Mass spectrometric analysis of muscle samples to detect potential antibiotic growth promoter misuse in broiler chickens

Mass spectrometric methods were developed and validated for the analysis in chicken muscle of a range of antibiotic growth promoters: spiramycin, tylosin, virginiamycin and bacitracin, and separately for two marker metabolites of carbadox (quinoxaline-2-carboxylic acid and 1,4-bisdesoxycarbadox), and a marker metabolite of olaquindox (3-methyl-quinoxaline-2-carboxylic acid). The use of these compounds as antibiotic growth promoters has been banned by the European Commission. This study aimed to develop methods to detect their residues in muscle samples as a means of checking for the use of these drugs during the rearing of broiler chickens. When fed growth-promoting doses for 6 days, spiramycin (31.4 mu g kg(-1)), tylosin (1.0 mu g kg(-1)), QCA (6.5 mu g kg(-1)), DCBX (71.2 mu g kg(-1)) and MQCA (0.2 mu g kg(-1)) could be detected in the muscle 0 days after the withdrawal of fortified feed. Only spiramycin could consistently be detected beyond a withdrawal period of 1 day. All analytes showed stability commercial cooking process, therefore raw or cooked muscle could be used for monitoring purposes.

N,O-Ligated Pd(II) Complexes for Catalytic Alcohol Oxidation

N,O-ligated Pd(II) complexes show considerable promise for the oxidation of challenging secondary aliphatic alcohols. The crystal structures of the highly active complexes containing the 8-hydroxyquinoline-2-carboxylic acid (HCA) and 8-hydroxyquinoline-2-sulfonic acid (HSA) ligands have been obtained. The (HSA)Pd(OAc)2 system can effectively oxidise a range of secondary alcohols, including unactivated alcohols, within 4–6 h using loadings of 0.5 mol%, while lower loadings (0.2 mol%) can be employed with extended reaction times. The influence of reaction conditions on catalyst degradation was also examined in these studies.

Synergistic effect of BSA on antioxidant activities in model food emulsions

Sunflower oil-in-water emulsions containing TBHQ, caffeic acid, epigallocatechin gallate (EGCG), or 6-hydroxy-2,5,7,8-tetramethylchroman-2-carboxylic acid (Trolox), both with and without BSA, were stored at 50 and 30degreesC. Oxidation of the oil was monitored by determination of the PV, conjugated diene content, and hexanal formation. Emulsions containing EGCG, caffeic acid, and, to a lesser extent, Trolox were much more stable during storage in the presence of BSA than in its absence even though BSA itself did not provide an antioxidant effect. BSA did not have a synergistic effect on the antioxidant activity of TBHQ. The BSA structure changed, with a considerable loss of fluorescent tryptophan groups during storage of solutions containing BSA and antioxidants, and a BSA-antioxidant adduct with radical-scavenging activity was formed. The highest radical-scavenging activity observed was for the isolated protein from a sample containing EGCG and BSA incubated at 30degreesC for 10 d. This fraction contained unchanged BSA as well as BSA-antioxidant adduct, but 95.7% of the initial fluorescence had been lost, showing that most of the BSA had been altered. It can be concluded that BSA exerts its synergistic effect with antioxidants because of formation of a protein-antioxidant adduct during storage, which is concentrated at the oil-water interface owing to the surface-active nature of the protein.

Effect of non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAID) on the histamine release induced by compound 48/80 and cardiac anaphylaxis in guinea-pig isolated heart

Histamine release from guinea pig heart treated with compound 48/80 was potentiated by the cyclooxygenase inhibitors indomethacin and piroxicam but not by aspirin or phenylbutazone. This differential effect suggests that the potentiation is not merely due to an inhibition of prostaglandin synthesis. Piroxicam potentiated the histamine release induced by cardiac anaphylaxis whereas indomethacin reduced this effect. The SRS-A antagonist FPL 55712 inhibited histamine release induced by cardiac anaphylaxis, but not that evoked by compound 48/80, and also prevented the potentiation due to indomethacin and piroxicam. In total, these data suggest that the potentiation of histamine release by piroxicam and indomethacin is probably due to a diversion of arachidonic acid metabolism from the cyclooxygenase to the lipoxygenase pathways. The resulting lipoxygenase products may then regulate histamine release, with the secretion due to antigen being more sensitive to such modulation than that evoked by compound 48/80.

