Design and Synthesis of FVIII- and Upar-Selective Ligands and Cross- Linked Polymers As Media for NMR-Spectroscopy
Total Page:16
File Type:pdf, Size:1020Kb
Technische Universität München Department Chemie Lehrstuhl II für Organische Chemie Design and Synthesis of FVIII- and uPAR-Selective Ligands and Cross- Linked Polymers as Media for NMR-Spectroscopy Sebastian Knör Vollständiger Abdruck der von der Fakultät für Chemie der Technischen Universität München zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktors der Naturwissenschaften genehmigten Dissertation. Vorsitzender: Univ.-Prof. Dr. K. Köhler Prüfer der Dissertation: 1. Univ.-Prof. Dr. H. Kessler 2. Univ.-Prof. Dr. A. Türler 3. Priv.-Doz. Dr. Viktor Magdolen Die Dissertation wurde am 23.05.2007 bei der Technischen Universität München eingereicht und durch die Fakultät für Chemie am 05.07.2007 angenommen. Die vorliegende Arbeit wurde am Lehrstuhl II für Organische Chemie der Technischen Universität München in der Zeit von Oktober 2002 bis Mai 2007 unter der Leitung von Prof. Dr. Horst Kessler angefertigt. Meiner Frau gewidmet Σ’αγαπώ πολύ Publier dans un petit journal ne veut pas dire petit résultat. Ce qui compte c'est que les gens l'essayent pour dire que ça marche!! In einem kleinen Journal zu publizieren heißt nicht, kleine Ergebnisse zu haben. Was zählt ist, dass die Leute es ausprobieren um zu sagen: Es geht! (Abdellah Benhida, Univ. Leuven) DANKSAGUNG Meinem Doktorvater, Herrn Professor Dr. Horst Kessler, danke ich besonders für die vielen interessanten Themen, die ich bearbeiten durfte. Insbesondere bedanke ich mich für die uneingeschränkte Unterstützung in jeder Hinsicht, für den großen wissenschaftlichen Freiraum, der mir gewährt wurde, sowie für die zahlreichen fruchtbaren und hilfreichen Diskussionen. Für die ausgezeichnete Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Faktor VIII Liganden möchte ich mich ganz herzlich bei • Dr. Alexey Khrenov und Prof. Dr. Evgueni Saenko, • Dr. Charlotte Hauser, • Dr. Abdellah Benhida und Prof Dr. Jean-Marie Saint-Remy, • Dr. Rainer Schwaab und Prof. Dr. Johannes Oldenburg sowie • Dr. Nathalie Beaufort und PD. Dr. Viktor Magdolen bedanken. Mit ihrer Hilfe habe ich viel über die Biologie des Faktor VIII und die Schwierigkeiten in der Behandlung der Hämophilie gelernt. Ihr großartiger Einsatz hat maßgebliche zum Erfolg des Projektes beigetragen. Für die hervorragende Zusammenarbeit auf dem Gebieten des Tumor-Imaging und der Tumor-Therapy und bedanke ich mich bei: • Dr. Sumito Sato, PD Dr. Viktor Magdolen und Prof. Dr. Manfred Schmitt, • Dr. Christof Seidl und Prof. Dr. Reingard Senekowitsch-Schmidtke sowie • Dr. Thorsten Poethko, Dr. Margret Schottelius und Prof. Dr. Hans-Jürgen Wester Ohne Ihren unermüdlichen Eifer wäre ein Gelingen dieser Projekte nicht möglich gewesen. Burghard Cordes und Helmut Krause bin ich für zahlreiche analytische Messungen und Maria Kranawetter für das HPLC-Trennen unzähliger Verbindungen zu großem Dank verpflichtet. Mona Wolff danke ich für das Ausführen zahlreicher Synthesen, die Organisation unseres Chemikalienhaushaltes und ihre immer hilfreichen Antworten auf Fragen wie: „Wo ist…?“, „Haben wir…?“, usw. Alexander Frenzel und Rainer Haeßner danke ich für die Hilfe bei allen Computerproblemen, wie „Internet geht nicht!