Synthese und Untersuchung von Nukleobasen-funktionalisierten Peptiden

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Eigenschaften Nukleobasen-funktionalisierter Peptide dargestellt. Es konnte gezeigt werden, welche Einflüsse aromatische Seitenketten mit der Möglichkeit der wasserstoffbrückenbildenden Basenpaarung auf die Struktur und Aggregation von Peptiden haben. Die Möglichkeit, Nukleoaminosäuren als Nukleotid- bzw. Aminosäure-Mimetika zu verwenden, macht ihren Einbau in verschiedenste natürliche und synthetische Protein- und Peptidstrukturen interessant. Wegen ausgebildeter Wasserstoffbrückenbindungen sowie hydrophober und elektrostatischer Kräfte kann diese Substitution zu viel versprechenden neuen Eigenschaften führen und Wechselwirkungen mit DNA und RNA ermöglichen. Ausgehend von enantiomerenreinen Aminosäuren sowie Aminosäurederivaten wurden im Rahmen dieser Arbeit unterschiedliche Boc-geschützte Alanyl- und Homoalanyl-Nukleoaminosäuren sowie Fmoc-geschützte Alanyl- und Homoalanyl-Nukleoaminosäuren synthetisiert. Aufgrund der für die Nukleobasen-Paarung erforderlichen alternierend konfigurierten PNA-Stränge wurden die Nukleoaminosäuren in beiden enantiomeren Formen hergestellt. Die Darstellung der Peptidnukleinsäuren aus den Nukleoaminosäuren erfolgte mittels Peptidfestphasen Synthese nach der Boc- bzw. Fmoc-Strategie.Zur Imitation der Watson-Crick Basenpaarung wurde eine kovalente Verknüpfung von antiparallelen PNA-Strängen über einen Hexaethylenglycolaminosäure (Hegas)-Linker geschaffen. Dazu wurde einerseits die Stabilisierung auf Tetramer-Doppelstränge und andererseits die Wirkung auf Hexamer-Doppelstränge untersucht. Der Aufbau der PNA-Stränge sowie die Einführung des Hegas-Linkers erfolgten durch Festphasen Synthese. Mittels temperaturabhängiger UV-Spektroskopie wurden die Stabilitäten der Doppelstränge eines Tetramers und eines Hexamers ermittelt und mit den Stabilitäten der rein selbstpaarenden Oligomeren verglichen. Das Hexamer weist eine höhere Paarungsstabilität auf als das Tetramer, was den Erwartungen entspricht, da mehr Basenpaarungen im Hexamer möglich sind. Im Vergleich zu den selbstpaarenden Oligomeren ohne kovalente Verknüpfung wurde eine unerwartete Destabilisierung des Systems beobachtet, die eine Störung der idealen Paarungsgeometrie oder eine alternierende Erkennungsmöglichkeit nahe legt. Durch die Einführung eines starren Gerüstes als Verknüpfungseinheit sollten höhere Stabilitäten erhalten werden. Deshalb wurden in dieser Arbeit die Synthesen verschiedener Stilbenderivate durchgeführt. Dazu wurde, ausgehend von 4,4 -trans-Stilbendicarboxylat über eine Säureaktivierung mit SOCl2 drei verschiedene Derivate dargestellt. Die Darstellung des orthogonal-funktionalisierten Stilbenderivats erwies sich als äußerst schwierig, da zwischen den Säurechlorid-Gruppen keinerlei Differenzierung gelang.Ein weiterer Aspekt dieser Arbeit war der Einbau von Nukleoaminosäuren in α-helikale Peptide. Hierbei wurden Nukleoaminosäuren in eine Peptid-Sequenz inkorporiert, so dass aufgrund der Organisation und Erkennung der Nukleobasen eine Selbstpaarung zweier α-Helix-Stränge ermöglicht wurde. 21mer- und 15mer-Oligomere wurden hinsichtlich ihrer Paarungseigenschaften untersucht und mit nicht nukleobasen-modifizierten Peptiden verglichen. Die durch UV-Spektroskopie untersuchten Oligomere zeigten eine eindeutige Stabilisierung durch den Einbau von Nukleobasen, da reguläre Petide keinen sigmoiden Übergang aufwiesen. Obwohl das 21mer sechs Basenpaare aufweist, zeigt das 15mer mit vier Basenpaaren eine um ca. 10 °C höhere Stabilität.Eine weitere Inkorporation der Nukleobasen wurde an dem linearen Mikropeptid MCoTI-29 durchgeführt. Der Austausch einer Arginineinheit gegen eine Nukleobase führte zu biologischer Aktivität und zeigte, dass bizyklische Heteroaromaten wegen der zusätzlichen Protonen-Donor-Akzeptor-Funktionalität eine interessante Alternative zur Modifikation natürlicher Peptide und Proteine darstellen.