Multivalente Peptidpolymere zur effizienten Modulation von intrazellulären Signaltransduktionen

Abstract

In dieser Arbeit wurde Dextran eingesetzt, um den Transport biologisch aktiver Peptide in lebende Zellen zu vermitteln. Dafür wurde Dextran mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 10 kDa zu Carboxyethyldextran umgesetzt. In einem modularen System wurden verschiedene funktionelle Gruppen, wie Thioester, Maleinimid- oder Aminogruppen auf dem Polymer immobilisiert. Dadurch war eine breite Anwendbarkeit dieses multifunktionellen Polymers gegeben. Mittels nativer chemischer Ligation (NCL) oder Maleinimid-Thiol- Kupplung wurden in einem einzigen Schritt Fluorophore, zellpenetrierende Peptide und biologisch relevante Peptide, wie BH3 mit dem Polymer verknüpft. Die Beladungsgrade wurden durch 1H NMR Spektroskopie und Aminosäureanalyse ermittelt. Die zelluläre Aufnahme wurde an Jurkat E6.1, HeLa-S und HEK293 Zellen untersucht. Dabei wurden keine ungewünschten zytotoxischen Effekte detektiert. Unterschiedlich hoch beladener BH3-Dextrane wurden eingesetzt um Apoptose in lebenden Jurkat Zellen auszulösen. Das Maß der Apoptoseinduktion in den behandelten Zellen wurde Annexin-V-Aktivität mittels Durchflusszytometrie beziehungsweise die Caspase-3 Aktivität photometrisch bestimmt. Dabei zeigte sich, dass bei gleicher Peptidkonzentration höher beladene BH3-Peptidpolymere stärker Apoptose induzierten als bivalente BH3-Dextrane. Die in dieser Arbeit erzielten Ergebnisse stützen somit die theoretischen Annhamen zum Multivalenzeffekt. Des Weiteren wurden Dextrane mit einer unterschiedlich hohen Zahl an Aminogruppen synthetisiert. Im Gegensatz zu kommerziell erhältlichen Aminodextranen, blieben bei dem in dieser Arbeit eingesetzten Verfahren die Pyranringe des Polymers intakt. Darüber hinaus konnte die Anzahl der Aminogruppen pro Dextran nach belieben reguliert werden. Die so synthetrisierten AAE-Dextrane wurden parallel mit Chlorid-sensitiven und insensitiven Farbstoffen verknüpft. Mit Hilfe dieser Farbstoffpolymere konnte die Änderung der lysosomalenen Chloridkonzentration gemessen werden.

In the presented work dextran polymers were used as carrier systems to enable the transport of biological active peptides into living cells. Therefore dextran with an average molecular weight of 10 kDa was modified to carboxyethyl dextran. Coming from the carboxy groups, in a modular system different functionalities, such as thioester, maleimide or amine groups were immobilized on that polymer. Thus a broad applicability of the multifunctional polymer was possible. Using native chemical ligation or maleimide-thiol coupling, in a single step the polymer could be loaded with fluorescent dyes for imaging purposes, cell penetrating peptides and functional peptides, such as BH-3, a potent inducer of apoptosis. The degree of substitution was measured by 1H-NMR and amino acid analysis. Cellular uptake was demonstrated on HEK293 and HeLa-S and Jurkat cells. Cells, treated with synthesized peptide polymers showed a good viability. Finally, the multivalency effect of the BH3-activity was investigated. Apoptosis in Jurkat cells was induced with dextrans bearing 2 and 5 BH-3 peptides, respectively, per polymer and, alternatively with CPP-BH-3 peptides. Apoptosis induction was quantified by FACS-analysis of annexin-V stained cells and by measuring caspase-3 activity. Dextrans with 5 BH-3 groups showed 2-3 fold higher caspase-3 activity per peptide and a 2-3 fold higher activity per peptide compared to dextrans with 2 BH-3 peptides. Compared to the free CPP-BH-3 peptide the caspase-3 activity of dextran with 5 BH-3 groups was up to 20 times higher in same peptide concentration. Furthermore dextrans with a varying number of amine groups were synthesized. In contrast to commercial available amino dextrans, the pyrane rings of the backbone were not opened. Moreover the number of amine groups per polymer was adjustrible at will. These AAE-dextrans were used for the parallel binding of chloride sensitive and insensitive dyes. Applying these polymers for imaging purposes in lysosomes, the investigation of the change of lysosomal chloride concentration was possible.