Design und Synthese Peptid-basierter Inhibitoren für Protein–Protein Interaktionen

Das Adressieren von Protein–Protein Interaktionen (PPIs), die über ausgedehnte und gering-profilierte Oberflächen wechselwirken, ist ein anspruchsvolles Problem der aktuellen Medizinalforschung. Insbesondere kleine GTPasen der Ras–Superfamilie kontrollieren über PPIs zahlreiche essentielle zelluläre Funktionen und sind als molekulare Schalter attraktive Zielproteine für die Wirkstoffentwicklung. Rab–Proteine, die größte Familie kleiner GTPasen, sind Schlüsselregulatoren des zellulären Vesikeltransports, und ihre Fehlregulation wird in den letzten Jahren vermehrt mit diversen menschlichen Erkrankungen in Verbindung gebracht. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Synthese von Peptid-basierten Rab–Inhibitoren untersucht. Darüber hinaus wurden die entwickelten Methoden zur Adressierung anderer komplexer PPIs angewendet. Es wurden α-helikale Bindemotive auf Grundlage struktureller Daten von Rab–Protein-Komplexen ausgewählt und mittels chemischer Modifikationen stabilisiert. Mit Hilfe von α-methylierten Kohlenwasserstoffverbrückungen (hydrocarbon peptide stapling) konnten erstmals stabilisierte α-Helices zur Bindung an Rab–GTPasen identifiziert werden. Der höchstaffine Binder ist in der Lage eine Rab–Effektor-Wechselwirkung in vitro zu inhibieren und konnte durch Sequenzoptimierung sowie Variation der Verbrückung in seiner biologischen Verfügbarkeit verbessert werden. Das optimierte Peptid zeigt größere Affinität gegenüber Rab8a als das Ausgangspeptid, ist besser zellgängig und verfügt über eine herausragende Stabilität gegenüber proteolytischem Verdau. Weiterhin wurde in dieser Arbeit die Alkin-Ringschlussmetathese (RCAM) für die Synthese von makrozyklischen Peptiden an fester Phase etabliert. Die Alkinverbrückung lässt sich in unterschiedlichen Architekturen in die Kohlenwasserstoffverbrückung von Peptiden einbauen und anschließend gezielt funktionalisieren. Der Einbau eines Alkin-Makrozyklus in das 14-3-3 Bindemotiv von Exoenzym S lieferte reversible Binder mit submikromolarer Affinität. Eine Analyse der Kristallstruktur des affinsten Binders im Komplex mit 14-3-3 zeigt, dass das Alkin-makrozyklisierte Peptid das Zielprotein unter Ausbildung einer irregulären Sekundärstruktur bindet. Zudem ermöglicht die Alkin-Makrozyklisierung die Synthese bizyklischer Peptide mittels orthogonaler RCAM/RCM (Olefin-Ringschlussmetathese) mit unterschiedlichen Verbrückungsgeometrien. Auf diese Weise konnte ein monozyklischer Binder von Rab8a zu einem bizyklischen Peptid mit erhöhter Bindungsaffinität weiterentwickelt werden. Des Weiteren wurden in Rahmen dieser Arbeit die ersten Peptid-basierten Inhibitoren von UNC119 entwickelt. Das Lipid-bindende Protein UNC119 kontrolliert die zelluläre Lokalisation N-myristoylierter Proteine und transportiert sie zwischen den Membranen. Mittels α-methylierter, Kohlenwasserstoffverbrückung konnte ein nanomolarer UNC119a Binder identifiziert werden, der im Zellexperiment den vollständigen Ablauf der Zytokinese verhindert