Synthetische Glycopolypeptide und Ihre Interaktionen mit Lektinen

Haak, Katharina

In dieser Dissertation wurde die Synthese von wohldefinierten Glycopolypeptiden, die mit verschiedenen Mono-, Di- und Trisacchariden funktionalisiert sind, beschrieben. Die Anbindung der Zucker erfolgte über eine polymeranaloge Modifizierung mit dem Amidkupplungsreagenz DMT-MM an das über amin-initiierte ringöffnende Polymerisation hergestellte Polypeptidrückgrat (Poly-alpha,L-glutaminsäure). Ein Schwerpunkt der Arbeit lag auf der Untersuchung der Sekundärstrukturen der hergestellten Glycopolypeptide. Mittels CD- Spektroskopie wurde der Einfluss der Zuckerdichte und der Größe des Zuckerrests auf die Fähigkeit der Poly-alpha,L-glutaminsäure pH-abhängig Sekundärstrukturen auszubilden untersucht. Alle hergestellten Glycopolypeptide zeigten pH-abhängige Helix-Knäul- Übergänge. Die maximale Helizität, die im sauren pH-Bereich erreicht werden konnte, hing dabei maßgeblich vom Glycosylierungsgrad und weniger von der Größe des Zuckerrests ab. Durch eine Vergrößerung des Abstands des Zuckers vom Polypeptidrückgrat über einen aromatischen Spacer konnte die Ausbildung helikaler Strukturen im neutralen pH-Bereich verbessert werden. Neben den Untersuchungen der Sekundärstrukturen lag ein weiterer Schwerpunkt auf der Untersuchung der Wechselwirkung der hergestellten Glycopolypeptide mit zuckerbindenden Proteinen (Lektine). Als Modell-Lektin wurde das Concanavalin A (ConA) gewählt, da dieses in der Lage ist endständige Glucoseeinheiten zu binden. Durch quantitative Fällungstest und isotherme Titrationskalorimetrie wurde der Einfluss der Zuckergröße, des Glycosylierungs- grades und des Polymerisationsgrades auf die Lektin-Wechselwirkung untersucht. Für einen späteren pharmazeutischen Nutzen der Glycopolypeptide ist nicht nur die Stärke der Wechselwirkung mit Lektinen von Bedeutung. Vor allem die Möglichkeit komplexere Strukturen zu generieren, die beispielsweise die Einlagerung von Wirkstoffen ermöglichen, ist interessant. Daher wurden erste Versuche für die Entwicklung schaltbarer Materialien auf Glycopolypeptid-Basis durchgeführt. Hierfür wurden Blockcopolymere aus Poly-alpha,L- glutaminsäure bzw. Poly-alpha,L-lysin und thermoresponsiven Poly-N-isopropylacrylamid (pNIPAM) hergestellt. Durch dynamische Lichtsstreumessungen (DLS) und Zetapotential- messungen konnte gezeigt werden, dass die Blockcopolymere in der Lage waren temperaturabhängig nanopartikuläre Strukturen in Lösung auszubilden.

This dissertation deals with the synthesis of well-defined glycopolypeptides, which are functionalized with different mono-, di- and trisaccharides. The attachment of the sugar moieties was performed via post-polymerization modification of the peptide backbone with the aqueous amide coupling agent DMT-MM. As polypeptide backbone poly-alpha,L-glutamic acid (PGA) was used, which was prepared via amine initiated ring-opening polymerization of N-carboxyanhydrides. Using this approach glucose containing oligosaccharides were coupled to PGA scaffolds and compared with the corresponding monosaccharide. The sugar density on the PGA-scaffold was adjustable via the amount of coupling agent (DMT-MM). A focus of this work was the investigation of secondary structures of the prepared glycopolypeptides. Using CD-spectroscopy the influence of the sugar density and sugar size on the pH- dependent formation of secondary structures was investigated. All of the glycosylated PGAs showed helix-coil transitions. Increasing the distance of the sugar from the polypeptide backbone using aromatic spacers enhanced the helicity of glycopolypeptides at neutral pH- values. Another important focus was the investigation of the interactions of the prepared glycopolypeptides with sugar-binding proteins (lectins). Due to its ability to bind terminal glucose moieties concanavalin A (ConA) was chosen as model protein. The influence of sugar size, degree of glycosylation and degree of polymerization on the lectin interaction was investigated using quantitative precipitation assays as well as isothermal titration calorimetry. Glycopolypeptides bearing di- or trisaccharides showed stronger interactions with the conA compared to monosaccharide-functionalized PGAs. Increasing the distance of the terminal glucose moieties from the peptide-backbone using aromatic spacers also enhanced the interaction with the lectin. First experiments on the development of tunable materials based on glycopolypeptides were performed by the synthesis of blockcopolymers consisting of PGA or poly-alpha,L-lysine and thermoresponsive poly-N-isopropylacrylamide (pNIPAM). Dynamic light scattering (DLS) and zeta potential measurements showed that the blockcopolymers are able to form temperature-dependent nanoparticular structures in aqueous solutions in dependence of pH and peptid block length.

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Haak, Katharina: Synthetische Glycopolypeptide und Ihre Interaktionen mit Lektinen. 2017.

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