Complexos heterobilantanídicos luminescentes sob excitação UV e raios X

Pós-graduação em Química - IQ

Synthesis and total 1H- and 13C-NMR assignment of cephem derivatives for use in ADEPT approaches

We report the synthesis and total NMR characterization of 5-thia-1-azabicyclo-[4.2.0]oct-2-ene-2-carboxylic acid-3-[[[(4″- nitrophenoxy)carbonyl]oxy]-methyl]-8-oxo-7-[(2-thienyloxoacetyl)amino] -diphenylmethyl ester-5-dioxide (5), a new cephalosporin derivative. This compound can be used as the carrier of a wide range of drugs containing an amino group. The preparation of the intermediate product, 5-thia-1-azabicyclo[4.2.0] oct-2-ene-2-carboxylic acid-3-[methyl 4-(6-methoxyquinolin-8-ylamino) pentylcarbamate]-8-oxo-7-[(2-thienyloxoacetyl)amino]-diphenylmethyl ester-5-dioxide (6), as well as the synthesis of the antimalarial primaquine prodrug 5-thia-1-azabicyclo[4.2.0]oct-2-ene-2-carboxylic acid-3-[methyl 4-(6-methoxyquinolin-8-ylamino)pentylcarbamate]-8-oxo-7-[(2-thienyloxoacetyl) amino]- 5-dioxide (7) are also described, together with their total 1H- and 13C-NMR assignments. © 2008 by MDPI.

Novel properties of melanins include promotion of DNA strand breaks, impairment of repair, and reduced ability to damage DNA after quenching of singlet oxygen

Melanins have been associated with the development of melanoma and its resistance to photodynamic therapy (PDT). Singlet molecular oxygen (102), which is produced by ultraviolet A solar radiation and the PDT system, is also involved. Here, we investigated the effects that these factors have on DNA damage and repair. Our results show that both types of melanin (eumelanin and pheomelanin) lead to DNA breakage in the absence of light irradiation and that eumelanin is more harmful than pheomelanin. Interestingly, melanins were found to bind to the minor grooves of DNA, guaranteeing close proximity to DNA and potentially causing the observed high levels of strand breaks. We also show that the interaction of melanins with DNA can impair the access of repair enzymes to lesions, contributing to the perpetuation of DNA damage. Moreover, we found that after melanins interact with 102, they exhibit a lower ability to induce DNA breakage; we propose that these effects are due to modifications of their structure. Together, our data highlight the different modes of action of the two types of melanin. Our results may have profound implications for cellular redox homeostasis, under conditions of induced melanin synthesis and irradiation with solar light. These results may also be applied to the development of protocols to sensitize melanoma cells to PDT. (c) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

Synthese, 18 F-Markierung, 11 C-Markierung und Evaluierung Hydantoin-substituierter Indolcarbonsäuren zur Visualisierung des NMDA-Rezeptorstatus mittels der Positronen-Emissions-Tomographie (PET)

