Chemoenzymatische Synthese von unsymmetrischen N-Glycanen für hochauflösende Glycomanalysen und Glycanarrays

• Antragsteller: Professor Dr. Carlo Unverzagt
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 491990674

Glycane sind in Form von unterschiedlichen Glycokonjugaten ein essentieller Bestandteil von Zellen. Der Glycananteil von Glycokonjugaten beeinflusst deren Eigenschaften und somit die biologischen Prozesse an denen sie beteiligt sind. Allerdings sind die Einflüsse von Kohlenhydraten in biologischen Systemen bislang nur wenig verstanden. Die Gründe dafür liegen in der geringen Verfügbarkeit von reinen Glycanen und Glycokonjugaten aus natürlichen Quellen. Weiterhin stößt auch die Strukturaufklärung natürlicher Glycane aufgrund einer Vielzahl von möglichen isomeren Strukturen und begrenzten Mengen häufig an Grenzen. Diese Hindernisse können meist nur durch die Synthese von Glycanen und Glycokonjugaten überwunden werden. Für Glycan-basierte Interaktionsstudien müssen weitere Voraussetzungen geschaffen werden. Idealerweise sollten glycosylierte Biomoleküle in natürlicher Form zur Aufstellung von Struktur-Wirkungsbeziehungen eingesetzt werden. Dies ist allerdings nicht immer möglich, erfordert zusätzlichen Syntheseaufwand und ist häufig mit einem hohen Verbrauch der schwierig zugänglichen Substanzen verknüpft. Als Alternative dazu haben sich Kohlenhydratmikroarrays etabliert, die den Substanzverbrauch minimieren und parallel viele Experimente ermöglichen. Viele der gegenwärtigen N-Glycanarrays sind weder systematisch aufgebaut noch ist die Reinheit der enthaltenen Verbindungen nachvollziehbar. Ein großer Bedarf besteht bei unsymmetrisch substituierten N-Glycanen, die einen Großteil der natürlich vorkommenden N-Glycane ausmachen aber sehr schwierig zugänglich sind. Wir haben einen chemoenzymatischen Weg zur Diversifizierung von selektiv benzylierten N-Glycanen gefunden, der sich zum Aufbau vollständiger Bibliotheken von unsymmetrisch galactosylierten, multiantennären N-Glycanen eignet. Diese N-Glycane sind leicht an der Azidofunktion derivatisierbar und sollen zur Erweiterung eines Arrays mit symmetrischen N-Glycanen verwendet werden. Durch die Bereitstellung bisher nicht zugänglicher vollständiger Kollektionen von definierten unsymmetrischen Referenzsubstanzen sollen die gegenwärtigen Analysemethoden für N-Glycane in der Glycomforschung verbessert und eine präzise Strukturzuordnung ermöglicht werden. Die Ziele dieses Forschungsprojekts sind:1) Entwicklung von Methoden zur enzymatischen Diversifizierung komplexer N-Glycane.2) Synthese von galactosylierten Referenzbibliotheken unsymmetrischer N-Glycane mit vollständigen Substitutionsprofilen auf der Basis von benzylierten N-Glycanaziden.3) Etablierung eines erweiterten N-Glycanarrays mit unsymmetrischen N-Glycanen zur detaillierten Spezifitätsbestimmung von Lectinen.4) Die Synthese von gelabelten Referenzbibliotheken unsymmetrischer N-Glycane zur Anwendung für Glycomics und Glycoproteinprofiling. 5) Entwicklung von Synthesemethoden für Referenzbibliotheken unsymmetrischer N-Glycane mit verschiedenen Core-Modifikationen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen