Mgr Justyna Grondys – IV rok studiów



Konformacyjne właściwości dehydrobutyryny i dehydrowaliny

Promotor- prof. dr hab. inż. Barbara Rzeszotarska

Słowa kluczowe: dehydrobutyryna, dehydrowalina, fomalid, ochrona rzepaku

Cele projektu

Badania nad dehydroaminokwasami w zasadzie ograniczają do dwóch dehydroaminokwasów dehydroalaniny i dehydrofenyloalaniny. Jednak to dehydrobutyryna jest najbardziej rozpowszechniona w naturze. Znajduje się w przeszło połowie znanych z literatury związków. W ostatnich latach pojawiły się dane literaturowe dotyczące szeregu naturalnych peptydów posiadających interesujące właściwości, a zawierających w swojej strukturze dehydrobutyrynę. Przykładem takich związków jest kalahalid F, cykloheksadepsipeptyd zawierający w swojej strukturze (Z)-dehydrobutyrynę, który jest potencjalnym lekiem przeciwko rakowi prostaty i znajduje się w trakcie prób klinicznych [López-Marcià 2001], czy laksaficyny, które zawierają w swojej strukturze (E)-dehydrobutyrynę i wykazują właściwości inhibitujące wzrost komórek rakowych [Bonnard 2007]. Jest to istotna przesłanka skłaniającą nas do podjęcia badań konformacyjnych nad dehydrobutyryną.

Istotną metodą modyfikacji peptydów jest także zastępowanie wiązania amidowego wiązaniem estrowym. Klasą takich związków są depsipeptydy wykazujące szeroką aktywność biologiczną jak: przeciwwirusową, przeciwzapalną, przeciwgrzybiczną, a szczególnie przeciwnowotworową, co stanowi w dzisiejszych czasach ogromną zachętę do tego, aby prowadzić badania nad tego typu układami [Ballard 2002].

Połączenie dehydroaminokwasu i depsipeptydu znane jest przyrodzie. Ester dehydrobutyryny występuje w fomalidzie, cyklicznej toksynie produkowanej przez grzyb Phoma lingan [Pedras 2000]. Co istotne, fomalid jest koronnym przykładem znaczenia izomeryzacji Z/E dehydroaminokwasów. Fomalid, zawierający izomer E jest aktywny biologicznie, podczas gdy izofomalid zawierający izomer Z nie wykazuje toksyczności.

Ostatnie doniesienia literaturowe pokazują, że dehydrobutyryna występuje w przyrodzie stosunkowo często, i to w obu izomerycznych formach. Dostępne dane literaturowe pozwalają wysnuć hipotezę, że izomery Z oraz E dyhydrobutyryny charakteryzują się odmiennymi właściwościami konformacyjnymi i mają znaczący, jednak odmienny, wpływ na biologiczną aktywność związków, których są elementami składowymi. Interesująca wydaje się również sytuacja gdzie dwa podstawniki metylowe znajdują się w pozycji , jeden w położeniu Z a drugi w E, jak to ma miejsce w dehydrowalinie, również występującej w przyrodzie.


Celem badań jest określenie preferencji konformacyjnych dehydrobutyryny oraz jej modyfikacji z wiązaniem estrowym od strony C-końca, ze szczególnym uwzględnieniem wpływu izomerii Z/E łańcucha bocznego, a także pokrewnej dehydrowaliny, posiadającej dwie grupy metylowe w pozycjach zarówno Z jak i E w łańcuchu bocznym.

Spodziewanym efektem końcowym będzie zatem opisanie nowych strukturalnych merów aminokwasowych użytecznych w projektowaniu bioaktywnych peptydów, a także głębsze zrozumienie zależności pomiędzy budową a aktywnością biologiczną związków występujących w naturze.


