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- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-354452
- DOI zum Zitieren dieses Dokuments:
- 10.5283/epub.35445
| Dokumentenart: | Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation) |
|---|---|
| Open Access Art: | Primärpublikation |
| Datum: | 2 Oktober 2017 |
| Begutachter (Erstgutachter): | Prof. Dr. A. Buschauer |
| Tag der Prüfung: | 17 März 2017 |
| Institutionen: | Chemie und Pharmazie > Institut für Pharmazie > Lehrstuhl Pharmazeutische / Medizinische Chemie II (Prof. Buschauer) |
| Stichwörter / Keywords: | Neuropeptide Y; pancreatic polypeptide; NPY Y4 receptor ligands; radioligand; carbamoylguanidine; aza-peptides; peptidic antagonists; cross-metathesis |
| Dewey-Dezimal-Klassifikation: | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 615 Pharmazie |
| Status: | Veröffentlicht |
| Begutachtet: | Ja, diese Version wurde begutachtet |
| An der Universität Regensburg entstanden: | Ja |
| Dokumenten-ID: | 35445 |
Zusammenfassung (Englisch)
The neuropeptide Y family comprises three 36-amino acid peptides, namely neuropeptide Y (NPY), peptide YY (PYY) and pancreatic polypeptide (PP). In humans, the three peptides activate four functionally expressed G-protein coupled receptors (Y1R, Y2R, Y4R and Y5R) and contribute to the regulation of numerous (patho)physiological processes such as feeding behavior, pain sensitivity or the formation ...
Zusammenfassung (Englisch)
The neuropeptide Y family comprises three 36-amino acid peptides, namely neuropeptide Y (NPY), peptide YY (PYY) and pancreatic polypeptide (PP). In humans, the three peptides activate four functionally expressed G-protein coupled receptors (Y1R, Y2R, Y4R and Y5R) and contribute to the regulation of numerous (patho)physiological processes such as feeding behavior, pain sensitivity or the formation of mental disorders. Among the NPY receptors, the Y4R is unique, because it preferentially binds PP over NPY or PYY. Recently, Y4R agonists were proposed as anti-obesity agents. However, due to the lack of appropriate pharmacological tools, the physiological role of the Y4R is still far from being understood. Therefore, this work aimed at the development of selective high affinity Y4R ligands, agonists and antagonists, and labeled Y4R ligands.
Bivalent, NG-carbamoylated argininamides such as UR-MK188 represent the only class of Y4R antagonists with affinities in the nanomolar range known so far. UR-MK188 (Ki = 130 nM, Kb = 20 nM) was used as a lead structure for the development of truncated, centrally constrained dimeric ligands. Aromatic substructures in the core of the linker were tolerated. Bivalent ligands with a central bent 1,7-disubstituted imidazo[4,5-f]benzimidazol moiety had slightly higher affinities than those with a 4,4’-disubstituted biphenyl moiety. A truncation of the linker length from 39 to 21 atoms did not compromise the Y4R affinity of the investigated ligands. An exchange of the linker attachment position from the guanidine group to the carboxylic acid of the argininamides improved the synthetic availability, but resulted in Y4R bivalent ligands with slightly reduced affinities.
The diastereomeric mixture of D/L-2,7-diaminooctanedioyl-bis(YRLRY-NH2) (BVD-74D) was described as a high affinity Y4R agonist. The pure diastereomers (2R,7R)-BVD-74D and (2S,7S)-BVD-74D and a series of homo- and heterodimeric analogs in which octanedioic acid was used as an achiral linker were prepared. To investigate the role of the amino acid residues, selected amino acids were replaced by Ala. (2R,7R)-BVD-74D was superior to (2S,7S)-BVD-74D in binding and functional cellular assays, and the presence of at least one unaltered tetrapeptide sequence Arg-Leu-Arg-Tyr-NH2 was indispensable with regard to Y4R affinity. [3H]Propionylation of one amino group in the linker of (2R,7R)-BVD-74D resulted in the high affinity Y4R radioligand [3H]UR-KK193 (Kd (Y4R) = 0.67 nM), a useful new tool for the Y4R. Binding experiments with [3H]UR-KK193 revealed that the affinity of peptide Y4R agonists may be considerably higher in the absence of sodium ions, conditions widely used for the investigation of NPY receptor ligands.
