Monoacylglycerol lipase (MAGL) hydrolyzes the endogenous cannabinoid neurotransmitter 2-arachidonyl glycerol (2-AG) and plays a key role in two major physiological pathways: the endocannabinoid system and the release of fatty acids such as arachidonic acid. Its dysregulation is associated with diseases like Multiple Sclerosis, Alzheimer’s, Parkinson’s, and aggressive cancers. Consequently, MAGL inhibitors are under investigation for therapeutic applications. This work focuses on developing translational compounds to better understand MAGL’s role in (patho)physiological processes. Fluorescent probes that selectively bind to MAGL offer a great variety of biochemical and pharmacological applications. In the publication “Highly Specific Miniaturized Fluorescent Monoacylglycerol Lipase Probes Enable Translational Research” fluorescent probes are described. In this probe design, a part of the MAGL pharmacophore and the linker moiety are replaced by a boron-dipyrromethene (BODIPY) fluorophore, thereby resulting in small, less lipophilic probes. These miniaturized probes were successfully applied in binding assays, subcellular localization studies, flow cytometry, imaging in brain organoids, and even 18F-labeling. As a complementary approach, a robust ligand platform was developed, described in “A Highly Selective and Versatile Probe Platform for Visualization of Monoacylglycerol Lipase”, which shows high affinity and selectivity and supports reversible and irreversible binding modes and click chemistry applications. Furthermore, this thesis introduces heterobifunctional molecules such as MAGL PROTACs, described in “Highly Specific Reversible Monoacylglycerol Lipase PROTACs”. These compounds promote MAGL degradation via the E3 ligase Cereblon. Alternative modalities for investigating MAGL include Raman-active probes, biotin-linked compounds for assay applications, and ligand-directed covalent modifications of MAGL’s lysine side chains. Overall, these probes provide valuable tools that deepen the insights into the biochemical and pharmacological role of MAGL and support the development of new or improved therapeutic strategies.
Monoacylglycerinlipase (MAGL) hydrolysiert den endogenen Cannabinoid-Neurotransmitter 2-Arachidonylglycerin und spielt eine Schlüsselrolle in zwei wichtigen physiologischen Signaltransduktionswegen: dem Endocannabinoid-System und der Freisetzung von Fettsäuren wie Arachidonsäure. Die Dysregulation dieser Systeme wird mit Krankheiten wie Multipler Sklerose, Alzheimer, Parkinson und aggressiven Krebsarten in Verbindung gebracht. Daher werden MAGL-Inhibitoren für therapeutische Anwendungen untersucht. Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung von translationalen Verbindungen, um die Rolle von MAGL in (patho)physiologischen Prozessen besser zu verstehen. Chemische Sonden, die selektiv an MAGL binden, bieten eine Vielzahl von biochemischen und pharmakologischen Anwendungsmöglichkeiten. In der Publikation „Highly Specific Miniaturized Fluorescent Monoacylglycerol Lipase Probes Enable Translational Research“ werden fluoreszente Sonden für MAGL beschrieben. In diesem Probedesign wird ein Teil des MAGL-Pharmakophores und des Linkers durch ein Bor-Dipyrromethen (BODIPY) Fluorophor ersetzt, wodurch kleine, wenig lipophile Sonden entstehen. Diese miniaturisierten Sonden wurden erfolgreich in Bindungsassays, subzellulären Lokalisationsstudien, Durchflusszytometrie, Bildgebung in Hirnorganoiden und sogar für die 18F-Markierung eingesetzt. Als komplementärer Ansatz wurde eine robuste Ligandenplattform entwickelt, die in „A Highly Selective and Versatile Probe Platform for Visualization of Monoacylglycerol Lipase“ beschrieben wird. Diese Sonden-Plattform weist eine hohe Affinität und Selektivität für MAGL auf und ermöglicht reversible und irreversible Bindemodi sowie Click-Chemie-Anwendungen. Darüber hinaus werden in dieser Arbeit heterobifunktionelle Moleküle wie die MAGL PROTACs vorgestellt, die in „Highly Specific Reversible Monoacylglycerol Lipase PROTACs“ beschrieben werden. Diese Verbindungen fördern den Abbau von MAGL über die E3-Ligase Cereblon. Zu den alternativen Modalitäten für die Untersuchung von MAGL gehören Raman-aktive Verbindungen, biotinylierte Probes und gezielte kovalente Modifikationen der Lysin-Seitenketten von MAGL. Zusammengenommen stellen diese Sonden wertvolle Werkzeuge dar, die den Einblick in die biochemische und pharmakologische Rolle von MAGL vertiefen und die
