Katalysator-freie "Click"-Reaktionen für die direkte Konjugation von Metallkomplexen an Bio(makro)moleküle

• Antragsteller: Professor Dr. Ulrich Schatzschneider
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie ; Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 246278426

Die milde und selektive Modifikation von Biomakromolekülen wie Peptiden und Proteinen mit nicht-natürlichen funktionellen Gruppe ist eine erhebliche Herausforderung auf Grund der zahlreichen reaktiven Positionen die diese aufweisen. Gleichzeitig stellen solche hybriden Systeme jedoch wichtige Werkzeuge für die Untersuchung fundamentaler biologischer Prozesse dar und haben eine erhebliche Bedeutung für neue diagnostische und therapeutische Anwendungen in der Humanmedizin. Bioorthogonale "Click-Reaktionen" wie die Kupfer-katalysierte 1,3-dipolare Azid-Alkin-Cycloaddition (CuAAC) finden aktuell breite Verwendung um neue Funktionalitäten in Biomakromoleküle einzuführen. In vitro- und in vivo-Anwendungen werden jedoch dadurch erschwert daß für diese Reaktionen potentiell toxische Übergangsmetalle als Katalysator zugesetzt werden müssen.Es ist das Ziel des vorliegenden Projektes, neue milde und Katalysator-freie Methoden für die Konjugation von funktionellen Metallkomplexen an Peptide und Proteine zu entwickeln. Im Gegensatz zu anderen aktuellen bioorthogonalen Kupplungsreaktionen wie der "strain-promoted azide-alkyne cycloaddition" baut dieses Project jedoch auf einer spezifischen, Metallkomplexen inhärenten Reaktivität auf. Dazu sollen substitutionsinerte Metall-Azid-Komplexe direkt in einer "iClick-Reaktion" mit maskierten Alkin-funktionalisierten Biomakromolekülen zu Konjugaten umgesetzt werden, die durch eine Metall-Triazolat-Brücke zusammengehalten werden. Die einfache Variation des Metallzentrums und der Coliganden wird es erlauben, gezielt die elektronischen und sterischen Eigenschaften der Kupplungspartner einzustellen um eine schnelle Reaktion sicherzustellen und eine Vielfalt von neuartigen Funktionalitäten in die Systeme einzubringen.Die auf diese Weise erhaltenten hybriden Metallkomplex-Biokonjugate sollen dann auf die Stabilität der Triazolat-Brücke hin untersucht werden, insbesondere in Gegenwart von Aminosäuren, Nukleotiden und biogenen Thiolen sowie anderer Moleküle die in Zellen in hoher Konzenration vorkommen. Zunächst wird der Fokus dabei auf einfache Modellpeptide liegen, die in einer späteren Projektphase, wenn Standard-Reaktionsbedingungen etabliert worden sind, durch längere Carrierpeptide mit potentieller biologischer Funktion ersetzt werden sollen. Aufgewählte Metallkomplex-Peptidkonjugate sollen schließlich auf ihre biologische Aktivität gegen verschiedene Krebszelllinien getestet werden.Die so identifizierten Reaktionsbedingungen und Kupplungspartner sollen dann schließlich für die Modifikation von funktionellen Proteinen mit neuen Metall-basierten Markern genutzt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen