Synthesis of mono- and disaccharide ligands related to the secondary cell wall polymer of Paenibacillus alvei containing pyruvate-substituted β-D-mannosamine residues

Pyruvat-substituierte Glykane, welche in sekundären Zellwandpolymeren (SCWP) vorkommen, spielen vermutlich eine wichtige Rolle bei der nichtkovalenten Bindung von S-Schicht (surface-layer) Proteinen an das Peptidoglykan (PG) Netzwerk. SpaA ist ein 106 kDa großes S-Schicht Glykoprotein, welches in dem grampositiven Bakterium Paenibacillus alvei CCM 2051T vorkommt und die Eigenschaft zur Selbstorganisation in regelmäßige, kristalline 2-D Gitter besitzt. Die SLH (S-layer homology)-Domänen am N-Terminus des Proteins sind beteiligt am Mechanismus zur Bindung an die mit Pyruvatgruppen substituierten SCWP von P. alvei CCM 2051T. Das SCWP, welches kovalent an die PG-Schicht gebunden ist, besteht aus →3)-4,6-O-Pyr-β-D-ManNAc-(1→4)-β-D-GlcNAc-(1→ Disaccharid-Bausteinen. Diese Masterarbeit beschreibt die 7- bzw. 8-schrittige Synthese des Monosaccharids 4,6-Pyr-β-D-ManNAcOMe, welches die Grundlage für die darauffolgende 3-schrittige Synthese zum Disaccharids β-D-GlcNAc-(1→3)-4,6-(S)-Pyr-β-D-ManNAcOMe bildet. Die entsprechende Glykosylierung wurde mit dem pyruvylierten β-D-N-Acetyl-mannosamin als Akzeptor und einem N-Troc geschützten Trichloracetimidat Donor durchgeführt. Nach Entfernung der Schutzgruppen wurden die synthetischen Saccharide für verschiedene Experimente mit einem verkürzten SpaA Protein, welches die SLH-Domänen enthält, verwendet. Der Beitrag am Bindungsprozess durch die Pyruvatgruppe konnte mittels Saturation Transfer Difference (STD)-NMR bestätigt und anhand von Ligand-gebundenen Kristallstrukturen gezeigt werden. Die Ergebnisse der Isothermen Titrations-kalorimetrie (ITC) gaben außerdem Auskunft über die Bindungsaffinität der Liganden zum Protein.Pyruvate-substituted glycans present in secondary cell wall polymers (SCWP) are supposed to act as mediators for the noncovalent attachment of surface-layer (S-layer) glycoproteins to the peptidoglycan (PG) meshwork of several Gram-positive bactera. SpaA is a 106 kDa S-layer glycoprotein that occurs in the cell-wall of Paenibacillus alvei CCM 2051T and shows the special ability to self-assemble into 2-D crystalline lattices. S-layer homology (SLH)-domains at the N-terminal part of the protein are known to play an important role in the anchoring mechanism to the pyruvate-substituted SCWP of P. alvei CCM 2051T. The SCWP is covalently linked to the PG layer and is composed of →3)-4,6-O-Pyr-β-D-ManNAc-(1→4)-β-D-GlcNAc-(1→ disaccharide units. This master thesis describes a synthetic route for the preparation of the related monosaccharide 4,6-Pyr-β-D-ManNAcOMe within 7 or 8 steps providing the basis for the following 3-step-synthesis of the disaccharide β-D-GlcNAc-(1→3)-4,6-(S)-Pyr-β-D-ManNAcOMe. The glycosylation reaction was done using the pyruvylated β-D-N-acetyl-mannosamine as acceptor and an N-Troc-protected trichloroacetimidate donor. After global deprotection, different experiments involving the model saccharides and truncated, SLH-domains containing SpaA protein were performed. The binding contribution of the pyruvic acid acetal was confirmed by Saturation Transfer Difference (STD)-NMR and shown in a ligand-bound crystal structure. Isothermal Titration Calorimetry (ITC) gave useful information about the ligands´ binding affinity to the protein