Lipopeptides as TLR antagonists - synthesis and structure-activity-relationships of lanthionine based lipopeptides

Die Lipoproteine der Gram-negativen und Gram-positiven Bakterien sowie von Mycoplasma sind als TLR-2 Agonisten in der Lage, Zellen des angeborenen Immunsystems zu stimulieren. Diesen Lipoproteinen, wie auch den auf gleiche Weise aktiven synthetischen Lipopeptiden gemein ist die N-terminale, zwei- oder dreifach mit Fettsäuren acylierte ungewöhnliche Aminosäure S-(2,3-Dihydroxypropyl)-cystein (Dhc). Aufgrund der strukturellen Ähnlichkeit von Lanthionin und Dhc wurden Lanthionin-Lipopeptide als viel versprechendes Target bei der Suche nach neuen TLR-2 Agonisten und Antagonisten ausgewählt. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wird die Entwicklung einer stereoselektiven Synthese von orthogonal geschütztem Lanthionin beschrieben. Ebenfalls dargestellt ist die Charakterisierung des Lanthionins, sowie die Synthese zweier aus dem Lanthionin abgeleiteten Lipopeptid-Bausteine, des Fmoc2Lan(Hda)-OH und des Pam2Lan(Hda)-OH. Im zweiten Teil wird die Etablierung von Festphasensyntheseprotokollen beschrieben, welche die Synthese unterschiedlicher Lanthionin-basierter Lipopeptide für Struktur-Wirkungs-Beziehungen ermöglicht. Dabei sollten sowohl die Fettsäure-Reste, der Fettamin-Rest, die Oxidationsstufe des Schwefels und die Stereokonfiguration der beiden Lanthionine alpha-Kohlenstoffatome einfach zu variieren sein. Nachdem erste Screeningergebnisse die Lanthionin-basierten Lipopeptide als TLR-2 antagonistisch wirkende Verbindungen auswiesen, wurde in Struktur-Wirkungs-Beziehungen der Einfluss der beiden Stereozentren des Lanthionins, der Oxidationsstufe des Schwefels sowie der Kettenlänge der Fettsäuren und des Fettamins auf die TLR-2 antagonistische Aktivität der Lipopeptide untersucht. Im Rahmen dieser Studien konnte das Myr2Lan(Hda)-SK4-NH2 als antagonistisch wirksamstes Lanthionin enthaltendes Lipopeptid identifiziert werden.The N-terminal unusual amino acid S-(2,3-dihydroxypropyl)-cysteine (Dhc), acylated with two or three fatty acids, is conserved in lipoproteins derived from Gram-positive and Gram-negative bacteria and mycoplasma. These lipoproteins and similar lipopeptides activate cells of the innate immune system via Toll-like receptor-(TLR)-2. Due to the apparent structural similarity of lanthionine and Dhc we focused on the synthesis of lanthionine-based lipopeptides as potential TLR-2 agonists or antagonists. The first part of this thesis describes the development of a stereo-selective synthesis of orthogonally protected lanthionine, its characterisation and the synthesis of two derived lipopeptide building blocks (Fmoc2Lan(Hda)-OH and Pam2Lan(Hda)-OH). The second part describes the design of solid-phase protocols for the lipopeptide synthesis which allow a broad variation of the fatty acid and fatty amine residues as well as the chirality of the two lanthionine alpha-carbon-atoms and the oxidation level of its sulphur. Since a first set of lipolanthionine peptides showed TLR-2 antagonistic activities, we decided to perform detailed structure-activity relationships to investigate the influence of the above mentioned variable molecule parts on the antagonistic activity of the lanthionine based lipopeptides. These structure-activity relaltionships allowed the identification of Myr2Lan(Hda)-SK4-NH2 to be the lanthionine-based lipopeptide with the highest TLR-2 antagonistic activities