Synthese, Photoschaltung und RNA-Bindungseigenschaften von Auronderivaten und Konjugaten von 2-Desoxystreptamin mit Hemi-Indigo-Typ-Photochromen

• Antragstellerin: Dr. Daria Berdnikova
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 437120393

Die Entwicklung der auf RNA zielende Therapie ist eng mit der Entwicklung kleiner organischer Moleküle verbunden, die effiziente und selektive Wechselwirkungen mit krankheitsrelevanten RNA-Sequenzen eingehen. Dennoch werden bisher nur vier vollsynthetische kleine Moleküle als RNA angreifende Medikamente in der klinischen Praxis eingesetzt, was die erheblichen Herausforderungen im Design von RNA-Bindern und die Dringlichkeit der Identifizierung neuer Leitstrukturen widerspiegelt. Das vorliegende Forschungsvorhaben befasst sich daher in zwei Ansätzen mit der Entwicklung funktioneller RNA-Liganden. Im ersten Teilprojekt sollen photoschaltbare Dimere von 2-Desoxystreptamin, d.h. dem wesentlichen Baustein der Aminoglykosid-Antibiotika, synthetisiert und auf ihre Wechselwirkungen mit therapeutisch relevanten RNA hin untersucht werden. Der besondere Fokus liegt auf der Auswahl natürlich vorkommender RNA-Zielstrukturen, die einzigartige Bindungstaschen für Liganden aufweisen. Das Hauptziel dieses Teilprojekts ist es, die mit Licht kontrollierbare Änderung des Ligand-RNA-Bindungsmodus und RNA-Entfaltung zu realisieren, die als molekulare Grundlage für die potenzielle therapeutische Wirkung dienen soll. Im zweiten Teilprojekt sollen Aurone und Isoaurone synthetisiert werden. Aufbauend auf unsere Entdeckung von bemerkenswerter Photoschaltung von Auronen in Wasser sowie ihrer hellen Fluoreszenz sowohl in Lösung als auch im Festkörper wird es vorgeschlagen, diese Verbindungen als photoschaltbare Binder und Fluoreszenzsonden für die RNA-Diagnostik zu entwickeln. Daher werden die Fluoreszenzeigenschaften von Auronen/Isoauronen in Lösung und im Festkörper untersucht und ihre Photoschaltung und RNA-Anfärbereagenzien erforscht, um diese Verbindungsklasse für Targeting und Analyse von RNA anzuwenden. In einem methodisch neuen Ansatz werden die photochemischen Reaktionen in Echtzeit mit einem selbstgebauten, mit LED versehenen NMR-Spektrometer verfolgt, mit dem die Probe direkt innerhalb des NMR-Spektrometers bestrahlt werden kann. Nachfolgend werden im Rahmen der biologischen Studien die vielversprechendsten RNA-bindenden Liganden als lichtkontrollierbare Antibiotika gegen ausgewählte Bakterienstämme und als photoschaltbare Binder und Fluoreszenzsonden für krankheitsrelevante RNA, z.B. RNA-CAG-Expansions, getestet. In diesem Abschnitt sollen in einem innovativen Ansatz auch NMR-spektroskopische Experimente in Zellen durchgeführt werden, die die Untersuchung der Struktur und Wechselwirkungen von Biomolekülen in der komplexen Umgebung lebender Zellen ermöglichen. Insgesamt wird erwartet, dass in diesem Projekt (i) zum Verständnis der Design- und Selektivitätsprinzipien photoschaltbarer Aminoglykosid-Antibiotika beigetragen wird, (ii) die Grundlage für die Anwendung von Auronen/Isoauronen als funktionelle RNA-Binder und Fluoreszenzsonden gelegt wird, und (iii) neue Leitstrukturen für die auf RNA zielende Therapie identifiziert und weiterentwickelt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen