Funktionelle HPMA-Copolymere zur möglichen Anwendung in der Tumor-Immuntherapie

Der Fokus dieser Arbeit lag in der Synthese von funktionellen HPMA-Copolymeren, sowohl für die Darstellung definierter Polymer-Antikörper Konjugate, als auch zum effizienten Transport von p-DNA in Polymer-DNA Komplexen (Polyplexe). Nach ausführlicher physikalischer und chemischer Charakterisierung wurden gezielt ihre Wechselwirkungen mit (Immun)-Zellen untersucht und so ihr Potential für die Verwendung in der Tumor-Immuntherapie aufgezeigt.rnFür das gezielte Ansprechen von bestimmten Immunzellen mit Schlüsselfunktionen besitzen monoklonale Antikörper ein großes Potential. Im Rahmen dieser Arbeit gelang die Darstellung definierter Polymer-Antikörper Konjugate über das gezielte Einführen von Thiol-Gruppen an Antikörper und die Synthese eng verteilter, Maleinimid funktionalisierter HPMA-Copolymere. Diese sehr gut definierten, funktionellen HPMA-Copolymere konnten über die Kombination der RAFT-Polymerisation und Reaktivester Polymeren gewonnen werden. Unterschiedliche Polymerstrukturen ermöglichten die Synthese verschiedener Arten von Polymer-Antikörper Konjugaten. Speziell die Untersuchung der verschiedenen Konjugate aus dem für dendritische Zellen spezifischen aDEC-205 Antikörper an Immunzellen aus dem Knochenmark von Mäusen lieferten wertvolle Erkenntnisse über Struktur-Wirkungsbeziehungen und zeigten die Möglichkeit der gezielten Adressierung von Immunzellen mit Schlüsselfunktionen bei der Aktivierung einer (Tumor)-Immunabwehr am Beispiel von dendritischen Zellen. Gleichzeitig erlaubt der Syntheseweg sowohl die gleichzeitige und kontrollierte Einführung auch komplexerer Stimuli am Polymerrückgrat als auch die Verwendung verschiedener Antikörper.rnÜber die Kombination der RAFT-Polymerisation und polymeren Reaktivestern wurde ebenso die Synthese von neuartigen kationisch-hydrophilen Polylysin-b-poly(HPMA) Blockcopolymeren als effiziente Transporter für den komplexen aber wirkungsvollen Wirkstoff p-DNA in Form von Polymer-DNA Komplexen (Polyplexe) realisiert. Da diese Polyplexe gleichzeitig eine Abschirmung der sensitiven p-DNA über eine poly(HPMA)-Korona vermitteln, stellen sie allgemein ein geeignetes Transportmittel für einen therapeutischen Transport von p-DNA dar. Diese Polyplexe sind in der Lage, humane Nierenkarzinomzellen (HEK-293T Zelllinie) zu transfizieren ohne signifikante Zytotoxizität zu zeigen. Darüber hinaus gelang eine große Steigerung der Transfektionseffizienz, ohne eine gleichzeitige Erhöhung der Zytotoxizität, durch die gezielte Einführung von Redox-stimuliresponsiven Disulfid-Gruppen zwischen den einzelnen Blöcken. Diese Polyplexe stellen einen polymeren Vektor zur transkriptionellen Regulierung von Zellen dar, zum Beispiel für die transkriptionelle Aktivierung von dendritischen Zellen, durch die Verwendung speziell dafür modifizierter p-DNA-Konstrukte. rnDurch die Verknüpfung einer ortsspezifischen enzymatischen Kopplung und kupferfreien Cyclooctin-Azid Kupplung gelang die kontrollierte und kovalente Modifizierung von polymeren Mizellen mit aDEC-205 Antikörpern an der hydrophilen poly(HPMA)-Korona. Diese Methode bietet die Möglichkeit der Anbindung der effektiven aber anspruchsvollen Erkennungsstruktur Antikörper an komplexere Polymerstrukturen und andere nano-partikulären Systeme, zum Beispiel an die zuvor genannten Polyplexe, um eine zellspezifische und verbesserte Aufnahme und Prozessierung zu erreichen.rnDiese Studien zeigen somit, sowohl die Möglichkeit der selektiven Addressierung von Immunzellen mit Schlüsselfunktionen wie dendritischer Zellen, als auch die Möglichkeit der transkriptionellen Regulation von Zellen durch Polyplexe. Sie stellen somit einen ersten Schritt zur Herstellung funktioneller, nanopartikulärer Systeme zur Verwendung in der Tumor-Immuntherapie dar. rn

Synthese von antiinflammatorischen Makrolactonen des Oxacyclododecindion-Typs und deren biologische Evaluierung

Die Sekundärmetabolite 4-Dechlor-14-deoxyoxacyclododecindion, 14-Deoxyoxacyclo-dodecindion und Oxacyclododecindion zeigten in ersten in vitro-Studien eine Hemmung des TGF-β- sowie des JAK-STAT-Signaltransduktionsweges im nanomolaren Konzentrationsbereich. Sie stellen potentielle Leitstrukturen für die Entwicklung neuer Therapeutika zur Behandlung chronisch entzündlicher und/oder fibrotischer Erkrankungen dar. Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines totalsynthetischen Zugangs zu diesen Makrolactonen.rnDer erste retrosynthetische Ansatz bestand aus einer Ringschluss-Metathese/Reduktions/Eliminierungs-Sequenz. Während das gesättigte Makrolacton-grundgerüst dargestellt werden konnte, schlug die Einführung der Doppelbindung fehl. Es wurde nur ein exo-Methylen-Derivat erhalten. Eine Syntheseroute über eine carbonylierende Kreuzkupplung oder über eine intramolekulare Hydroacylierung verliefen erfolglos. Versuche zum Aufbau des α,β-ungesättigten Enons über das β,γ-ungesättigte Enon in einer Ringschluss-Metathese/Isomerisierungs-Sequenz führten stattdessen zur Bildung eines γ,δ-ungesättigten Ketons und eines 12-Oxo-10,11-dehydrocurvularin-Derivates.rnEine intramolekulare Friedel-Crafts-Acylierung ermöglichte den Ringschluss, sodass die beiden Naturstoffe 4-Dechlor-14-deoxyoxacyclododecindion sowie 14-Deoxyoxa-cyclododecindion synthetisiert werden konnten. Durch die Totalsynthese konnte zudem die bisher unbekannte relative Konfiguration der zwei Stereozentren aufgeklärt werden. Die während dieser Arbeit erhaltenen Derivate ermöglichten es, Struktur-Wirkungs-Beziehungen für diese Makrolactone aufzustellen.rnIn weiteren biologischen Studien von Kooperationspartnern wurde die hohe Wirksamkeit im nanomolaren Konzentrationsbereich bestätigt. Eine erste in vivo-Studie zur Behandlung von systemischem Lupus erythematodes mit 14-Deoxyoxacyclododecindion deutet auf eine verminderte Entzündungsreaktion und positive Effekte auf chronische Nierenschäden hin.rn

Novel octreotide dicarba-analogues with high affinity and different selectivity for somatostatin receptors

A limited set of novel octreotide dicarba-analogues with non-native aromatic side chains in positions 7 and/or 10 were synthesized. Their affinity toward the ssts1-5 was determined. Derivative 4 exhibited a pan-somatostatin activity, except sst4, and derivative 8 exhibited high affinity and selectivity toward sst5. Actually, compound 8 has similar sst5 affinity (IC50 4.9 nM) to SRIF-28 and octreotide. Structure-activity relationships suggest that the Z geometry of the double-bond bridge is that preferred by the receptors. The NMR study on the conformations of these compounds in SDS(-d25) micelles solution shows that all these analogues have the pharmacophore beta-turn spanning Xaa7-D-Trp8-Lys9-Yaa10 residues. Notably, the correlation between conformation families and affinity data strongly indicates that the sst5 selectivity is favored by a helical conformation involving the C-terminus triad, while a pan-SRIF mimic activity is based mainly on a conformational equilibrium between extended and folded conformational states.

Structural studies of p21Waf1/Cip1/Sdi1 in the free and Cdk2-bound state: conformational disorder mediates binding diversity.

The cyclin-dependent kinase (Cdk) inhibitor p21Waf1/Cip1/Sdi1, important for p53-dependent cell cycle control, mediates G1/S arrest through inhibition of Cdks and possibly through inhibition of DNA replication. Cdk inhibition requires a sequence of approximately 60 amino acids within the p21 NH2 terminus. We show, using proteolytic mapping, circular dichroism spectropolarimetry, and nuclear magnetic resonance spectroscopy, that p21 and NH2-terminal fragments that are active as Cdk inhibitors lack stable secondary or tertiary structure in the free solution state. In sharp contrast to the disordered free state, however, the p21 NH2 terminus adopts an ordered stable conformation when bound to Cdk2, as shown directly by NMR spectroscopy. We have, thus, identified a striking disorder-order transition for p21 upon binding to one of its biological targets, Cdk2. This structural transition has profound implications in light of the ability of p21 to bind and inhibit a diverse family of cyclin-Cdk complexes, including cyclin A-Cdk2, cyclin E-Cdk2, and cyclin D-Cdk4. Our findings suggest that the flexibility, or disorder, of free p21 is associated with binding diversity and offer insights into the role for structural disorder in mediating binding specificity in biological systems. Further, these observations challenge the generally accepted view of proteins that stable secondary and tertiary structure are prerequisites for biological activity and suggest that a broader view of protein structure should be considered in the context of structure-activity relationships.

Rational interleukin 2 therapy for HIV positive individuals: daily low doses enhance immune function without toxicity.

When administered in high doses to HIV positive (HIV+) individuals, interleukin 2 (IL-2) causes extreme toxicity and markedly increases plasma HIV levels. Integration of the information from the structure-activity relationships of the IL-2 receptor interaction, the cellular distribution of the different classes of IL-2 receptors, and the pharmacokinetics of IL-2 provides for the rationale that low IL-2 doses should circumvent toxicity. Therefore, to identify a nontoxic, but effective and safe IL-2 treatment regimen that does not stimulate viral replication, doses of IL-2 from 62,500 to 250,000 IU/m2/day were administered subcutaneously for 6 months to 16 HIV+ individuals with 200-500 CD4+ T cells/mm3. IL-2 was already detectable in the plasma of most HIV+ individuals even before therapy. Peak plasma IL-2 levels were near saturating for high affinity IL-2 receptors in 10 individuals who received the maximum nontoxic dose, which ranged from 187,500 to 250,000 IU/m2/day. During the 6 months of treatment at this dose range, plasma levels of proinflammatory cytokines remained undetectable, and plasma HIV RNA levels did not change significantly. However, delayed type hypersensitivity responses to common recall antigens were markedly augmented, and there were IL-2 dose-dependent increases in circulating Natural Killer cells, eosinophils, monocytes, and CD4+ T cells. Expanded clinical trials of low dose IL-2 are now warranted, especially in combination with effective antivirals to test for the prevention of immunodeficiency and the emergence of drug-resistant mutants and for the eradication of residual virions.

Expression of human inducible nitric oxide synthase in a tetrahydrobiopterin (H4B)-deficient cell line: H4B promotes assembly of enzyme subunits into an active dimer.

Murine inducible nitric oxide (NO) synthase (iNOS) is catalytically active only in dimeric form. Assembly of its purified subunits into a dimer requires H4B. To understand the structure-activity relationships of human iNOS, we constitutively expressed recombinant human iNOS in NIH 3T3 cells by using a retroviral vector. These cells are deficient in de novo H4B biosynthesis and the role of H4B in the expression and assembly of active iNOS in an intact cell system could be studied. In the absence of added H4B, NO synthesis by the cells was minimal, whereas cells grown with supplemental H4B or the H4B precursor sepiapterin generated NO (74.1 and 63.3 nmol of nitrite per 10(6) cells per 24 h, respectively). NO synthesis correlated with an increase in intracellular H4B but no increase in iNOS protein. Instead, an increased percentage of dimeric iNOS was observed, rising from 20% in cytosols from unsupplemented cells to 66% in H4B-supplemented cell cytosols. In all cases, only dimeric iNOS displayed catalytic activity. Cytosols prepared from H4B-deficient cells exhibited little iNOS activity but acquired activity during a 60- to 120-min incubation with H4B, reaching final activities of 60-72 pmol of citrulline per mg of protein per min. Reconstitution of cytosolic NO synthesis activity was associated with conversion of monomers into dimeric iNOS during the incubation. Thus, human iNOS subunits dimerize to form an active enzyme, and H4B plays a critical role in promoting dimerization in intact cells. This reveals a post-translational mechanism by which intracellular H4B can regulate iNOS expression.

