Spezifische Inhibitoren für C-Typ-Lektine am Beispiel des Pseudomonas aeruginosa-Lektins LecA

• Antragsteller: Professor Dr. Alexander Titz
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 222555570

• Erstellungsjahr: 2016

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Calcium-bindende Lektine (C-Typ-Lektine) spielen vielfältige Rollen in der Erkennung von Glykanstrukturen in Physiologie und Pathophysiologie. Die spezifische Inhibition dieser Lektine mit kleinen Molekülen, zur Blockierung definierter Prozesse ist eine Herausforderung für die Wissenschaft. Die Natur nutzt eine oligovalente Präsentation der entsprechenden Glykostrukturen, um eine höhere Affinität als die der schwach-bindenden monovalenten Saccharide und eine gewisse Spezifität für die jeweiligen, zumeist oligomeren, Lektine zu erreichen. In dem beantragten Projekt sollten spezifische und hochaffine niedermolekulare Verbindungen für C-Typ-Lektine entwickelt werden. Im Detail sollte das Konzept am Beispiel des Pseudomonas aeruginosa-Lektin LecA entwickelt werden. In diesem Projekt wurde über eine zweigleisigen Ansatz die Problematik der Affinität und Spezifität der Lektininhibitoren angegangen. Unter Verwendung paramagnetischer Lanthanidionen konnte das Protein-gebundene Calciumion ausgetauscht werden und so Liganden durch paramagnetische Eigenschaften im Kernresonanzspektrometer charakterisiert werden. Die Verwendung einer Lanthanidions in einem Screeningansatz wurde schliesslich allerdings verworfen und das Screening anhand einer 19F-modifizierten Bibliothek aufgrund dessen ausserordentlicher Sensitivität durchgeführt. Parallel wurde durch chemische Modifizierung eine Bibliothek diverser Galaktosekonjugate erhalten und deren Struktur-Aktivitäts-Beziehung untersucht. Interessanterweise sind nur relativ geringe Variationen in der Affinität gemessen worden. Hier stellt sich die Frage, ob die adressierte Proteinstruktur/-tasche möglicherweise nicht optimal zur Entwicklung dieser Derivate und Fragmentkonjugate geeignet ist oder ob die Derivatisierung in Zukunft noch deutlich ausgeweitet werden muss. Erfreulicherweise konnte durch Modifizierung der Hydroxylgruppen der Galaktose der erste kovalente Lektininhibitor hergestellt und validiert werden. Dieser Erfolg wird für weiterführende Arbeiten eine solide Basis darstellen und wird sicherlich weite Anwendung bei LecA-Inhibitoren und verwandten Lektinen finden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• New Approaches to Control Infections: Anti-Biofilm Strategies against Gram-Negative Bacteria. CHIMIA 2013, 286-290
  Sommer, R.; Joachim, I.; Wagner, S.; Titz, A.
  
• Development and optimization of a competitive binding assay for the galactophilic low affinity lectin LecA from Pseudomonas aeruginosa. Org. Biomol. Chem. 2016, 14, 7933-7948
  Joachim, I.; Rikker, S.; Hauck, D.; Ponader, D.; Boden, S.; Sommer, R.; Hartmann, L.; Titz, A.
  
• Covalent lectin inhibition and its application in bacterial biofilm imaging. Angewandte Chemie, International Edition, Vol. 56. 2017, Issue 52, pp. 16559-16564.
  Wagner, S.; Hauck, D.; Hoffmann, M.; Sommer, R.; Joachim, I.; Müller, R.; Imberty, A.; Varrot, A.; Titz, A.