dc.contributor.author
Kamdem, Nestor
dc.date.accessioned
2018-06-07T23:16:28Z
dc.date.available
2012-08-27T08:41:28.301Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/10278
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-14476
dc.description.abstract
Most biological processes depend on finely tuned protein-protein interactions
(PPI) that are mediated by small modular protein domains. PDZ (PSD95/Disc
large/Zonula occludens-1) domains interact with small mostly C-terminal
peptide sequences of interactions partners. PDZ-mediated interactions are
implicated in several diseases, including many types of cancers. Therefore,
small molecules that block these interactions represent a potential
therapeutic approach. In this work, small molecule inhibitors of Dvl PDZ and
AF-6 PDZ with an affinity of up to 2.4 µM and 62.2 µM are reported
respectively. “Hits” for Shank-3 PDZ and PSD95-2 PDZ are also reported.
Dishevelled (Dvl) proteins are important regulators of the Wnt signaling
pathway that is implicated in human cancers. In the Wnt signaling pathway, Dvl
PDZ interacts with Frizzled receptors to facilitate the propagation of the Wnt
signal leading eventually to turmorigenesis. Small molecules that disrupted
interactions between Dvl PDZ and Frizzled are reported in the first part of
this work, where a specially designed library of 212 compounds for PDZ was
screened against Dvl-3 PDZ by two-dimensional 1H -15N-HSQC. The first round of
screening resulted in the identification of two series of scaffold compounds,
the adamantane scaffold and the sulfonamide scaffold. To optimize the binding
affinity of the adamantane scaffold, further extensions were designed to
facilitate the creation of new interactions with the carboxylate binding loop
region of Dvl-3 PDZ. The binding improved from KD = 190 µM for the initial hit
to KD = 45 µM for compound 11 (2-((1S,3R,5S)-adamantan-1yl)-2-(2-(furan-2-
carboxamido)-3-methylbutamid)acetic acid). A crystal structure of Dvl-3 PDZ in
complex with compound 11 was solved. It revealed the importance of the
adamantane moiety that points to the hydrophobic pocket of Dvl-3 PDZ. Compound
19 (4-methyl-2-(5,6,7,8-tetrahydronaphthalene-2- sulfonamido)hexanoic acid)
was identified as the best among the tested sulfonamide scaffolds.
Modifications to compound 19 resulted in compounds 36 with KD = 81 µM and 37
with KD = 84 µM. The x-ray structure of Dvl-3 PDZ in complex with compounds 36
and 37 were solved with a resolution of 1.43 Å for 36 and 1.6 Å for 37,
respectively. Optimizations were undertaken yielding a new series of
compounds. The binding constant of these compounds ranged from 9.4 µM to 59.5
µM. Compounds 61, 64 and 76 were the best binders for Dvl-3 PDZ and bind more
tightly to Dvl-1 PDZ with the binding constants down to 2.4 µM. Competition
assays revealed that the most tightly binding compound 61 and the Dpr peptide
compete for the same site on the surface of Dvl PDZ domain. Compounds 61, 64
and 76 inhibit the Wnt signaling pathway as demonstrated by cell based assays.
The second part of the work concerns the AF-6 PDZ domain. The structure of
AF-6 PDZ in complex with compound 81
(5-(4-trifluoromethylbenzyl)-2-thioxo-4-thiazoline) resulted in the synthesis
of new derivatives with an improved binding constant down to 62.2 µM. Five
other PDZ domains including Shank-3 PDZ, PSD95-1 PDZ, PSD95-2 PDZ PSD95-3 PDZ
and α-Syn PDZ were further explored with our library of small molecules
created in the course of this work. Compound 101h was detected as a “hit”
scaffold for Shank-3 PDZ and compound 101j as “hit” scaffold for PSD95-2 PDZ.
de
dc.description.abstract
Eine Vielzahl biologischer Prozesse ist abhängig von fein abgestimmten
Protein-Protein Interaktionen (PPIs), welche durch kleine modulare
Proteindomänen vermittelt werden. PDZ (PSD95/Disc large/Zonula
occludens-1)-Domänen interagieren mit kurzen, meist Carboxy-terminalen
(C-terminalen) Peptidsequenzen bestimmter Proteine. PDZ vermittelte
Wechselwirkungen sind bei mehreren Krankheiten, einschließlich zahlreicher
Krebsarten, beteiligt. Aus diesem Grund stellen kleine Moleküle, die diese
Interaktionen verhindern einen potenziellen therapeutischen Ansatz darf. In
dieser Arbeit werden niedermolekulare Inhibitoren für die Dvl und AF-6 PDZ-
Domänen mit einer Affinität von 2,4 µM beziehungsweise 62,2 µM vorgestellt.
Kandidaten für die PDZ-Domänen von Shank-3 sowie PSD95-2 die im verlauf von
selektivität untersuchungen gefunden werden, werden ebenfalls diskutiert.
Dishevelled (Dvl) Proteine sind wichtig für die Regulation des Wnt-
Signalweges. Dieser Signalweg ist in diversen humanen Krebserkrankungen
involviert. Im Wnt-Signalweg interagiert die Dvl PDZ-Domäne mit Frizzled-
Rezeptoren um die Übertragung des Wnt-Signals zu ermöglichen. Im ersten Teil
dieser Arbeit werden kleine Moleküle vorgestellt, die in der Lage sind, die
Interaktion zwischen der Dvl-PDZ-Domäne und dem Frizzled-Rezeptor zu stören.
Für die Betrachtung dieses Aspekts wurde eine spezielle Bibliothek mit 212
Verbindungen für PDZ-Domänen konzipiert und die wechselwirkung dieser
Substanzen mit der Dvl-3 PDZ-Domäne untersucht. Das erste Screening
ermöglichte die Identifizierung von zwei Serien von Verbindungen, die jeweils
ein einheitliches Grundgerüst aufweisen, und entweder eine Adamantan- oder
Sulfonamid-Gruppe enthalten. Für die Optimierung der Bindungsaffinität der
Adamantan-Verbindungen wurde das Grundgerüst so erweitert, dass neue
Interaktionen mit der Carboxylatbindungsstelle der Dvl-3 PDZ-Domäne ermöglicht
werden. Die Bindungsaffinität der beschriebenen Liganden verbesserte sich von
KD = 190 µM für den ersten Hit auf KD = 45 µM für die Verbindung 11(2 - ((1S,
3R, 5S)-Adamantan-1-yl) -2 - (2 - (Furan-2-carboxamido)-3-methylbutamid)
essigsäure Für diese Verbindung im Komplex mit der PDZ-Domäne von Dvl-3 wurde
eine Kristallstruktur gelöst. Mit Hilfe dieser Kristallstruktur konnte gezeigt
werden, dass die Adamantan-Gruppe die hydrophobe Bindungstasche der Dvl-3 PDZ
Domäne ausfüllt. Aus der Sulfonamid-Serie konnte Verbindung 19
(4-Methyl-2-(5,6,7,8-Tetrahydronaphthalin-2-sulfonamido) Hexansäure) als beste
Substanz identifiziert werden. Modifikationen dieser Verbindung führten zu
Verbindung 36 mit KD = 81 µM und 37 mit KD = 84 µM. Die Kristallstrukturen der
Dvl-3 PDZ-Domäne im Komplex mit den Verbindungen 36 beziehungsweise 37.
Optimierungsschritte nahe die zu einer weitere Reihe von Verbindungen Fürhten.
Die Bindungskonstanten dieser Verbindungen bewegen sich zwischen 9,4 µM und
59,5 µM. Die Verbindungen 61, 64 und 74 zeigten die beste Affinität für die
Dvl-3 PDZ-Domäne und binden noch stärker an die Dvl-1 PDZ-Domäne mit
Bindungskonstanten bis zu 2,4 µM. Kompetitionsassays zeigten, dass die
bestbindende Verbindung 61 mit dem Dpr Peptid um dieselbe Bindungsstelle auf
der Oberfläche der Dvl PDZ-Domäne konkurriert. Mittels eines zellbasierten
Assays konnte gezeigt werden, dass die Verbindungen 61, 64 und 76 den Wnt-
Signalweg inhibieren. Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der AF-6
PDZ-Domäne. Die Struktur der AF-6 PDZ Domäne im Komplex mit Verbindung 81 (5 -
(4-trifluormethylbenzyl)-2-thioxo-4-Thiazolin) führte zur Synthese neuer
Derivate mit verbesserten Bindungskonstanten bis zu 62,2 µM. Im Zuge dieser
Arbeit wurden fünf weitere PDZ-Domänen, darunter Shank-3 PDZ, PSD95-1 PDZ,
PSD95-2 PDZ, PSD95-3 PDZ und α-Syntrophin PDZ mit der Bibliothek der
niedermolekularen Substanzen untersucht. Dabei konnten die Verbindung an 101h
für die Shank-3 PDZ-Domäne sowie 101j für die PSD95-2 PDZ-Domäne als gute
Kandidaten für weitere Optimierungen ermittelt werden.
en
dc.format.extent
Getr. Zählung
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::540 Chemie
dc.title
Development of small molecule inhibitors of PDZ domains
dc.contributor.contact
kamdem@fmp-berlin.de
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Hartmut Oschkinat
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Rainer Haag
dc.date.accepted
2012-08-08
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000038869-7
dc.title.translated
Entwicklung von niedermolekularen Inhibitoren von PDZ-Domänen
de
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000038869
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000011912
dcterms.accessRights.dnb
free
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open access