dc.contributor.author
Joshi, Mangesh
dc.date.accessioned
2018-06-07T15:40:51Z
dc.date.available
2006-08-14T00:00:00.649Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/1440
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-5642
dc.description
Title page
Introduction
Materials and Methods
Results and Discussion
Summary and Outlook
Zusammenfassung
Publications
dc.description.abstract
Despite their central role in most regulatory processes and disease
mechanisms, protein-protein interactions (PPIs) remain largely unconquered
ground for drug discovery and chemical tool generation. In many cases, these
interactions are mediated by protein interaction domains like Src homology 2
(SH2), Src homology 3 (SH3), WW, and postsynaptic density/Discs large/zona
occludens-1 (PDZ). PDZ domains may be considered drugable because of a
shallow ridge on their surface which is, however, not a proper cavity. They
are hence good test cases for the development of PPI inhibitors. Prior to this
study no small molecule reversible inhibitors for the PDZ domains were known.
In this thesis we describe the discovery of competitive small molecule
modulators for the AF6 PDZ domain. Also the 3D solution NMR structure of the
AF6 PDZ domain and AF6 PDZ domain in complex with most active ligand is
described. In our quest to find small molecule inhibitors for the PDZ domain,
a small molecule library consisting of ~5000 compounds was screened against
the AF6 PDZ domain. 2-thioxo-4-thazolidinone scaffold binding to the protein
was identified and chosen for further optimization by simple chemical
procedures. These modifications lead to the design of a compound with 100 µM
binding affinity and a molecular weight of 291 Da. To understand the mode of
binding of this compound to the AF6 PDZ domain and to guide further structure
based ligand design 3D structure of the complex was determined by NMR
spectroscopy. The 3D structure reveals a new hydrophobic subpocket formed
through induced-fit binding of the small molecule ligand. This finding
redefines the drugability of PDZ domains and discloses
5-aryl-2-thioxo-4-thiazolidinones and related frameworks as promising
candidates for the development of potent and selective small-molecule
modulators of individual domains from the large PDZ family.
de
dc.description.abstract
PDZ-Domänen kommen im menschlichen Genom häufig vor und sind bie der Bildung
komplexer Signaltransduktionsnetzwerke involviert. Es wird angemommen, dass
PDZ-Domänen eine wichtige Rolle in Krankheitsprozessen spielen. Dies macht sie
zu interessanten zielen für das Design von Protein-Protein-
Interaktionsinhibitoren. Diese aus ~90 Aminosäureresten bestehenden Domänen
erkennen meist die vier bis sieben C-terminalen Reste von Membranrezeptoren
und Ionenkanälen. Aufgrund ihrer zwar flachen aber gut definierten flachen
Bindungsfurche gelten sie als gute Ziel-Proteine für die Entwicklung von
Protein-Protein-Interaktionsinhibitoren. Bis zu dieser Studie waren keine
reversibel-bindenden kleinen Moleküle als Inhibtoren für PDZ-Domänen bekannt.
Daher war das hauptsächliche Ziel dieser Studie das Auffinden neuer, nicht-
kovalenter kompetitiver kleiner Inhibitormoleküle. Als Modellsystem wurde die
AF6-PDZ-Domäne als Zielprotein für Ligandenscreens und Entwicklungszwecke
eingesetzt. Das humane AF6-Protein (ALL-1 fusion partner on chromosome 6),
auch als L-afadin bekannt, ist in zahlreichen Signaltransduktionswegen
einschließlich dem Ras-Signaling involviert. Dieses Protein enthält zwei
N-terminale Ras-Association-Domains , eine Fork-Head-Association-Domain
(FHA), einen Class-V-Myosin-Homology-Repeat , der auch als Dilute-Domain
bezeichnet, eine Klasse-II-PDZ-Domäne sowie eine prolinreiche Sequenz. Bei
unserer Suche nach kleinen Inhibitormolekülen für die AF6-PDZ-Domäne, wurde
eine Bibliothek von ~5000 kleinen Molekülen gescreent. Hierfür wurde NMR
eingesetzt, 2D-1H-15N-HSQC-screening-Experimente mit 15N-markiertem Protein
durchgeführt. Dabei 2-thioxo-4-thazolidinon als ein Substanzgerüst
identifiziert, das an das Protein bindet. Dieses wurde für weitergehende
Optimierung durch einfache chemische Verfahren ausgewählt. Systematische
Modifizierung des Gerüstmoleküls führte zur Entwicklung von (2R,
5R)-2-sulfanyl-5-[4-(trifluoromethyl)benzyl]-1, 3-thiazol-4-on (7i), einer
chiralen 291-Da-Verbindung mit einer Affinität von 100 µM für das racemische
Gemisch. 15N-Filter-NMR Experimente zeigten, dass die Verbindung kompetitiv
interagiert. Unter der Annahme, dass nur eines der Enantiomere bevorzugt
bindet, kann die Affinität der Interaktion auf 50 µM geschätzt werden, was im
Affinitätsbereich von natürlichen Peptidliganden liegt. Um die Interaktion
zwischen der AF6-PDZ-Domäne und der Substanz 7i zu verstehen, und das künftige
Struktur-basierte Liganden-Design zu erleichtern, wurden die Lösungs-NMR-
Strukturen der PDZ-Domäne mit und ohne Ligand bestimmt. Die Strukturanalyse in
Anwesenheit von 7i deutet auf die Bildung einer hydrophoben Subtasche in der
Domäne hin, die in den veröffentlichten Strukturen von apo- und Peptid-
gebundener PDZ-Domäne nicht vorhanden ist. Diese unerwartete bindungstasche,
die durch Induced-Fit entsteht, definiert ein neues pharmakologisches
Potential dieser Domäne und offenbart 5-aryl-2-thioxo-4-thiazolidinone und
strukturell verwandte Verbindungen als vielversprechende Kandidaten für die
Entwicklung von hochaffinen und spezifischen kleinen Modulator-Molekülen für
einzelne Domänen der großen PDZ-Familie.
de
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
NMR solution Structure
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::540 Chemie::540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften
dc.title
Making Protein-Protein Interactions Drugable: Discovery of Low-Molecular-
Weight Ligands for PDZ Domains
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Hartmut Oschkinat
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Udo Heinemann
dc.date.accepted
2006-08-07
dc.date.embargoEnd
2006-08-17
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000002056-1
dc.title.translated
Entwicklung von Niedermolekular-Liganden für PDZ-Domänen
de
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000002056
refubium.mycore.transfer
http://www.diss.fu-berlin.de/2006/423/
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000002056
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dcterms.accessRights.openaire
open access