Synthese von membranpermeablen, stabilisierten, lipophil maskierten und photocaged NAADP-Derivaten,Synthesis of membrane permeable, stabilised, lipophilically masked and photocaged NAADP derivatives
Staats- und Universitätsbibliothek Hamburg Carl von Ossietzky
Erscheinungsjahr:
2025
Medientyp:
Text
Schlagworte:
NAADP
Nicotinsäureadenindinucleotidphosphat
membranpermeabel
sekundäre Botenstoffe
bioreversibel
photolabil
540: Chemie
35.69: Organische Chemie: Sonstiges
Totalsynthese
Nicotinsäure
Calciumfreisetzung
Lipophile Verbindungen
Botenmolekül
ddc:540:
Totalsynthese
Nicotinsäure
Calciumfreisetzung
Lipophile Verbindungen
Botenmolekül
Beschreibung:
Ein zentraler und universeller sekundärer Botenstoff der zellulären Kommunikation ist dabei das Calciumkation. Das Calciumion ist ein potentes Werkzeug zur Regulation einer Reihe grundlegender Prozesse auf zellulärer Ebene. Die Ausschüttung der Calciumionen aus intrazellulären Speichern ist im hohen Maße von sekundären Botenstoffen, wie dem Nicotinsäureadenindinucleotidphosphat (NAADP) abhängig. Bereits geringe Konzentrationen von NAADP sind in der Lage, Ca2+-Ionen in Zellen zu mobilisieren. Durch Messungen in verschiedenen Zellsystemen konnte gezeigt werden, dass NAADP in einem Konzentrationsbereich von 10 bis 100 nM wirksam ist. Bis heute sind jedoch die Art der Aktivierung und die Zielkanäle des NAADPs noch nicht vollständig verstanden. Für die Untersuchung der NAADP-induzierten Signaltransduktion ist es daher von großer Bedeutung, NAADP direkt in die Zelle einzuführen. Der bekannte Ca2+-freisetzende Botenstoff NAADP ist bei physiologischem pH-Wert jedoch geladen und aus diesem Grund nicht membranpermeabel. Um jedoch die Wirkung dieser Botenstoffe in intakten Zellen untersuchen zu können, wurden bisher aufwendige, technisch anspruchsvolle und invasive Methoden angewendet. Da diese Methoden allerdings durch die bloße Anwendung im Zellsystem Stress auslösen können, beeinträchtigen sie oftmals signifikant die Ergebnisse in Untersuchungen zur NAADP-Signalübertragung. Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, soll das Maskieren des polaren NAADPs, ähnlich wie beim bekannten Prodrug-Konzept, die Membranpermeabilität dieser Verbindung gewährleisten. Nach passiver Diffusion der Verbindung durch die Zellmembran ins Zellinnere, können die lipophilen Masken durch chemische oder enzymatische Hydrolyse entfernt werden. Dadurch wird das aktive NAADP-Derivat innerhalb der Zelle freigesetzt. In der Forschungsgruppe um MEIER wurde in den letzten Jahren an der Entwicklung einer Totalsynthese eines Membrane permeAble, STabilized, biorEversibly pRotected (MASTER) NAADP Derivats gearbeitet. Die Synthese dieses Derivats sollte dabei ein einfaches und effizientes Mittel sein, um das stabilisierte und modifizierte NAADP-Derivat in Zellen zu applizieren. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wurden, ausgehend von der beschriebenen Leitstruktur, weitere modifizierte MASTER-NAADP-Derivate synthetisiert. Die Darstellung dieses neuartigen 3’ F-MASTER Verbindungen erfolgte um eine 2‘-3‘-Phosphat-Migration zu unterbinden und 3’ OMe-MASTER-NAADP. Beide Derivate konnten in hoher Reinheit und ausreichender Menge für die zellbiologischen Tests erhalten werden. Die Fähigkeit der Verbindungen intrazellulär Ca2+ freizusetzen wurden in der Arbeitsgruppe um GUSE in Jurkat T-Zellen, NK Zellen und Neuro2A-Zellen untersucht. Das 3‘ F-MASTER-Derivat induzierte in allen Zelltypen erfolgreich Ca2+-Mikrodomänen. Das 3’ F-MASTER-NAADP scheint ein generell geeignetes Molekül für die Studien zur NAADP-Signaltransduktion zu sein und kann zur Untersuchung von NAADP-vermittelten Ca2+ freisetzenden Signalprozessen in unterschiedlichen Zelltypen eingesetzt werden. Weil die 3’ OMe Verbindung in den zellbiologischen Testungen vergleichbare Ergebnisse zum 3’ F Derivat lieferte und es gleichzeitig synthetisch leichter zugänglich ist, sollten weitere Modifikationen an den Maskierungseinheiten am 3’ OMe-Derivat erfolgen. Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit erfolgten ausgehend von der 3’ OMe-MASTER-NAADP-Grundstruktur Variationen der verwendeten Maskierungseinheiten. Diese Derivate bestehen aus einer Kombination der bereits verwendeten Acyloxybenzyl (AB) Masken und photospaltbaren Masken. Die Darstellung dieser Derivate erfolgte, da das bis zu diesem Zeitpunkt verwendete Maskenkonzept für eine unspezifische Freisetzung durch Enzyme und Nucleophile in der Zelle sorgt. Durch den Einsatz der MeNV und NV-Masken bietet sich die Möglichkeit, sowohl eine orts- als auch eine zeitabhängige spezifische Spaltung der Photomasken mit Licht einer bestimmten Wellenlänge in der Zelle zu kontrollieren. Es wurde eine Kombination aus beiden Maskenkonzepten genutzt, um eine ausreichende Lipophilie der Derivate sicherzustellen. Die charakteristische Instabilität der N-glykosidischen Bindung des Nicotinsäurenucleosids wurde durch die Maskierung der negativen Ladung des Carboxylats verstärkt und erschwert den Zugang zu maskierten Derivaten mit nativer Grundstruktur. Aus diesem Grund wurde im dritten Teil dieser Arbeit ein zweifach lipophil maskiertes MASTER-NAADP-Derivat synthetisiert, um die Relevanz der Maskierungseinheit am oberen Baustein zu untersuchen. Dies soll dazu dienen, einen Weg zu finden, in Zukunft möglichst wieder zurück zur nativen Struktur des sekundären Botenstoffs zurückzukehren. Dafür wurden die Kettenlängen der Maskierungseinheiten modifiziert, um durch die Erhöhung der Lipophilie dieser Masken die erhöhte Polarität des Derivats zu kompensieren. Sollte eine Membranpermeabilität dieser Verbindung zukünftig nachgewiesen werden, soll das Benzoesäure Motiv durch die Nicotinsäure ersetzt werden, um die Relevanz der positiven Ladung des Nicotinsäurebausteins des NAADPs zu untersuchen. Es wurde zu allen Verbindungen, deren Eigenschaften zellbiologisch untersucht wurden, ein Derivat als Negativkontrolle synthetisiert. Bei diesen handelt es sich um das jeweilige NADP-Analogon der stabilisierten und lipophil maskierten NAADP-Derivate.