Synthesis of L-alanyl-pyrrolidine based prolyl oligopeptidase ligands with five-membered heteroaromatics at the 2-position on the pyrrolidine ring
Title: | Synthesis of L-alanyl-pyrrolidine based prolyl oligopeptidase ligands with five-membered heteroaromatics at the 2-position on the pyrrolidine ring |
Author(s): | Dillemuth, Pyry |
Contributor: | University of Helsinki, Faculty of Pharmacy |
Degree program: | Master's Programme in Pharmacy |
Specialisation: | Pharmaceutical chemistry |
Language: | Finnish |
Acceptance year: | 2021 |
Abstract: |
Prolyylioligopeptidaasi (PREP) on seriiniproteaaseihin kuuluva entsyymi, jota esiintyy laajasti ihmisen elimistössä ja erityisesti
aivoissa. PREPin ensisijaisena tehtävänä kehossa on uskottu olevan peptidien pilkkominen proliinitähteen kohdalta. PREPillä on
myös havaittu proteiini-proteiini-interaktioita (PPI), jotka lisäävät α-synukeleiinin aggregoitumista ja vähentävän solunsisäsistä,
proteiinifosfataasi 2A -välitteistä autofagiaa. α-Synukeleiiniagregaattien kertymisen soluihin tiedetään aiheuttavan α-
synukleinopatioita kuten Parkinsonin tautia. Tämä tekee PPI:ista houkuttelevan lääkekehityskohteen.
PREPin proteiini-proteiini-interaktioiden mekanismit ovat vielä huonosti tunnettuja. Viimeaikaiset tutkimustulokset ovat
osoittaneet, että näihin interaktioihin voidaan myös vaikuttaa ligandeilla, jotka eivät ole voimakkaita proteolyytiseen aktiivisuuden
estäjiä. Tutkimustulokset ovat osoittaneet, ettei IC50-arvo korreloi ligandin kykyyn säädellä PPI:ita. Ligandit, jotka pystyisivät
selektiivisesti säätelemään PREPin PPI:ita voisivat tuoda arvokasta lisätietoa näistä interaktioista ja niiden säätelystä. Näiden
ligandien uskotaan sitoutuvan kohtaan, missä se ei estä PREPin proteolyyttistä aktiivisuutta ja ligandin sitoutumisen uskotaan
rajoittava PREPin dynaamista rakennetta ja siten säätelevän PREPin kykyä muodostaa proteiini-proteiini-interaktioita.
Tämän tutkimuksen tavoitteena oli syntetisoida uusia peptidinkaltaisia PREP-ligandeja ja tutkia näiden vaikutusta PREP
proteolyyttiseen aktiivisuuteen ja PREPin proteiini-proteiini-interaktioihin. Tarkoituksen oli löytää yhdisteitä ja tunnistaa
rakenteita, jotka vaikuttavat erityisesti PREPin PPI:ihin ja tutkia miten nämä vaikutukset korreloivat IC50-arvon kanssa.
Tutkimuksen yhdistesarjaksi valittiin L-alanyyli-pyrrolidiini-rakenteiset yhdisteet, joiden pyrrolidiinin 2-asemaan liitettiin
viisijäseniset heteroaromaatit imidatsoli, triatsoli ja tetratsoli. Tässä kohdassa pyrrolidiinirengasta on useissa PREP-estäjissä
elektrofiilinen ryhmä, mitä edellä mainitut heteroaromaatit eivät ole. Alaniinin N-terminaalipuolta muokattiin liittämällä siihen
eripituisia fenyalkyyliryhmiä. Tutkimuksen yhdisteet syntetisoitiin käyttämällä neljää synteesireittiä, jotka olivat suunniteltu
kirjallisuudessa esitettyjen synteesimenetelmien ja -reittien pohjalta.
Viidelle syntetisoidulle yhdisteelle suoritettiin aktiivisuuskokeet, jotka mittasivat yhdisteiden IC50-arvon sekä vaikutukset α-
synukeleiinin aggregoitumiseen ja autofagiaan. Testatuilla yhdisteillä ei ollut merkittävää vaikutusta α-synukeleiinin
aggregoitumiseen eikä autofagiaan ja kaikki yhdisteet olivat heikkoja inhibiittoreita. Vaikka yhdisteet eivät osoittaneet voimakasta
aktiivisuutta suoritetuissa kokeissa, huomattiin että fenyalkyyliryhmän pituus vaikutti kuitenkin huomattavasti yhdisteiden
aktiivisuuten. Tuloksista oli myös havaittavissa samaa korrelaation puuttumista IC50-arvon, α-synukeleiinin aggregoitumiseen ja
autofagian välillä, mikä on huomattu myös aikaisemmissa tutkimuksissa.
Prolyl oligopeptidase (PREP) is a serine protease that is widely found throughout the human body and especially in the brain. The
primary function of PREP is thought to be the hydrolysis of the carboxyl side bond of proline residues in oligopeptides. PREP is
also shown to increase the dimerization and aggregation of α-synuclein and downregulate the protein phosphatase 2A mediated
autophagy in the cell via direct protein-protein interactions (PPI). The accumulation of α-synuclein aggregates in cell is known to
cause α-synucleinopathies such as Parkinson’s disease. This makes the PPIs of PREP an attractive target for drug research.
The mechanisms of the PPIs of PREP are still poorly understood. Recent studies have shown that these PPIs can be modulated
with ligands lacking high inhibitory activity for the proteolytic activity. These studies show that the IC50-value of the ligand does
not correlate with ligands ability to affect the PPIs of PREP. Ligands that could selectively modulate the PPIs of PREP without
inhibiting the proteolytic activity of PREP could give valuable information on the mechanisms of the PPIs and on how to modulate
them. It is hypothesized that the ligands could bind to PREP at a site that does not interfere with its proteolytic activity, and ligand
binding is assumed to restrict the dynamic structure of PREP and thereby also modulating the PPIs of PREP.
The aim of this study was to synthetize novel peptidic PREP ligands and study their effects on the proteolytic activity of PREP
and the PPIs of PREP. The aim was to find and identify ligands and structures that would modulate the PPIs of PREP and observe
how the IC50-values of the ligands would correlate. L-Alanyl-pyrrolidine was selected as the scaffold for the compound series and
the five-membered heteroaromatics, imidazole, triazole and tetrazole, were added to the 2-position of the pyrrolidine ring. In this
position there is an electrophilic group in many PREP inhibitors, although these heteroaromatics are not electrophiles. The scaffold
was also expanded by adding phenyalkyl groups with different linker lengths were added to the N-terminal side of the alanine.
The ligands were synthesized using four synthesis routes which were based on synthesis methods found in literature.
The IC50-values and the effects on α-synuclein dimerization and autophagic flux were determined for five synthetized compounds.
The tested compounds were all weak PREP inhibitors and showed no strong activity in the α-synuclein dimerization and autophagy
assays. Despite the weak activities in the assays, the importance of the linker length in the phenyalkyl group was shown. Changing
the linker by one methylene group had noticeable effect on the overall activity. The results also demonstrate a lack of correlation
between the IC50-values and the effects on α-synuclein dimerization and autophagic flux, which further confirms the lack of
correlation between the proteolytic function and the PPIs of PREP which was observed also in previous studies.
|
Keyword(s): | Prolyl oligopeptidase α-synuclein autophagy protein-protein interaction heteroaromatics |
Files in this item
Files | Size | Format | View |
---|---|---|---|
Dillemuth_Pyry_Progradu_2021.pdf | 1.264Mb |
This item appears in the following Collection(s)
-
Faculty of Pharmacy [577]