Der N-methyl-D-aspartat-Rezeptor (NMDA), als Vertreter ionotroper Glutamat-Rezeptoren, ist essentiell für physiologische Lern- und Gedächtnisvorgänge und eine krankhafte Überaktivierung wird als potentielle Ursache für eine Reihe von akuten und chronischen neurodegenerativen Erkrankungen angesehen. Hierbei sind für die akuten Erkrankungen vor allem der Schlaganfall und für die chronischen Erkrankungen Morbus Parkinson sowie die Alzheimer´sche Demenz zu nennen. Durch seine einzigartige spannungsabhängige Mg2+-Blockade und der Notwendigkeit der gleichzeitigen Anwesenheit der endogenen Liganden Glutamat und Glycin zur Rezeptoraktivierung, stellt dieser Rezeptorkomplex daher ein sehr interessantes molekulares Target dar. NMDA-Rezeptor-Antagonisten der Glycin-Bindungsstelle und der verschiedenen allosterischen Bindungsstellen könnten als Neuroprotektiva bei den verschiedenen Krankheiten eine symptomatische Verbesserung bewirken und zur Therapie eingesetzt werden. Eine visuelle Darstellung des Rezeptors im Rahmen von Vorsorgeuntersuchungen ist jedoch derzeit nicht möglich. Zur Visualisierung dieser Prozesse mittels der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) wurden basierend auf einer Hydantoin-substituierten Indol-2-carbonsäure als Leitstruktur, im Rahmen dieser Arbeit Fluorethoxy- und Methoxy-substituierte Derivate dargestellt und in pharmazeutischen und radiopharmazeutischen Studien evaluiert. Dazu wurde die Affinität und Spezifität zum Rezeptor in einem [3H]MDL-105,519 Rezeptorbindungsassay und die Lipophilie als Parameter für die Hirngängigkeit ermittelt. Anhand dieser Resultate wurden geeignete Markierungsvorläufer synthetisiert, welche eine phenolische Hydroxylfunktion besitzen und eine radioaktive Markierung mit den sekundären Markierungsvorläufern 2-[18F]Fluorethyltosylat ([18F]FETos) und [11C]Methyliodid ([11C]CH3I) ermöglichen. Unter Verwendung von 4,6-Dichlor-3-((3-(4-hydroxyphenyl)-2,4-dioxoimidazolidin-1-yl)methyl)-indol-2-carbonsäure wurde in einer Einstufenreaktion mit [18F]FETos die Zielverbindung 4,6-Dichlor-3-((3-(4-(2-[18F]fluorethoxy)phenyl)-2,4-dioxoimidazolidin-1-yl)methyl)-indol-2-carbonsäure in radiochemischen Ausbeuten von 6 % erhalten. Daher wurde eine alternative Markierung des Ethylester-geschützten Derivates 4,6-Dichlor-3-((3-(4-hydroxyphenyl)-2,4-dioxoimidazolidin-1-yl)methyl)-indol-2-carbonsäureethylester in einer Zweistufensynthese mit [18F]FETos und [11C]CH3I untersucht. Unter Verwendung dieser Strategie wurden unter optimierten Bedingungen 4,6-Dichlor-3-((3-4-(2-[18F]fluorethoxy)phenyl)-2,4-dioxoimidazolidin-1-yl)methyl)-indol-2-carbonsäureethylester und 4,6-Dichlor-3-((3-(4-[11C]methoxy-phenyl)-2,4-dioxoimidazolidin-1-yl)-methyl)-indol-2-carbonsäureethylester in radiochemischen Ausbeuten von 27 – 38 % erhalten. Die anschließende Entfernung der Schutzgruppe führte unter Bildung von Neben- und Zersetzungsreaktionen zu 4,6-Dichlor-3-((3-(4-(2-[18F]fluorethoxy)-phenyl)-2,4-dioxoimidazolidin-1-yl)methyl)-indol-2-carbonsäure und 4,6-Dichlor-3-((3-(4-[11C]methoxyphenyl)-2,4-dioxoimidazolidin-1-yl)methyl)-indol-2-carbonsäure in radiochemischen Gesamtausbeuten von 5 – 7 %. Die Überprüfung des biochemischen Konzepts in vivo durch µ-PET-Studien und durch autoradiographische Experimente an Rattenhirnschnitten, deuten auf eine niedrige in vivo-Aktivität hin, welche sich auf eine nicht ausreichende Passage der Blut-Hirn-Schranke zurückführen lässt.

Synthese, Evaluierung und 18 F-Markierung von neuen Liganden zur Visualisierung der Strychnin-insensitiven Bindungsstelle des NMDA-Rezeptors

