Synthese und Charakterisierung von Glykanliganden und Galektinen für die Entwicklung von Biomaterialbeschichtungen

Kupper, Christiane Elisabeth; Elling, Lothar

doi:32603

Synthese und Charakterisierung von Glykanliganden und Galektinen für die Entwicklung von Biomaterialbeschichtungen = Synthesis and characterisation of glycan ligands and galectins for the development of biomaterial coatings

Kupper, Christiane Elisabeth (Author)

2013

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Christiane Elisabeth Kupper

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2013

UmfangVI, 239 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2013

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Elling, Lothar (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2013-05-02

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-45878
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/229854/files/4587.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Biomaterial (Genormte SW) ; Polysaccharide (Genormte SW) ; Galektine (Genormte SW) ; Glykobiotechnologie (Genormte SW) ; Extrazelluläre Matrix (Genormte SW) ; Biowissenschaften, Biologie (frei) ; Glykane (frei) ; poly-LacNAc (frei) ; biomaterial (frei) ; glycan (frei) ; galectin (frei) ; extracellular matrix (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570

Kurzfassung
Die Doktorarbeit „Synthese und Charakterisierung von Glykanliganden und Galektinen für die Entwicklung von Biomaterialoberflächen“ beschäftigt sich mit der Bereitstellung und Charakterisierung von Galektinen und Glykanen zur nachfolgenden Herstellung von Biomaterialbeschichtungen. Dabei wurden zwei generelle Prinzipien verfolgt, die entweder auf der Immobilisierung von Glykanen oder von Galektinen auf einer Oberfläche basieren. Darauf aufbauend, können Galektine, Glykoproteine der extrazellulären Matrix (ECM) und/oder Zellen auf die Oberfläche binden. Unterschiedlich komplexe Aufbauten können hergestellt werden, um die natürliche Zellumgebung nachzuahmen. Dazu wurden zunächst unterschiedliche Glykane, die auf poly-LacNAc-linker-tBoc-Sacchariden basieren, im präparativem Maßstab hergestellt. Variationen am nicht-reduzierenden Ende wurden enzymatisch und chemisch erreicht. Durch weitere enzymatische Verlängerungen konnten auch Saccharide mit internen Modifikationen hergestellt werden. Diese Glykanderivate wurden auf ihre Bindung an Galektine untersucht. Dabei wurden vor allem zwei interessante Liganden entdeckt. Die alpha,beta-ungesättigten Aldehyde des Tetrasaccharids und Hexasaccharids weisen eine besonders starke Inhibitionskraft auf die Galektin-1C2S-Asialofetuin-Bindung auf. Diese Bindung konnte durch die Probenvorbereitung für die SDS-PAGE nicht gelöst werden, was auf eine kovalente Bindung hindeutet. Die 6-biotinylierten Saccharide weisen eine geringe Bindung zum Galektin-1C2S, jedoch unveränderte Bindung zum Galektin-3 auf, so dass mit diesen Zuckern eine Spezifität für das Galektin-3 gegenüber dem Galektin-1C2S erreicht wird. Für den Aufbau einer Biomaterialoberfläche mit direkt immobilisiertem Galektin wurden Fusionsproteine hergestellt, die zusätzlich einen SNAP-Tag zur einfachen gerichteten Immobilisierung und ein Fluoreszenzprotein zum Nachweis der Immobilisierung tragen. In ihren Binde- und Oligomerisierungseigenschaften sind diese in etwa mit den unfusionierten Galektinen vergleichbar. Die erfolgreiche gerichtete Immobilisierung dieser Fusionsproteine wurde an unterschiedlichen Oberflächen gezeigt. Die SNAP-Tag-orientierte Kopplung zeigte sich dabei vorteilhaft gegenüber einer nicht-orientierten Kopplungsstrategie über NHS-Chemie, da eine ca. dreifach höhere Bindekapazität nach gerichteter Immobilisierung erreicht werden konnte. Positive Effekte immobilisierter Galektine auf die Adhäsion von Zellen konnten in ersten Versuchen gezeigt werden. Außerdem wurde für das Galektin-3 eine pro-angiogene Wirkung gezeigt, welche ebenfalls in weiteren Versuchsaufbauten mit immobilisiertem Galektin-3 weiter untersucht werden kann. Die in dieser Arbeit bereitgestellten und charakterisierten Bestandteile einer künstlichen ECM, können nun für die Herstellung von Biomaterialbeschichtungen eingesetzt werden.

The PhD-thesis „synthesis and characterisation of glycan ligands and galectins for the development of biomaterial coatings“ deals with the provision and characterisation of galectins and glycans for subsequent preparation of biomaterial coatings. To do so, two general principles were applied. Either glycans or galectins were immobilised onto a surface. On this surface galectins, glycoproteins of the extracellular matrix (ECM) and/or cells can bind. Assemblies of different complexities can be established to mimick the natural cellular environment. First, different glycans basing on poly-LacNAc-linker-tBoc saccharides were prepared in preparative scale. Variations at the non-reducing end were achieved enzymatically or chemically. By further enzymatic elongation saccharides with internal modifications were prepared. The glycan derivatives were evaluated for their binding properties with different galectins. In this regard two promising ligands were discovered. The alpha,beta-unsaturated aldehydes of tetra- and hexasaccharide-linker-tBoc showed outstanding inhibitory potencies regarding galectin-1C2S-asialofetuin binding. Glycan-galectin binding was not dissolved under conditions of SDS-PAGE sample preparation, leading to the assumption of covalent galectin-glycan binding. 6-biotinylated saccharides showed reduced binding to galectin-1C2S but unchanged binding strength to galectin-3. Therefore these saccharides had specificity to galectin-3 in comparison to galectin-1C2S. For the assembly of biomaterial surfaces with directly immobilised galectins fusion proteins were constructed which have an additional SNAP-tag for simple oriented immobilisation and a fluorescent protein for controlling successful immobilisation. They are generally comparable with unfused galectins regarding their binding and oligomerisation properties. Effective oriented coupling was shown on different surfaces. The coupling via SNAP-tag was beneficial compared to non-oriented coupling strategies by NHS-chemistry as it was shown by threefold increase of binding capacities after oriented coupling. Positive effects of immobilised galectins for cell adhesion were shown in first experiments. Moreover pro-angiogenic effects of galectin-3 were proven which could be further evaluated in experimental settings with immobilised galectin-3. Components of an artificial ECM which have been produced and characterised in this work can now be applied for the preparation of biomaterial coatings.

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