Recently, analogs of the C-terminus of PP containing artificial cyclic β-amino acids such as [cpen34]pNPY(32-36), were described as partial Y4R agonists. With respect to the development of Y4R antagonists, aza-amino acids and D-amino acids where introduced into peptide agonist precursors. The incorporation of aza-amino acids, either azaArg or azaLeu, into the above-mentioned ‘dimeric’ peptides changed the quality of action from agonism to antagonism in functional assays with complementary readouts. The amino acid sequence of the Y4R agonist Ac-YRLRY-NH2 was optimized with respect to Y4R affinity by the replacement of Arg2 with an NG-carbamoylated arginine building block and the extension of the N-terminus by an additional arginine. A D-amino acid scan was performed with this hexapeptide. Hexapeptides, in which either one of the three C-terminal L-amino acids had been replaced with the respective D-amino acid, were Y4R antagonists. Due to their extremely facile synthetic availability, linear peptides containing D-amino acids are promising building blocks for further structural modifications and might pave the way for the development of peptide Y4R antagonists with increased affinity and antagonistic activity.
In summary, the high-affinity ligands and radiolabeled molecular tools described in this thesis should contribute to gain deeper insight into the physiological role and the signaling mechanisms of the neuropeptide Y Y4 receptor.
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Die Neuropeptid Y Familie umfasst vier G-Protein gekoppelte Rezeptoren (Y1R, Y2R, Y4R und Y5R), die durch drei endogene Liganden, Neuropeptid Y (NPY), Peptid YY (PYY) und das pankreatische Polypeptid (PP) aktiviert werden. Die NPY Familie ist an der Regulation einer Vielzahl von physiologischen und pathophysiologischen Prozessen beteiligt. Hierzu gehören die Nahrungsaufnahme, das ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Die Neuropeptid Y Familie umfasst vier G-Protein gekoppelte Rezeptoren (Y1R, Y2R, Y4R und Y5R), die durch drei endogene Liganden, Neuropeptid Y (NPY), Peptid YY (PYY) und das pankreatische Polypeptid (PP) aktiviert werden. Die NPY Familie ist an der Regulation einer Vielzahl von physiologischen und pathophysiologischen Prozessen beteiligt. Hierzu gehören die Nahrungsaufnahme, das Schmerzempfinden, das Knochenwachstum sowie die Entstehung psychiatrischer Erkrankungen. Innerhalb der NPY Rezeptoren nimmt der Y4R eine besondere Rolle ein, da er im Gegensatz zu den anderen bevorzugt PP bindet. Y4R Agonisten werden als potentielle Wirkstoffe zur Behandlung von Übergewicht gehandelt. Aufgrund des Fehlens geeigneter pharmakologischer Werkzeuge ist die physiologische Bedeutung des Y4R allerdings längst nicht vollständig verstanden. Deshalb war das Ziel dieser Arbeit die Entwicklung selektiver, hochaffiner Y4R Agonisten, Antagonisten und markierter Liganden.
Bivalente, NG-carbamoylierte Argininamide wie UR-MK188 sind die bislang einzige bekannte Klasse von Y4R Antagonisten mit nanomolaren Affinitäten. UR-MK188 (Ki = 130 nM, Kb = 20 nM) wurde als Leitstruktur für die Entwicklung von dimeren Liganden mit verkürzten, rigidisierten Linkern verwendet. Aromatische Substrukturen im Zentrum des Linkers wurden im Hinblick auf die Affinität am Y4R toleriert. Bivalente Liganden mit einem zentralen 1,7-disubstituierten Imidazo[4,5-f]benzimidazol waren affiner als die mit einem 4,4‘-disubstituierten Biphenyl. Eine Verkürzung der Linkerlänge von 39 zu 21 Atomen hatte keinen Einfluss auf die Affinität der untersuchten Liganden. Bivalente Liganden, bei denen der Linker nicht am Guanidin, sondern an der Carbonsäure des Pharmakophors befestig war, sind synthetisch leichter zugänglich. Allerdings zeigten die resultierenden bivalenten Liganden leicht reduzierte Affinitäten am Y4R.