Glutamat ist der wichtigste exzitatorische Neurotransmitter im Gehirn. Folglich spielen Glutamat-kontrollierte Rezeptorsysteme eine entscheidende Rolle in neurologischen Vorgängen, wie beispielsweise in Lern- und Gedächtnisprozessen. Gerade der NMDA-Rezeptor ist in eine Vielzahl solcher Vorgänge involviert und wird vor allem mit neurodegenerativen Erkrankungen wie Chorea Huntington, Morbus Alzheimer, Morbus Parkinson und zerebraler Ischämie in Verbindung gebracht. Folglich stellt die Visualisierung des NMDA-Rezeptorstatus eine Möglichkeit dar, den Verlauf solcher Prozesse zu untersuchen.rnDie Positronen-Emissions-Tomographie (PET) ist eine leistungsstarke Anwendung in der molekularen Bildgebung und erlaubt die in vivo-Visualisierung sowie Quantifizierung biochemischer Prozesse. Durch die Verwendung geeigneter Tracer können bestimmte pathologische und neurologische Abläufe beurteilt werden. rnZurzeit sind keine geeigneten PET-Tracer zur Untersuchung des NMDA-Rezeptors verfügbar. Bisher dargestellte PET-Liganden zeichneten sich durch nicht zufriedenstellende Affinitäten und Selektivitäten aus und führten meist auf Grund der hohen Lipophilie zu einem hohen Maß an unspezifischer Bindung. rnDie Strychnin-insensitive Glycinbindungsstelle des NMDA-Rezeptors stellt ein vielversprechendes Target dar, spezifische Liganden für diese Bindungsstelle zu synthetisieren. Hier zeichnen sich einige Verbindungsklassen durch exzellente Affinitäten und Selektivitäten sowie durch vielversprechende in vivo-Eigenschaften aus. rnAuf Grundlage dieser biologischen Daten wurden zwei Substanzen der 2-Indolcarbonsäure, nämlich die 4,6-Dichlor-3-(2-oxo-3-phenylimidazolidin-1-ylmethyl)-1H-indol-2-carbonsäure (MDJ-114) und die (E)-4,6-Dichlor-3-(2-phenylcarbamoylvinyl)-1H-indol-2-carbonsäure (GV150526), als Leitstruktur gewählt. Ferner wurde das 7-Chlor-4-hydroxy-3-(3-phenoxyphenyl)-1H-chinolin-2-on (L-701,324) aus der Substanzklasse der 4-Hydroxy-1H-chinolin-2-one als dritte Leitstruktur gewählt.rnFür diese Substanzen wurden 19F-markierte Analogverbindungen synthetisiert, um als inaktive Referenzverbindungen auf ihre Eignung überprüft zu werden. Hierzu wurde eine Fluorethoxygruppierung im terminalen Phenylring der entsprechenden Leitstruktur eingeführt. Durch Variation der Fluorethoxysubstitution in ortho-, meta- und para-Stellung, konnten die besten Affinitäten in einem kompetitiven Rezeptorbindungsassay durch Verdrängung von [3H]MDL-105,519 bestimmt werden. Als Maß für die Lipophilie wurden die entsprechenden log D-Werte über die HPLC-Methode bestimmt. Basierend auf den Ergebnissen der Evaluierung wurden zwei Derivate identifiziert, welche zur 18F-Markierung genutzt werden sollten (GV150526-Derivat 34: log D = 0,23 ± 0,03, IC50 = 0,20 ± 0,25 µM, Ki = 0,13 ± 0,16 µM; L701,324-Derivat 55: log D = - 0,25 ± 0,01, IC50 = 78 ± 37 µM, Ki = 51 ± 24 µM). Die 18F-Markierung erfolgte durch die Reaktion des entsprechenden Markierungsvorläufers mit dem Markierungssynthon 2-[18F]Fluorethyltosylat, welches durch die Umsetzung von Ethylenditosylat mit [18F]Fluorid hergestellt wurde. Die Radiosynthesen der beiden 18F-markierten Verbindungen [18F]34 (4,6-Dichlor-3-{2-[4-(2-[18F]fluorethoxy)-phenylcarbamoyl]-vinyl}-1H-indol-2-carbonsäure) und [18F]55 (7-Chlor-3-{3-[4-(2-[18F]fluorethoxy)-phenoxy]-phenyl}-4-hydroxy-1H-chinolin-2-on) wurden optimiert sowie semipräparative Abtrennverfahren entwickelt. Beide Tracer wurden auf ihre in vivo-Eignung im µPET-Experiment untersucht. Die Zeitaktivitätskurven lassen erkennen, dass beide Tracer entgegen der Erwartung nicht die Blut-Hirn-Schranke überwinden können. Für das GV150526-Derivat ([18F]34) wurden zusätzlich Autoradiographiestudien durchgeführt. Die erhaltenen Aufnahmen zeigten ein heterogenes Verteilungsmuster der Aktivitätsanreicherung. Ebenso wurde ein hohes Maß an unspezifischer Bindung beobachtet. Möglicherweise sind Cross-Affinitäten zu anderen Rezeptorsystemen oder der recht hohe lipophile Rest des Moleküls hierfür verantwortlich. Ein Grund für die unzureichende Hirngängigkeit der Radioliganden kann sich in der Carboxylatfunktion des GV150526-Derivats bzw. in der 4-Hydroxy-1H-chinolin-2-on-Einheit des L-701,324-Derivats wiederspiegeln. rnAuf Grundlage dieser Resultate können Versuche unternommen werden, für die Verbindungsklasse der 2-Indolcarbonsäuren entsprechende Ester als Prodrugs mit einer verbesserten Bioverfügbarkeit darzustellen. Ebenso können neue Strukturen als Grundlage für neue PET-Tracer untersucht werden.rnrn

Synthese, biochemische und physikochemische Charakterisierung von Liganden der Glycin-Bindungsstelle des NMDA-Rezeptors

