Methylcyclohexancarbonsäure durch die günstigere Verbindung Cyclohexancarbonsäure ersetzt. Keine der dargestellten Verbindungen wies eine besondere Hemmung auf. Trotz geringer Hemmung konnte Verbindung 34e mit dem Enzym SARS-CoV-Mpro co-kristallisiert werden. Die genaue Lage des Inhibitors in der Bindetasche ist bislang noch nicht eindeutig geklärt. Der zweite Teil der vorliegenden Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung von kovalent-reversiblen Inhibitoren von Cysteinproteasen auf Grundlage von Vinylsulfonen. Bisherige bekannte Vinylsulfone reagieren wie ein Michaelsystem in einer irreversiblen Addition. Es wurden durch QM-Rechnungen in der Arbeitsgruppe Prof. Bernd Engels substituierte Vinylsulfone vorgeschlagen, die fähig sein sollten, mit Cysteinproteasen eine kovalent-reversible Bindung eingehen zu können. Durch die Wahl sowohl eines geeigneten Substituenten als auch einer geeigneten Abgangsgruppe sollte die Reaktion reversibel sein, wenn sie thermoneutral bis schwach endergon verläuft. Um diese Berechnungen zu bestätigen, wurden die dargestellten Verbindungen mit einem Überschuss 2-Phenylethanthiol umgesetzt und der Reaktionsverlauf durch NMR-Spektroskopie verfolgt. Dabei konnte die Einstellung eines Gleichgewichts und damit auch die Reversibilität der Reaktion beobachtet werden. Aus den berechneten Gleichgewichtskonstanten konnten die freien Reaktionsenergien ΔG berechnet werden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Reaktionen nahezu thermoneutral verlaufen und bestätigen damit die QM-Berechnungen. / The covalently bound inhibitor 9IN (pdb-code: 2AMD) was the basis of these new synthesized inhibitors (figure 8-1). The development of this new lead structure was achieved in the group of Knut Baumann (Univ. Braunschweig) by fragmentation using the program FRED. The compounds were developed as non-covalent inhibitors and were tested against both SARS-CoV-Mpro and SARS-CoV-PLpro. In the docking studies compound 34j (R=H) occupied the binding pockets S1, S2 and S4 of the enzyme sufficiently. So the aim was to fill the remaining binding pocket S1’ with a side-chain (R). Different alkyl sidechains were attached yielding compounds 34a-t. The compounds 37a-cc and 38a-p are carrying the side-chains C(O)NHR, CO2R, CH2C(O)NHR and CH2CO2R. Furthermore, the expensive building block 4-methylcyclohexanecarboxylic acid was replaced by the cheaper cyclohexanecarboxylic acid. None of the synthesized compounds showed good inhibition. But despite the low inhibition potency compound 34e was successfully co-crystallized with SARS-CoV-Mpro. Up to now the binding mode of the inhibitor in the binding pocket is not clear. Ongoing studies will clarify the exact binding mode of the inhibitor. The second part of this work consists of the development of covalent-reversible inhibitors of cysteineproteases based on vinylsulfones. Known inhibitors with a vinylsulfone-system react via an irreversible addition with the active center similar to a Michael-system. Substituted vinylsulfones were developed by QM-calculations in the group of Prof. Bernd Engels (Univ. Wuerzburg). These systems were postulated to be able to form a covalent-reversible bond with the cysteine sulfur in the active site. The reversible reaction should be possible by choosing a suitable substituent and a suitable leaving group. The reaction energy must be thermoneutral or weakly endergonic. To confirm these calculations the synthesized compounds were reacted with 2-phenylethanethiol and the reaction paths and progress were observed by NMR-spectroscopy. The reaction was found to be reversible. The reaction energies ΔG were calculated from the measured equilibrium constants. The results show that the measured vinylsulfones are reacting nearly thermoneutral. Thus they verify the QM-calculations.

Zugl.: Giessen, Universiẗat, Diss., 2009.

Zugl.: Giessen, Univ., Diss., 2009