Untersuchung der Amadori Umlagerung für die Biokonjugation von Kohlenhydraten

Die zentrale Rolle von Kohlenhydraten in Biomolekülen wie z.B. Glycoproteinen und Glycolipiden oder anderen Glycokonjugaten in lebenden Organismen wurde in den letzten Jahren intensiv erforscht. Zum Beispiel sind mehr als 50% aller Proteine glycosyliert. Für die Untersuchung der multifunktionalen biologischen Eigenschaften von Kohlenhydratstrukturen benötigt man verlässliche Methoden zur Anbindung von Sacchariden an Biomoleküle oder an spezifische Label. Für viele Anwendungen ist es essentiell, dass diese chemische Ligation im wässrigen Medium und ohne die Notwendigkeit von Schutzgruppenoperationen am Kohlenhydratgerüst stattfindet, eine große Herausforderung an die präparative Chemie. In diesem Projekt soll die Amadori Umlagerung als neues Werkzeug für die Konjugation von Kohlenhydraten on Biomolekülen untersucht werden. Bisher ist eine breite Anwendung dieser Reaktion noch nicht untersucht worden obwohl sich, bei genauer Betrachtung des Mechanismus, eine Vielzahl nützlicher Konjugationsreaktionen durch die Wahl der Aminkomponenten, wie z.B. Mono-, Oligo- oder Polyamine sowie Aminoberflächen, ergeben. Diese Strategie führt zu einer C-glycosidischen Verknüpfung der beiden Bestandteile welche weitaus weniger hydrolyseempfindlich ist als die natürlich vorkommenden O- und N- glykosidischen Verbindungen und dadurch stabiler in biologischen Untersuchungen ist. Die Amadori Umlagerung ist auch für eine regioselektive ("site selective") Modifizierung von Peptiden geeignet. In diesem Projekt wird die Expertise von zwei Arbeitsgruppen, aus Österreich und Deutschland, zusammengeführt um den Anwendungsbereich der Amadori Umlagerung in einigen hochrelevanten Beispielen zu untersuchen. Der Aufgabenbereich der österreichischen Arbeitsgruppe dieses Antrags umfasst folgende Punkte: 1. Entwicklung eines verlässlichen Protokolls für die Anwendung von mono-, oligo- und polyvalenten Aminkomponenten in der Amadori Umlagerung mit geeigneten Aldoheptosen. 2. Herstellung von komplexen Glycokonjugaten sowie Glyco-oberflächen mittels der AR. 3. Entwicklung einer Methodik zur Reaktionsführung unter physiologischen Bedingungen (wässriges Medium). 4. Einführung von unterschiedlichen Reportergruppen wie z.b. Diazirine, Azobezole am Kohlenhydratgerüst zur Herstellung von fotosensitiven Materialien. Die in diesem Projekt hergestellten Glycoconjugate werden in der Gruppe von Prof. Thisbe Lindhorst (Christiana Albertina University, Kiel, Deutschland) auf ihre biologische Aktivität als Inhibitoren von Typ 1-Fimbrien in E.coli Bakterien untersucht. Die neue Konjugierungsmethode bereichert das Repertoire an vorhandenen Synthesemethoden von Glycokonjugaten für die Verfügbarkeit von Strukturen zur Weiterentwicklung der Glycowissenschaften.

Im ERA-CHEMISTRY Projekt mit dem Titel Untersuchung der Amadori-Umlagerung für die Biokonjugation von Kohlenhydraten wurde die Amadori-Umlagerung als chemische Synthesemethode zur Konjugation von Kohlenhydratmolekülen an Aminstrukturen evaluiert um das Repertoire der verfügbaren synthetischen Methoden zu erweitern. Der österreichische Projektteil in diesem transnationalen Forschungsprojekt bezog sich hauptsächlich auf die Entwicklung und Erarbeitung eines verlässlichen Protokolls für die Anwendung der Amadori-Umlagerung als Konjugationsmethode von Kohlenhydratstrukturen an unterschiedlichste Aminkomponenten. Mit dieser Strategie ist eine C- glykosidische Konjugation zwischen den Kohlenhydrateinheiten und den Aglyconteilen zugänglich, welche in zellulärer Umgebung bei weitem stabiler gegen Hydrolyse ist als die natürlich vorkommenden O- und N- glykosidischen Verknüpfungsarten. In diesem Zusammenhang wurden die Möglichkeiten und Limitierungen der Amadori-Umlagerung sorgfältig untersucht. Es wurde ein verlässliches Reaktionsprotokoll für die Anwendung der Amadori-Umlagerung auf unterschiedliche Aminkomponenten, wie z.b. Mono-, Di- und Oligoamine sowie komplexe Aminozucker mit passenden Glykosubstraten entwickelt. Ausgewählte Glykokonjugate, welche mittels dieser Methode im Zuge des Projekts synthetisiert wurden, sind auf ihre biologische Aktivität als Liganden von Typ 1-Fimbrien in E.coli Bakterien getestet worden, um potentiell in der Anti-Adhäsions-Therapie gegen bakterielle Entzündungen Anwendung zu finden. Außerdem wurden ausgesuchte Verbindungen als Inhibitoren/Liganden gegen eine Reihe anderer Lektine, Kohlenhydrat-relevante Proteine im zellulären Metabolismus bakterieller, pflanzlicher und humaner Herkunft, evaluiert. Weitere untersuchte Aminkomponenten in der Amadori-Umlagerung waren Aminosäuren und kurze Peptide um die Anwendbarkeit der Methode als spezifische Proteinmodifizierung zu prüfen. Basierend auf den Resultaten der biologischen Untersuchungen der Amadori-Produkte als geeignete Inhibitoren/Liganden von Lektinen fungieren zu können, ergibt sich die potentielle Anwendung derartige Strukturen für die Adressierung medizinischer und biochemischer Fragestellungen auf dem Gebiet der Glykowissenschaften.