Die exzitatorische Neurotransmission erfolgt über ionotrope Glutamat-Rezeptoren von denen dem NMDA-(N-Methyl-D-aspartat)-Rezeptor durch seine hohe Leitfähigkeit für Ca2+-Ionen eine besondere Rolle zugesprochen wird. Bei seiner Überaktivierung kommt es zu exzitotoxischen Prozessen, die direkt mit neurodegenerativen Erkrankungen einhergehen und nach einem Schlaganfall, bei akuten Epilepsien, Morbus Parkinson, Alzheimer Demenz aber auch im Bereich der neuropathischen Schmerzentstehung eine wichtige Rolle spielen.rnDurch das Eingreifen in die glutamatvermittelten pathologischen Prozesse verspricht man sich daher die Möglichkeit einer Neuroprotektion bei der Therapie verschiedener neurodegenerativer Erkrankungen, die primär auf völlig unterschiedliche Ursachen zurückzuführen sind.rnAusgehend von in früheren Arbeiten synthetisierten Hydantoin-substituierten Dichlor-indol-2-carbonsäure-Derivaten, die hochaffine Eigenschaften zur Glycin-Bindungsstelle des NMDA-Rezeptors aufweisen, sollten neue Derivate entwickelt und untersucht werden, die hinsichtlich ihrer Affinität zur Glycin-Bindungsstelle des NMDA-Rezeptors, ihrer Pharmakokinetik sowie physikochemischen Parameter in präparativ-organischen, radiopharmazeutischen und zell- bzw. tierexperimentellen Studien in vitro sowie in vivo charakterisiert werden sollten. Von besonderem Interesse war dabei die Evaluierung der synthetisierten Verbindungen in einem Verdrängungsassay mit dem Radioliganden [3H]MDL105,519 mit dem der Einfluss der strukturellen Modifikationen auf die Affinität zur Glycin-Bindungsstelle des Rezeptors untersucht wurde, sowie die Selektivität und die Potenz der Liganden abgeschätzt wurde.rnIm Rahmen der Struktur-Wirkungs-Untersuchungen mit Hilfe der Bindungsexperimente konnten bestimmte Strukturmerkmale als essentiell herausgestellt bzw. bekräftigt werden. Die Testverbindungen zeigten dabei IC50-Werte im Bereich von 0,0028 bis 51,8 μM. Die entsprechenden Ester dagegen IC50-Werte von 23,04 bis >3000 μM. Als vielversprechende Strukturen mit Affinitäten im niedrigen nanomolaren Bereich stellten sich Derivate mit einer 4,6-Dichlor-oder Difluor-Substitution am Indolgrundgerüst (2,8 bis 4,6 nM) heraus. Auch die Substitution des Phenylhydantoin-Teils durch das bioisostere Thienylhydantoin führte zu einer gleichbleibenden ausgeprägten Affinität (3,1 nM). rnZur Abschätzung der Bioverfügbarkeit, insbesondere der Fähigkeit zur Überwindung der Blut-Hirn-Schranke, wurden die Lipophilien bei einer Auswahl der Testverbindungen durch Bestimmung ihrer log P-Werte ermittelt. Neben dem Verfahren der potentiometrischen Titration wurde eine HPLC-Methode an einer RP-Phase verwendet.rnUm das Zytotoxizitätsprofil der synthetisierten Strukturen frühzeitig abschätzen zu können, wurde ein schnell durchführbares, zellbasiertes in vitro-Testsystem, der kommerziell erhältliche „Cell Proliferation Kit II (XTT-Test)“, eingesetzt. rnIm Rahmen von Positronen-Emissions-Tomographie-Experimenten an Ratten wurde eine Aussage bezüglich der Aufnahme und Verteilung eines radioaktiv markierten, hochaffinen Liganden an der Glycinbindungsstelle des NMDA-Rezeptors im Gehirn getroffen. Dabei wurden sowohl ein Carbonsäure-Derivat sowie der korrespondierende Ethylester dieser Testung unterworfen.rn