“ und Evelyn Bruckmaier für die vielen netten Worte und Aufmunterun- gen. Der gesamten NMR-Gruppe, insbesondere Rainer Haeßner, Gerd Gemmecker, Burkhard Luy, Peter Kaden, Grit Kummerlöwe und Andreas Enthart für die Einführung in das Messen von NMR-Spektren und die sofortige Hilfe bei allen kleinen und großen Problemen. Allen derzeitigen und ehemaligen Mitgliedern des Arbeitskreises danke ich für das gute Klima und die nette Atmosphäre, insbesondere Burkhardt Laufer, Timo Huber, Jayanter Chatterjee, Eric Biron, Grit Kummerlöwe, Enrique Mann, Armin Modlinger, Axel Meyer, Dominik Heckmann, Andreas Frank, Jörg Auernheimer, Martin Sukopp, Ulrich Hersel, Florian Manzenrieder, Florian Opperer, Lukas Doedens, Peter Kaden, Andreas Enthart und Oliver Demmer. Mein weiterer Dank gilt: • Burkhardt Laufer, Jayanter Chatterjee, Timo Huber, Dominik Heckmann und Grit Kummerlöwe für das Korrekturlesen dieser Arbeit. • Philipp Gradicsky für zwei Jahre als studentische Hilfskraft im Labor – jederzeit zur Stelle • Meinen zahlreichen Forschungsstudenten und Chemielaboranten-Azubis für ihre selbständige Mitarbeit in meinen Forschungsprojekten und die Hilfe im Labor, insbesondere Burkhardt Laufer, Philipp Gradicsky, Bianca Ludwig, Bastian Sauerer, Robert Jäger und Helge Menz. • Axel Meyer, Jörg Auernhaimer, Armin Modlinger, Thorsten Arndt, Dominik Heckmann, Burkhardt Laufer, Timo Huber und Eric Biron für anregende Diskussionen und Hilfestellung jeder Art. Großer Dank gebührt all meinen Förderern, Lehrer und Tutoren in Schul- und Studienzeiten, ohne deren Einsatz diese Ausbildung nicht möglich gewesen wäre. Insbesondere bedanke ich mich bei meinem Chemielehrer Herrn Franz Hetzer, der seine Begeisterung für die Chemie auf mich hat überspringen lassen, sowie bei Professor Dr. Wolfgang Steglich und Professor Dr. Paul Knochel für Ihren großen Einsatz als Hochschullehrer und die intensive und zeitaufwändige Förderung während meines Studiums. Meinen Eltern, danke ich für die großzügige Unterstützung während der meiner gesamten Ausbildung. Ganz besonderer Dank gilt meiner Frau, für die Erduldung der vielen Entbehrungen während meiner Ausbildung, die tolle Verpflegung, die uneingeschränkte Unterstüt- zung in allen Zeiten und alles andere, wofür man einem Menschen sonst noch danken kann. Publications Parts of this work have already been published or are in preparation: Publications S. Knör, A. Khrenov, B. Laufer, E. L. Saenko, C. A. E. Hauser, H. Kessler. Develop- ment of a peptidomimetic ligand for efficient isolation and purification of factor VIII via affinity chromatography. Journal of Medicinal Chemistry, submitted. S. Knör, A. Khrenov, B. Laufer, A. Benhida, R. Schwaab, J. Oldenburg, N. Beaufort, V. Magdolen, J.-M. Saint-Remy, E. L. Saenko, C. A. E. Hauser, H. Kessler. Efficient FVIII affinity purification using a small synthetic ligand. Journal of Thrombosis and Haemostasis, submitted. S. Knör, S. Sato, T. Huber, A. Morgenstern, F. Bruchertseifer, M. Schmitt, H. Kessler, R. Senekowitsch-Schmidtk, V. Magdolen, C. Seidl. Development and evaluation of peptidic ligands targeting tumour-associated urokinase plasminogen activator receptor (uPAR) for use in α-emitter therapy of disseminated ovarian cancer. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging, submitted. S. Knör, A. Modlinger, T. Poethko, M. Schottelius, H.J. Wester, H. Kessler. Synthe- sis of novel DOTA-derivatives for chemoselective attachment to polyfunctionalized compounds. Chemistry — A European Journal 2007, in press. S. Knör, B. Laufer, H. Kessler. Efficient enantioselective synthesis of condensed and aromatic ring-substituted tyrosine derivatives. Journal of Organic Chemistry 2006, 71, 5625-5630. B. Luy, K. Kobzar, S. Knör, J. Furrer, D. Heckmann, H. Kessler. Orientational properties of stretched polystyrene gels in organic solvents and the suppression of their residual 1H NMR signals. Journal of the American Chemical Society 2005, 127, 6459-6465. J. C. Freudenberger, S. Knör, K. Kobzar, D. Heckmann, T. Paululat, B. Luy. Stretched poly(vinyl acetate) gels as NMR alignment media fort he measurement of residual dipolar dipolar couplings in polar organic solvents. Angewandte Chemie International Edition 2005, 44, 423-426. Patents S. Knör, H. Kessler, C. A. E. Hauser, A. Khrenov, E. L. Saenko. Small peptidic and peptidomimetic affinity ligands for Factor VIII and Factor VIII-like proteins. International patent application PCT/EP2006/011786. H. Kessler, C. A. E. Hauser, A. Khrenov, S. Knör, E. L. Saenko. Minimized affinity ligands for Factor VIII and Factor VIII-like proteins. European patent application No. 04 013 852.6. S. Knör, A. Modlinger, H.-J. Wester, H. Kessler. Novel DOTA-derivatives for chemoselective attachment to polyfunctionalized compounds. Great Britain patent application No. 06 245 87.2. Abstracts S. Knör, B. Laufer, A. Khrenov, A. Benhida, S. Grailly, J.-M. Saint-Remy, E. L. Saenko, C. A. E. Hauser and H. Kessler. Factor VIII affinity purification using small ligands. Hämostaseologie 2007, 1, A 65. H. Kessler, B. Luy, K. Kobzar, J. C. Freudenberger, S. Knör, D. Heckmann, J. Klages. RDC as a new NMR-parameter for peptides. Biopolymers 2005, 80, 500. S. Knör, D. Heckmann, L. Marinelli, E. L. Saenko, C. A. E. Hauser and H. Kessler. Linear and cyclic peptides as affinity ligands in Factor VIII purification. Peptides 2004, Proceedings of the 28th European Peptide Symposium, Prague, Czech Republic & Journal of Peptide Science 2004, 10(S2), 272. — Table of Contents — SYNOPSIS 1 CHAPTER 1: DEVELOPMENT OF SMALL MOLECULE LIGANDS FOR AFFINITY PURIFICATION OF FACTOR VIII 9 1.1 Background 9 1.1.1 Blood coagulation and fibrinolysis 10 1.1.1.1 The intrinsic pathway 10 1.1.1.2 The extrinsic pathway 12 1.1.1.3 The common pathway and clot formation 14 1.1.1.4 Temporal and spatial control of clot formation 15 1.1.1.5 Fibrinolysis 17 1.1.2 Hemophilia 18 1.1.2.1 Bleeding disorders: A general overview 18 1.1.2.2 Hemophilia A – The Royal disease 19 1.1.2.3 Treatment of hemophilia A 21 1.1.3 FVIII structure and mechanism of cofactor action 22 1.1.4 FVIII production and purification 26 1.1.5 General synthetic aspects: Solid-phase peptide synthesis 27 1.2 Systematic lead optimization and minimization: From an octa- peptide to an unnatural dipeptide 31 1.2.1 Preliminary studies. Development of the binding assay and selection of the lead structure 31 1.2.2 Optimization of the lead octapeptide EYHSWEYC (3) 32 1.2.3