Literatura:

  1. Ballard CE, Yu H, Wang B, Curr. Med. Chem 2002, 9, 471.

  2. Bonnard I, Rolland M, Salmon J-M, Debiton E, Barthomeuf C, Banaigs B, J Med Chem 2007, 50, 1266.

  3. López-Marcià À, Jiménez JC, Royo M, Giralt E, Albericio F, J Am Chem Soc 2001, 123, 11398.

  4. Pedras M, Biesenthal C, Plant Cell Reports 2000, 19, 1135


Planowane metody i narzędzia badawcze

Najprostszym układem aminokwasowym, w którym można badać oddziaływania krótkiego zasięgu, jest układ amidowo-estrowy oraz dwuamidowy (lub diamidowy), naśladujący aminokwas włączony w łańcuch peptydowy. Założono wobec tego badanie właściwości konformacyjnych następujących modeli (rysunek 1):

  • Ac-Xaa-OMe takich reszt aminokwasowych jak: dehydroalanina,
    (Z)-dehydrobutyryna, (E)-dehydrobutyryna, dehydrowalina;

  • Ac-Xaa-NHMe takich reszt aminokwasowych jak: dehydroalanina,
    (Z)-dehydrobutyryna, (E)-dehydrobutyryna, dehydrowalina;

Rys. 1. Modele do badań konformacyjnych.


Badania będą realizowane według następującego planu:

  1. Synteza modeli do badań,

  2. Badanie konformacji w ciele stałym (dyfrakcja promieni Rentgena),

  3. Badanie konformacji w roztworze w rozpuszczalnikach o różnej polarności
    z wykorzystaniem metod spektroskopii w podczerwieni i magnetycznego rezonansu jądrowego,

  4. Badanie preferencji konformacyjnych metodami obliczeniowymi (ab initio i DFT),

  5. Porównanie preferencji konformacyjnych obliczonych z danymi eksperymentalnymi.


Innowacyjność oraz przydatność dla rozwoju regionu

Rzepak jest jedną z głównych roślin uprawnych Opolszczyzny. Grzyb Phoma lingan a właściwie jego toksyna fomalid, jest głównym pasożytem tej rośliny powodując istotne straty w plonach. Dowodzą tego badania przeprowadzone na rzepaku kanadyjskim (canola), którego produkcja sięgająca rzędu 10 mln ton rocznie, jest jedną z najbardziej opłacalnych w Ameryce Północnej. W związku z narastającym obecnie zainteresowaniem biopaliwami, szczególnie estrami uzyskiwanymi z oleju rzepakowego, badania prowadzące do głębszego zrozumienia istoty działania toksyn pasożytniczych grzybów rzepaku wydają się mieć istotne znaczenie. Nie zostanie to jednak osiągnięte bez wcześniejszego poznania wpływu poszczególnych elementów strukturalnych, w tym estrów dehydrobutyryny, na aktywność biologiczną toksyny. Preferencje konformacyjne estrów dehydroaminokwasów nie zostały dotąd zbadane. Można również sądzić, że ich właściwości będą mogły zostać wykorzystane do modyfikacji biologicznej aktywności peptydów syntezowanych przez człowieka. W przyszłości, znajdą również zastosowanie w tzw. bibliotekach kombinatoryjnych – metodzie wyszukiwania aktywnych biologicznie elementów strukturalnych.

Wiele nowych, stosunkowo niedawno odkrytych związków, których przykłady przedstawiono powyżej (np. Bogorole, Largamidy, Lobocyklamidy, Siomycyna, Tiostrepton, Cyklotiazomycyna, Nosiheptyd, Tiocylina) zawierają w swojej strukturze dehydrobutyrynę oraz dehydrowalinę. Związki te, o szerokim spektrum właściwości, są obecnie dopiero analizowane, a mechanizmy molekularnego działania ciągle poznawane. Poznanie właściwości konformacyjnych dehydrobutyryny jako elementu strukturalnego wymienionych związków wniosłoby istotny wkład w poznanie zależności pomiędzy ich struktura a aktywnością biologiczną. Związki te mają potencjalnie duże znaczenie praktyczne, jako nowe prekursory leków przeciwnowotworowych oraz nowych klasy antybiotyków, na które nie są uodpornione szczepy bakterii stwarzające duże problemy w leczeniu szpitalnym. Mimo tego praktycznego zapotrzebowania na badania dotyczące dehydrobutyryny, wiedza odnośnie jej właściwości konformacyjnych jest niewystarczająca. Przyczyną tego stanu rzeczy, są m.in. trudności w rozdziale izomerów Z/E i syntezie (E)-dehydrobutyryny.





dol