Systematic functionalization of molecules for molecular self-assembly

This thesis describes the investigation of systematically varied organic molecules for use in molecular self-assembly processes. All experiments were performed using high-resolution non-contact atomic force microscopy under UHV conditions and at room temperature. Using this technique, three different approaches for influencing intermolecular and molecule-surface interaction on the insulating calcite(10.4) surface were investigated by imaging the structure formation at the molecular scale. I first demonstrated the functionalization of shape-persistent oligo(p-benzamide)s that was engineered by introducing different functional groups and investigating their effect on the structural formation on the sample surface. The molecular core was designed to provide significant electrostatic anchoring towards the surface, while at the same time maintaining the flexibility to fine-tune the resulting structure by adjusting the intermolecular cohesion energy. The success of this strategy is based on a clear separation of the molecule-substrate interaction from the molecule-molecule interaction. My results show that sufficient molecule-surface anchoring can be achieved without restricting the structural flexibility that is needed for the design of complex molecular systems. Three derivatives of terephthalic acid (TPA) were investigated in chapter 7. Here, the focus was on changing the adhesion to the calcite surface by introducing different anchor functionalities to the TPA backbone. For all observed molecules, the strong substrate templating effect results in molecular structures that are strictly oriented along the calcite main crystal directions. This templating is especially pronounced in the case of 2-ATPA where chain formation on the calcite surface is observed in contrast to the formation of molecular layers in the bulk. At the same time, the amino group of 2-ATPA proved an efficient anchor functionality, successfully stabilizing the molecular chains on the sample surface. These findings emphasizes, once again, the importance of balancing and fine-tuning molecule-molecule and molecule-surface interactions in order to achieve stable, yet structurally flexible molecular arrangements on the sample surface. In the last chapter, I showed how the intrinsic property of molecular chirality decisively influences the structure formation in molecular self-assembly. This effect is especially pronounced in the case of the chiral heptahelicene-2-carboxylic acid. Deposition of the enantiopure molecules results in the formation of homochiral islands on the sample surface which is in sharp contrast to the formation of uni-directional double rows upon deposition of the racemate onto the same surface. While it remained uncertain from these previous experiments whether the double rows are composed of hetero- or homochiral molecules, I could clearly answer that question here and demonstrate that the rows are of heterochiral origin. Chirality, thus, proves to be another important parameter to steer the intermolecular interaction on surfaces. Altogether, the results of this thesis demonstrate that, in order to successfully control the structure formation in molecular self-assembly, the correct combination of molecule and surface properties is crucial. This is of special importance when working on substrates that exhibit a strong influence on the structure formation, such as the calcite(10.4) surface. Through the systematic variation of functional groups several important parameters that influence the balance between molecule-surface and molecule-molecule interaction were identified here, and the results of this thesis can, thus, act as a guideline for the rational design of molecules for use in molecular self-assembly.

Biologisch aktive Sekundärmetabolite aus Pflanzen und Pilzen : Phenanthro-Alkaloide ; phytotoxische Dioxolanone

