Modified multivalent poly-N-acetyllactosamine glycans as novel ligands of human galectin-3

Aachen (2018) [Doktorarbeit]

Seite(n): 1 Online-Ressource (IX, 262 Seiten)

Kurzfassung

Die von Glykokonjugaten präsentierten Kohlenhydrate spielen für die Homöostase jedes lebenden Organismus eine signifikante Rolle. Die Anlagerung und Dissoziation von Kohlenhydrat-Bindeproteinen, z.B. Galektinen, definieren die zelluläre Kommunikation, welche im Krankheitsstadium, beispielsweise Krebs, oft dereguliert ist. Galektin-3 (Gal-3) tritt als oligomeres Protein auf, dem das Mitwirken an vielen regulatorischen Prozessen zugeschrieben wird. Seitdem es als krankheitsrelevantes Zielmolekül und als Tumor-Biomarker identifiziert wurde, befindet sich Gal 3 besonders im Fokus. Das Ziel dieser Arbeit war die Erzeugung und Evaluation einer Glykan-Bibliothek, die eine selektive Adressierung von Gal-3 ermöglicht. Zu diesem Zweck wurde das Repertoire an komplexen Glykanmolekülen erweitert, indem rekombinante Glykosyltransferasen eingesetzt und Methoden zur chemischen Modifikation angewandt wurden. Dadurch konnten Derivate des prominentesten β-Galaktosids, (poly-)N-Acetyllaktosamin (LacNAc), hergestellt werden, welche einen Satz von verschiedenen terminalen Glykosylierungsmustern tragen, z.B. N’,N’’-Diacetyllactosamin (LacdiNAc). Die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) wurde für die Analyse und semi-präparative Produktisolierung benutzt. Die Integrität der synthetisierten Produkte wurde durch Elektrosprayionisation Massenspektrometrie (ESI-MS) und Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) bestätigt. Bovines Serumalbumin wurde mit ausgewählten Glykanen beladen, um eine multivalente Präsentation der Liganden zu erzielen und bei der Galektinbindung den sog. „cluster glycoside effect“ anzusprechen. Das Auslesen der monovalenten und multivalenten Glykan-Bibliotheken in Festphasenbindungsassays erbrachte den Nachweis einer um mehrere Größenordnungen verstärkten Inhibition der Gal 3 Bindung durch die poly-glykosylierten Neo-Glykoproteine. Deren außerordentlich hohe Affinität und Selektivität ermöglichte ein gezieltes Einfangen und eine eindeutige Detektion von Gal 3. Weiterhin dienten natürlich vorkommende Kohlenhydrate (Chitin) als Vorbild für das Design von biomimetischen Abstandhaltern, die wesentlichen Anteil an einer verbesserten Erreichbarkeit der präsentierten Glykane und somit einer verstärkten Galektinbindung hatten. Darüber hinaus konnte durch die Benutzung von mit di-LacNAc Typ 1 Tetrasacchariden beladenen Neo-Glykoproteinen der Erstnachweis dafür erbracht werden, dass Gal 3 und seine verkürzte Tumor-assoziierte Version (Gal 3Δ) durch Glykan-Liganden differenzierbar sind. Der synergistische Einsatz von Enzymen und chemischen Kopplungsreaktionen ermöglichte die Produktion von verzweigten poly-LacNAc Strukturen als neue erythrozytäre I-Antigen Mimetika. In kompetitiven Gal 3 Inhibitionsstudien in vitro wurde ein Dekasaccharid mit zwei LacdiNAc-LacNAc Verzweigungen als effizientester monovalenter poly-LacNAc basierter Inhibitor bisheriger Arbeiten identifiziert. Alles in allem wurde durch den effizienten Einsatz von biokatalytischen und chemischen Verfahren eine aus LacNAc-Derivaten und Neo-Glykoproteinen bestehende Glykan-Bibliothek erstellt. Es folgte die Evaluation des Bindungsverhaltens von Gal 3 mit dem Ziel vermeintlicher Anwendungen im Kontext von biomedizinischer Krebsforschung.

Autorinnen und Autoren

Autorinnen und Autoren

Laaf, Dominic

Gutachterinnen und Gutachter

Elling, Lothar
Kren, Vladimir

Identifikationsnummern

  • REPORT NUMBER: RWTH-2018-00857

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