Die diastereomere Mischung aus D/L-2,7-Diaminooctandioyl-bis(YRLRY-NH2) (BVD-74D) ist ein hochaffiner Y4R Agonist. Die reinen Diastereomere, (2R,7R)-BVD-74D und (2S,7S)-BVD-74D, sowie eine Serie von homo- und heterodimeren Analoga mit Oktandisäure als achiralem Linker, wurden synthetisiert. Um den Einfluss einzelner Aminosäuren auf die Affinität zu untersuchen, wurden ausgewählte Aminosäuren des Pentapeptides YRLRY-NH2 durch Alanin ersetzt. (2R,7R)-BVD-74D wies eine höhere Affinität und Potenz in zellulären Assays auf als (2S,7S)-BVD-74D. Das Vorhandensein zumindest eines Tetrapeptids mit der Sequenz Arg-Leu-Arg-Tyr-NH2 erwies sich als Voraussetzung für die Affinität zum Y4R. [3H]Propionylierung einer der Aminogruppen im Linker von (2R,7R)-BVD-74D ergab den hochaffinen, selektiven Radioligand [3H]UR-KK193 (Kd (Y4R) = 0.67 nM), ein nützliches neues Werkzeug für die Untersuchung des Y4R. Bindungsstudien mit [3H]UR-KK193 zeigten, dass die Affinität von peptidischen Y4R Agonisten in der Abwesenheit von Natriumionen deutlich erhöht ist. Obwohl natriumfreie Bindungspuffer ein äußerst unphysiologisches System darstellen, ist ihre Anwendung in der Untersuchung von NPY Rezeptor Liganden weit verbreitet.
Vor kurzem wurden Analoga des C-Terminus des endogenen Liganden PP, die zyklische β-Aminosäuren enthalten (Bsp. [cpen34]pNPY(32-36)), als Partialagonisten des Y4R beschrieben. Im Hinblick auf die Entwicklung peptidischer Y4R Antagonisten, wurden weitere Backbone-Modifikationen (Einführung von aza-Aminosäuren oder D-Aminosäuren, Backbone-Zyklisierungen) an peptidischen Y4R Agonisten durchgeführt. Die Einführung von azaArg oder azaLeu in die weiter oben genannten ‚dimeren‘ Peptide änderte die Wirkqualität von Agonismus zu Antagonismus. Die Aminosäuresequenz des Y4R Agonisten Ac-YRLRY-NH2 wurde durch den Ersatz von Arg2 mit einem NG-carbamoylierten Arginin und die Verlängerung des N-Terminus durch ein zusätzliches Arginin hinsichtlich der Y4R Affinität optimiert. Mit dem resultierenden Hexapeptid wurde ein D-Aminosäure Scan durchgeführt. Hexapeptide, in denen eine der drei C-Terminalen Aminosäuren mit der jeweiligen D-Aminosäure ersetzt worden war, waren Y4R Antagonisten. Aufgrund ihrer einfachen synthetischen Zugänglichkeit sind lineare, D-Aminosäuren enthaltende Peptide vielversprechende Leitstrukturen für weiterführende strukturelle Modifikationen.
Die im Rahmen des Promotionsprojekts entwickelten hochaffinen Liganden und radioaktiv markierten Werkzeuge tragen dazu bei, einen tieferen Einblick in die physiologische Bedeutung und die Signalmechanismen des Y4R zu erhalten.
Metadaten zuletzt geändert: 25 Nov 2020 15:40
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