Als Phenanthro-Alkaloide wird eine kleine Gruppe von pentacyclischen, auf dem Phenanthren-Strukturmotiv basierenden Indolizidinen sowie Chinolizidinen bezeichnet. Von Letztgenannten sind bisher fünf, von den homologen Phenanthroindolizidinen mehr als sechzig natürliche Vertreter gefunden worden. Das wohl bekannteste Alkaloid in dieser Gruppe ist das Indolizidin-Alkaloid Tylophorin, das beispielsweise aus Tylophora indica (Apocynaceae, "Hundsgiftgewächse") gewonnen werden kann. Tylophorin und verwandte Derivate besitzen potente biologische und physiologische Wirkungen. So entfalten sie sowohl antiinflammatorische als auch antineoplastische Effekte (wirksam auch bei MDR-Tumorzelllinien, MDR = "multi drug resistant").rnrnDas Ziel der vorliegenden Arbeit war es, neue Methoden zur Herstellung von Phenanthro-Alkaloiden und deren Derivaten zu entwickeln. Ausgehend von (S)-Prolin konnten sowohl (S)-(+)-Tylophorin (>99% ee) als auch ein bisher noch nicht beschriebenes Derivat, das sich durch eine deutlich geringere Lichtempfindlichkeit im Vergleich zu Tylophorin aus¬zeichnet, in 33%-iger Gesamtausbeute über neun lineare Stufen, hergestellt werden. Die Synthese von (R)-(-)-Tylophorin gelang in analoger Weise aus (R)-Prolin in 21%-iger Ausbeute (93% ee). Der Einsatz von Schutzgruppen war nicht notwendig.rnDer Schlüsselschritt ist in beiden Fällen eine Cyclisierung an eine C=N-Doppelbindung über freie Radikale, die bei der Synthese des neuen Derivats hochstereoselektiv zur Bildung des (13aS,14S) Diastereomers führt. Die Synthese von 7-Methoxycryptopleurin gelang durch eine ähnliche Synthesestrategie. rnrnZur Herstellung von Cryptopleurin ist zunächst ein neuer Syntheseweg für 9-(Hydroxymethyl)-2,3,6-trimethoxyphenanthren entwickelt worden. Dieser führt über den Aufbau eines Biphenylsystems durch palladiumkatalysierte Kreuzkupplung, eine anschließende COREY-FUCHS-Transformation und als Schlüsselschritt über eine Gold-NHC-Komplex katalysierte 6-endo-dig-Cyclisierung zum entsprechenden Phenanthren. Diese Ringschlussreaktion verläuft in gewünschter Weise regioselektiv unter Bildung des 2,3,6-trimethoxysubstituierten Phenanthrens. Die Bil¬dung des regioisomeren 2,3,8-Trimethoxyphenanthrens wird nicht beobachtet. Der Alkohol wird dann in fünf linearen Stufen (34%) in das Xanthogenat überführt, aus dem sich durch eine zweistufige Reaktionssequenz, bestehend aus einer Radikal¬cyclisierung nach ZARD und einer Reduktion mit LiAlH4 das extrem lichtempfindliche und hochtoxische Alkaloid (R)-(-)-Cryptopleurin gewinnen ließ (50%).rnNachdem beide Enantiomere und das Racemat von Tylophorin synthetisiert worden waren und zum Vergleich bereit standen, wurde Tylophorin aus Tylophora indica extrahiert. rnDie Motivation rührte unter anderem daher, dass in der bisherigen Literatur Unstimmigkeiten über das in der Natur vorkommende Enantiomer des Tylophorins herrschten. Vor Beginn dieser Arbeit ging man davon aus, dass in T. indica nur (R)-(-)-Tylophorin vorkommt und für die Diskrepanzen zwischen den berichteten Drehwerten von, aus Pflanzenmaterial isolierten und des synthetisierten Naturstoffs, dessen Zersetzung vor oder während der Messung verantwortlich ist. Dieser Effekt kann zwar auch beobachtet werden, jedoch trägt er nur in geringem Maße zur Erniederigung des Drehwertes bei. Schließlich sind Proben von synthetisiertem Tylophorin in gleichem Maße von der schnell eintretenden Oxidation des Alkaloids betroffen. Aus dem Rohextrakt ist Tylophorin durch RP-HPLC isoliert worden. Anschließend wurde die Probe mittels chiraler HPLC/MS analysiert. Durch den Vergleich mit den bereit stehenden synthetischen Proben von (R)- und (S)-Tylophorin konnte in dieser Arbeit erstmals experimentell belegt werden, dass es sich bei (−)-Tylophorin aus T. indica um ein scalemisches Gemisch im Verhältnis von 56:44 (R:S) handelt.rnrnDas Ziel dieses Teilprojektes war die Entwicklung einer Synthese für den bisher noch nicht synthetisch hergestellten phytotoxischen Sekundärmetabolit (+)-Phenguignardiasäure. Isoliert wurde diese Verbindung aus Guignardia bidwellii, dem Erreger der Schwarzfäule der Weinrebe. Die absolute Konfiguration des quartären Stereozentrums war zu Beginn dieser Arbeit nicht bekannt. Ausgehend von (R)-Phenylmilchsäure und 3-Phenylprop-2-in-1-ol gelang die Synthese beider Enantiomere des Dioxolanons in acht linearen Stufen. Sie liefert den experimentellen Beweis (ECD, Polarimetrie) für die (S)-Konfiguration von natürlicher (+)-Phenguignardiasäure.rnrn