A paradigm for drug discovery employing encoded combinatorial libraries.

Very large combinatorial libraries of small molecules on solid supports can now be synthesized and each library element can be identified after synthesis by using chemical tags. These tag-encoded libraries are potentially useful in drug discovery, and, to test this utility directly, we have targeted carbonic anhydrase (carbonate dehydratase; carbonate hydro-lyase, EC 4.2.1.1) as a model. Two libraries consisting of a total of 7870 members were synthesized, and structure-activity relationships based on the structures predicted by the tags were derived. Subsequently, an active representative of each library was resynthesized (2-[N-(4-sulfamoylbenzoyl)-4'-aminocyclohexanespiro]-4-oxo-7 -hydroxy- 2,3-dihydrobenzopyran and [N-(4-sulfamoylbenzoyl)-L-leucyl]piperidine-3-carboxylic acid) and these compounds were shown to have nanomolar dissociation constants (15 and 4 nM, respectively). In addition, a focused sublibrary of 217 sulfamoylbenzamides was synthesized and revealed a clear, testable structure-activity relationship describing isozyme-selective carbonic anhydrase inhibitors.

QSAR e dinâmica molecular no estudo de sistemas biomoleculares: predição da atividade biológica de antagonistas do receptor sigma-1 e simulações de bicamadas lipídicas

Diferentes abordagens teóricas têm sido utilizadas em estudos de sistemas biomoleculares com o objetivo de contribuir com o tratamento de diversas doenças. Para a dor neuropática, por exemplo, o estudo de compostos que interagem com o receptor sigma-1 (Sig-1R) pode elucidar os principais fatores associados à atividade biológica dos mesmos. Nesse propósito, estudos de Relações Quantitativas Estrutura-Atividade (QSAR) utilizando os métodos de regressão por Mínimos Quadrados Parciais (PLS) e Rede Neural Artificial (ANN) foram aplicados a 64 antagonistas do Sig-1R pertencentes à classe de 1-arilpirazóis. Modelos PLS e ANN foram utilizados com o objetivo de descrever comportamentos lineares e não lineares, respectivamente, entre um conjunto de descritores e a atividade biológica dos compostos selecionados. O modelo PLS foi obtido com 51 compostos no conjunto treinamento e 13 compostos no conjunto teste (r² = 0,768, q² = 0,684 e r²teste = 0,785). Testes de leave-N-out, randomização da atividade biológica e detecção de outliers confirmaram a robustez e estabilidade dos modelos e mostraram que os mesmos não foram obtidos por correlações ao acaso. Modelos também foram gerados a partir da Rede Neural Artificial Perceptron de Multicamadas (MLP-ANN), sendo que a arquitetura 6-12-1, treinada com as funções de transferência tansig-tansig, apresentou a melhor resposta para a predição da atividade biológica dos compostos (r²treinamento = 0,891, r²validação = 0,852 e r²teste = 0,793). Outra abordagem foi utilizada para simular o ambiente de membranas sinápticas utilizando bicamadas lipídicas compostas por POPC, DOPE, POPS e colesterol. Os estudos de dinâmica molecular desenvolvidos mostraram que altas concentrações de colesterol induzem redução da área por lipídeo e difusão lateral e aumento na espessura da membrana e nos valores de parâmetro de ordem causados pelo ordenamento das cadeias acil dos fosfolipídeos. As bicamadas lipídicas obtidas podem ser usadas para simular interações entre lipídeos e pequenas moléculas ou proteínas contribuindo para as pesquisas associadas a doenças como Alzheimer e Parkinson. As abordagens usadas nessa tese são essenciais para o desenvolvimento de novas pesquisas em Química Medicinal Computacional.

