Within the scope of this thesis, multivalent sulfated polymers were synthesized and investigated concerning their targeting properties towards two proteins: L-selectin, a cell adhesion molecule expressed on leukocytes and LOX-1, a scavenger receptor from macrophages. Whereas L-selectin plays a dominant role in chronic diseases, LOX-1 can contribute to atherosclerosis. In both cases, a targeted intervention is desired. In the first part, b-cyclodextrin vesicles were non-covalently functionalized with oligosulfate-adamantyl conjugates as guest molecules. The supramolecular assemblies were evaluated for L-selectin binding in solution by microscale thermophoresis. An increase in binding affinity was observed with respect to the sulfate valency of the ligands. The adamantly conjugates with 4 and 8 sulfate groups revealed KD values of 34 and 25 μM, respectively. Unfunctionalized vesicles and sulfate-adamantly conjugates alone did not show any effect. However, the complex stability was limited. In the second part, sulfated oligoglycerol dendrons were conjugated to polyethylene linkers yielding mono- and bi-functionalized compounds. For binding studies, a soluble recombinant fusion protein was expressed that carries two LOX-1 dimers. Targeting of the positively charged, linearly aligned arginine residue on the dimer surface was evaluates for all polymeric architectures by surface plasmon resonance and two of the molecules gave binding affinities in the low nM range (~50 nM). In cell-based assays the sulfated polymers were able to reduce the binding of soluble LOX-1 to target cells. Recognition of a physiological ligand, oxidized low density lipoprotein particle (oxLDL) by LOX-1 expressing cells was reduced upon preincubation with the sulfated polymers. As a result, the work demonstrates that multivalent compounds enhance binding affinity and therefore, multivalency is a useful concept to interfere with planar biological surfaces.
Ziel der Doktorarbeit war die Synthese multivalenter sulfatierter Polymere und Untersuchungen der Bindung an zwei Zielproteine: L-Selektin, einem Zell- Adhäsionsmolekül, das auf Leukozyten exprimiert wird und LOX-1, ein Scavenger- Rezeptor der auf Makrophagen vorkommt. Während L-Selektin eine wichtige Rolle bei chronischen Erkrankungen spielt, kommt LOX-1 eine zentrale Rolle bei der Entwicklung der Atherosklerose zu. In beiden Krankheitsbildern ist eine zielgerichtete medizinische Intervention wünschenswert. Im ersten Teil der Arbeit wurden b-Cyclodextrinvesikel mit Oligosulfat- Adamantylkonjugaten als Gast-Moleküle nicht-kovalent funktionalisiert. Diese supramolekularen Systeme wurden in Lösung mittels mikroskalarer Thermophorese hinsichtlich ihrer L-Selektinbindung untersucht. Dabei wurde eine Steigerung der Bindungsaffinität in Abhängigkeit von der Anzahl an Sulfatgruppen nachgewiesen. Die Adamantylkonjugate mit 4 bzw. 8 Sulfatgruppen ergaben KD-Werte von 34 und 25 μM. Nicht funktionalisierte Vesikel und die sulfatierten Adamantylkonjugate allein zeigten keine Bindung. Auffällig war, dass die Stabilität der Komplexe begrenzt war. Im zweiten Teil der Arbeit wurden sulfatierte Oligoglyceroldendrone an mono- und bifunktionelle Polyethylenlinker konjugiert. Zur Untersuchung der Funktionalität der Konjugate wurde ein lösliches Fusionsprotein exprimiert, dass aus zwei LOX-1 Dimeren besteht. Die Bindung an eine positiv geladene, lineare Poly-Argininsequenz auf der Oberfläche des LOX-1 Proteins wurde mit allen synthetisierten Konjugaten mittels Oberflächenplasmonresonanz-Spektroskopie bestimmt. Zwei Konjugate zeigten dabei Bindungsaffinitäten im unteren nM Bereich (~50 nM). In zellbasierten Experimenten reduzierten die sulfatierten Polymere die Bindung des rekombinanten löslichen LOX-1 an Zielzellen. Durch Vorinkubation eines physiologischen Liganden, dem oxidierten Lipoprotein Partikel (oxLDL) mit den sulfatierten Polymeren konnte die Bindung des Liganden an membranständiges LOX-1 auf Zielzellen reduziert werden. Als Ergebnis zeigt die Arbeit, dass multivalente Systeme geeignet sind Bindungsaffinität zu erhöhen und Multivalenz ein geeignetes Konzept ist, um planare biologische Oberflächen zu adressieren.