Regulation of the heat shock response by thiol-reactive compounds in the yeast Saccharomyces cerevisiae

Cells govern their activities and modulate their interactions with the environment to achieve homeostasis. The heat shock response (HSR) is one of the most well studied fundamental cellular responses to environmental and physiological challenges, resulting in rapid synthesis of heat shock proteins (HSPs), which serve to protect cellular constituents from the deleterious effects of stress. In addition to its role in cytoprotection, the HSR also influences lifespan and is associated with a variety of human diseases including cancer, aging and neurodegenerative disorders. In most eukaryotes, the HSR is primarily mediated by the highly conserved transcription factor HSF1, which recognizes target hsp genes by binding to heat shock elements (HSEs) in their promoters. In recent years, significant efforts have been made to identify small molecules as potential pharmacological activators of HSF1 that could be used for therapeutic benefit in the treatment of human diseases relevant to protein conformation. However, the detailed mechanisms through which these molecules drive HSR activation remain unclear. In this work, I utilized the baker's yeast Saccharomyces cerevisiae as a model system to identify a group of thiol-reactive molecules including oxidants, transition metals and metalloids, and electrophiles, as potent activators of yeast Hsf1. Using an artificial HSE-lacZ reporter and the glucocorticoid receptor system (GR), these diverse thiol-reactive compounds are shown to activate Hsf1 and inhibit Hsp90 chaperone complex activity in a reciprocal, dose-dependent manner. To further understand whether cells sense these reactive compounds through accumulation of unfolded proteins, the proline analog azetidine-2-carboxylic acid (AZC) and protein cross-linker dithiobis(succinimidyl propionate) (DSP) were used to force misfolding of nascent polypeptides and existing cytosolic proteins, respectively. Both unfolding reagents display kinetic HSP induction profiles dissimilar to those generated by thiol-reactive compounds. Moreover, AZC treatment leads to significant cytotoxicity, which is not observed in the presence of the thiol-reactive compounds at the concentrations sufficient to induce Hsf1. Additionally, DSP treatment has little to no effect on Hsp90 functions. Together with the ultracentrifugation analysis of cell lysates that detected no insoluble protein aggregates, my data suggest that at concentrations sufficient to induce Hsf1, thiol-reactive compounds do not induce the HSR via a mechanism based on accumulation of unfolded cytosolic proteins. Another possibility is that thiol-reactive compounds may influence aspects of the protein quality control system such as the ubiquitin-proteasome system (UPS). To address this hypothesis, β-galactosidase reporter fusions were used as model substrates to demonstrate that thiol-reactive compounds do not inhibit ubiquitin activating enzymes (E1) or proteasome activity. Therefore, thiol-reactive compounds do not activate the HSR by inhibiting UPS-dependent protein degradation. I therefore hypothesized that these molecules may directly inactivate protein chaperones, known as repressors of Hsf1. To address this possibility, a thiol-reactive biotin probe was used to demonstrate in vitro that the yeast cytosolic Hsp70 Ssa1, which partners with Hsp90 to repress Hsf1, is specifically modified. Strikingly, mutation of conserved cysteine residues in Ssa1 renders cells insensitive to Hsf1 activation by cadmium and celastrol but not by heat shock. Conversely, substitution with the sulfinic acid and steric bulk mimic aspartic acid led to constitutive activation of Hsf1. Cysteine 303, located in the nucleotide-binding/ATPase domain of Ssa1, was shown to be modified in vivo by a model organic electrophile using Click chemistry technology, verifying that Ssa1 is a direct target for thiol-reactive compounds through adduct formation. Consistently, cadmium pretreatment promoted cells thermotolerance, which is abolished in cells carrying SSA1 cysteine mutant alleles. Taken together, these findings demonstrate that Hsp70 acts as a sensor to induce the cytoprotective heat shock response in response to environmental or endogenously produced thiol-reactive molecules and can discriminate between two distinct environmental stressors.

Protein misfolding and temperature up-shift cause G1 arrest via a common mechanism dependent on heat shock factor in Saccharomyces cerevisiae

Accumulation of misfolded proteins in the cell at high temperature may cause entry into a nonproliferating, heat-shocked state. The imino acid analog azetidine 2-carboxylic acid (AZC) is incorporated into cellular protein competitively with proline and can misfold proteins into which it is incorporated. AZC addition to budding yeast cells at concentrations sufficient to inhibit proliferation selectively activates heat shock factor (HSF). We find that AZC treatment fails to cause accumulation of glycogen and trehalose (Msn2/4-dependent processes) or to induce thermotolerance (a protein kinase C-dependent process). However, AZC-arrested cells can accumulate glycogen and trehalose and can acquire thermotolerance in response to a subsequent heat shock. We find that AZC treatment arrests cells in a viable state and that this arrest is reversible. We find that cells at high temperature or cells deficient in the ubiquitin-conjugating enzymes Ubc4 and Ubc5 are hypersensitive to AZC-induced proliferation arrest. We find that AZC treatment mimics temperature up-shift in arresting cells in G1 and represses expression of CLN1 and CLN2. Mutants with reduced G1 cyclin-Cdc28 activity are hypersensitive to AZC-induced proliferation arrest. Expression of the hyperstable Cln3–2 protein prevents G1 arrest upon AZC treatment and temperature up-shift. Finally, we find that the EXA3–1 mutation, encoding a defective HSF, prevents efficient G1 arrest in response to both temperature up-shift and AZC treatment. We conclude that nontoxic levels of misfolded proteins (induced by AZC treatment or by high temperature) selectively activate HSF, which is required for subsequent G1 arrest.

A quantum yield map for synthetic eumelanin

The quantum yield of synthetic eumelanin is known to be extremely low and it has recently been reported to be dependent on excitation wavelength. In this paper, we present quantum yield as a function of excitation wavelength between 250 and 500 nm, showing it to be a factor of 4 higher at 250 nm than at 500 nm. In addition, we present a definitive map of the steady-state fluorescence as a function of excitation and emission wavelengths, and significantly, a three-dimensional map of the specific quantum yield: the fraction of photons absorbed at each wavelength that are subsequently radiated at each emission wavelength. This map contains clear features, which we attribute to certain structural models, and shows that radiative emission and specific quantum yield are negligible at emission wavelengths outside the range of 585 and 385 nm (2.2 and 3.2 eV), regardless of excitation wavelength. This information is important in the context of understanding melanin biofunctionality, and the quantum molecular biophysics therein. (c) 2005 American Institute of Physics.