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Design, synthesis and biological evaluation of novel FKBP51 ligands

Voll, Andreas Markus (2023)
Design, synthesis and biological evaluation of novel FKBP51 ligands.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00017949
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

Kurzbeschreibung (Abstract)

The FK506-binding protein 51 (FKBP51) has emerged as an attractive new drug target for mood disorders, obesity and chronic pain. The most advanced FKBP51 ligands of the SAFit class are highly selective against the anti-target FKBP52, but only poorly discriminate against the homologs FKBP12 and FKBP12.6. To improve SAFit-like compounds we employed a structure-based approach: Envisioning enhanced properties of macrocycles like increased oral bioavailability, metabolic stability and selectivity compared to the linear SAFit-construct, we designed and synthesized FKBP-binding macrocycles. These macrocycles were synthesized via ring-closing-metathesis and a solid-phase assisted approach. Surprisingly, we observed that many of these macrocyclic analogs have a novel high preference for FKBP51 over FKBP12 and FKBP12.6 and that they bind with a new binding mode featuring a transient conformation that is disfavored for the small FKBPs. These findings represent the structural basis for enhanced selectivity and a new chemical scaffold for selective FKBP51 ligands. Furthermore, we present the rational design and synthesis of novel A and B ring derivatives of SAFit1 (an essential building block of SAFit-ligands). Reducing the size of SAFit to explore the necessary interactions and subsequently combining the most favorable moieties resulted in novel diaza-chalcone derivatives. These compounds reached similar FKBP51 selectivity and affinity in comparison to SAFit1 and most importantly displayed a reduced weight by up to 132 g/mol. Additionally, a compound series of A/B ring-analogs was synthesized by Click reaction, which displayed a new preference for FKBP12.6 over FKBP12. This may offer new possibilities to alter FKBP selectivities.

Typ des Eintrags: Dissertation
Erschienen: 2023
Autor(en): Voll, Andreas Markus
Art des Eintrags: Erstveröffentlichung
Titel: Design, synthesis and biological evaluation of novel FKBP51 ligands
Sprache: Englisch
Referenten: Hausch, Prof. Dr. Felix ; Schmidt, Prof. Dr. Boris
Publikationsjahr: 2023
Ort: Darmstadt
Kollation: VII, 322 Seiten
Datum der mündlichen Prüfung: 19 April 2021
DOI: 10.26083/tuprints-00017949
URL / URN: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/17949
Kurzbeschreibung (Abstract):

The FK506-binding protein 51 (FKBP51) has emerged as an attractive new drug target for mood disorders, obesity and chronic pain. The most advanced FKBP51 ligands of the SAFit class are highly selective against the anti-target FKBP52, but only poorly discriminate against the homologs FKBP12 and FKBP12.6. To improve SAFit-like compounds we employed a structure-based approach: Envisioning enhanced properties of macrocycles like increased oral bioavailability, metabolic stability and selectivity compared to the linear SAFit-construct, we designed and synthesized FKBP-binding macrocycles. These macrocycles were synthesized via ring-closing-metathesis and a solid-phase assisted approach. Surprisingly, we observed that many of these macrocyclic analogs have a novel high preference for FKBP51 over FKBP12 and FKBP12.6 and that they bind with a new binding mode featuring a transient conformation that is disfavored for the small FKBPs. These findings represent the structural basis for enhanced selectivity and a new chemical scaffold for selective FKBP51 ligands. Furthermore, we present the rational design and synthesis of novel A and B ring derivatives of SAFit1 (an essential building block of SAFit-ligands). Reducing the size of SAFit to explore the necessary interactions and subsequently combining the most favorable moieties resulted in novel diaza-chalcone derivatives. These compounds reached similar FKBP51 selectivity and affinity in comparison to SAFit1 and most importantly displayed a reduced weight by up to 132 g/mol. Additionally, a compound series of A/B ring-analogs was synthesized by Click reaction, which displayed a new preference for FKBP12.6 over FKBP12. This may offer new possibilities to alter FKBP selectivities.

Alternatives oder übersetztes Abstract:
Alternatives AbstractSprache

Das Protein FKBP51 (FK506-binding protein 51) ist ein attraktives Wirkstoffziel für die Behandlung von psychischen Krankheiten, Adipositas und chronischem Schmerz. Die bestentwickelten FKBP51 Liganden der SAFit-Klasse binden hochselektiv an FKBP51 und nicht das anti-target FKBP52. Allerdings binden die SAFit Liganden die stark homologen off-targets FKBP12 und 12.6. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Struktur-basierter Ansatz verfolgt, um diese Bindeeigenschaften der SAFit ähnlichen Verbindungen zu verbessern: Hierzu wurden unter Zuhilfenahme des SAFit Grundgerüstes Makrozyklen durch Ringschluss-Metathese, sowie Festphasen-Peptid-Synthese synthetisiert. Diese neuartigen Makrozyklen präferieren die Bindung an FKBP51 und binden nicht mehr an FKBP12 und 12.6. Eine Erklärung für diese spezifische Eigenschaft konnte mit Hilfe von Kokristallstrukturen postuliert werden. Der makrozyklische Ligand bindet nur eine transiente Konformation der Proteine, die bei FKBP51 bevorzugt vorliegt. Diese neue Ligandenklasse bildet eine strukturelle Grundlage für die Entwicklung von hochselektiven FKBP51 Liganden. Des Weiteren wurden neuartige A/B-Ringsysteme (essentieller Baustein von SAFit-Liganden) synthetisiert, um SAFit-Derivate zu finden, welche verbesserte Eigenschaften hinsichtlich Molekülmasse und Größe aufweisen. Insbesondere zeigten Diazachalkone im Vergleich zu SAFit1 ähnliche FKBP51 Selektivität und Affinität auf. Zusätzlich konnte die Molekülmasse um 132 g/mol verringert werden. Zudem zeigte eine weitere Serie von A/B-Ringsystemen, welche über eine Click-Reaktion synthetisiert wurden, eine bis dato unbekannte, bevorzugte Bindung von FKBP12.6 gegenüber FKBP12. Diese Ergebnisse könnten uns neue Möglichkeiten zur Steuerung und Anpassung der Eigenschaften für FKBP Liganden liefern.

Deutsch
Status: Verlagsversion
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-179499
Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC): 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
Fachbereich(e)/-gebiet(e): 07 Fachbereich Chemie
07 Fachbereich Chemie > Clemens-Schöpf-Institut > Fachgebiet Biochemie
Hinterlegungsdatum: 12 Mai 2023 12:06
Letzte Änderung: 15 Mai 2023 05:13
PPN:
Referenten: Hausch, Prof. Dr. Felix ; Schmidt, Prof. Dr. Boris
Datum der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: 19 April 2021
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