Design and synthesis of constrained azacyclic pyrrolidine analogues of FTY720 as anticancer agents & metal coordination-controlled and bifunctional catalysis toward tertiary β-Ketols

Cette thèse se compose en deux parties: Première Partie: La conception et la synthèse d’analogues pyrrolidiniques, utilisés comme agents anticancéreux, dérivés du FTY720. FTY720 est actuellement commercialisé comme médicament (GilenyaTM) pour le traitement de la sclérose en plaques rémittente-récurrente. Il agit comme immunosuppresseur en raison de son effet sur les récepteurs de la sphingosine-1-phosphate. A fortes doses, FTY720 présente un effet antinéoplasique. Cependant, à de telles doses, un des effets secondaires observé est la bradycardie dû à l’activation des récepteurs S1P1 et S1P3. Ceci limite son potentiel d’utilisation lors de chimiothérapie. Nos précédentes études ont montré que des analogues pyrrolidiniques dérivés du FTY720 présentaient une activité anticancéreuse mais aucune sur les récepteurs S1P1 et S1P3. Nous avons soumis l’idée qu’une étude relation structure-activité (SARs) pourrait nous conduire à la découverte de nouveaux agents anti tumoraux. Ainsi, deux séries de composés pyrrolidiniques (O-arylmethyl substitué et C-arylmethyl substitué) ont pu être envisagés et synthétisés (Chapitre 1). Ces analogues ont montré d’excellentes activités cytotoxiques contre diverses cellules cancéreuses humaines (prostate, colon, sein, pancréas et leucémie), plus particulièrement les analogues actifs qui ne peuvent pas être phosphorylés par SphK, présentent un plus grand potentiel pour le traitement du cancer sans effet secondaire comme la bradycardie. Les études mécanistiques suggèrent que ces analogues de déclencheurs de régulation négative sur les transporteurs de nutriments induisent une crise bioénergétique en affamant les cellules cancéreuses. Afin d’approfondir nos connaissances sur les récepteurs cibles, nous avons conçu et synthétisé des sondes diazirine basées sur le marquage d’affinité aux photons (méthode PAL: Photo-Affinity Labeling) (Chapitre 2). En s’appuyant sur la méthode PAL, il est possible de récolter des informations sur les récepteurs cibles à travers l’analyse LC/MS/MS de la protéine. Ces tests sont en cours et les résultats sont prometteurs. Deuxième partie: Coordination métallique et catalyse di fonctionnelle de dérivés β-hydroxy cétones tertiaires. Les réactions de Barbier et de Grignard sont des méthodes classiques pour former des liaisons carbone-carbone, et généralement utilisées pour la préparation d’alcools secondaires et tertiaires. En vue d’améliorer la réaction de Grignard avec le 1-iodobutane dans les conditions « one-pot » de Barbier, nous avons obtenu comme produit majoritaire la β-hydroxy cétone provenant de l’auto aldolisation de la 5-hexen-2-one, plutôt que le produit attendu d’addition de l’alcool (Chapitre 3). La formation inattendue de la β-hydroxy cétone a également été observée en utilisant d’autres dérivés méthyl cétone. Étonnement dans la réaction intramoléculaire d’une tricétone, connue pour former la cétone Hajos-Parrish, le produit majoritaire est rarement la β-hydroxy cétone présentant la fonction alcool en position axiale. Intrigué par ces résultats et après l’étude systématique des conditions de réaction, nous avons développé deux nouvelles méthodes à travers la synthèse sélective et catalytique de β-hydroxy cétones spécifiques par cyclisation intramoléculaire avec des rendements élevés (Chapitre 4). La réaction peut être catalysée soit par une base adaptée et du bromure de lithium comme additif en passant par un état de transition coordonné au lithium, ou bien soit à l’aide d’un catalyseur TBD di fonctionnel, via un état de transition médiée par une coordination bidenté au TBD. Les mécanismes proposés ont été corroborés par calcul DFT. Ces réactions catalytiques ont également été appliquées à d’autres substrats comme les tricétones et les dicétones. Bien que les efforts préliminaires afin d’obtenir une enantioselectivité se sont révélés sans succès, la synthèse et la recherche de nouveaux catalyseurs chiraux sont en cours.

Design and synthesis of constrained azacyclic pyrrolidine analogues of FTY720 as anticancer agents & metal coordination-controlled and bifunctional catalysis toward tertiary β-Ketols

Cette thèse se compose en deux parties: Première Partie: La conception et la synthèse d’analogues pyrrolidiniques, utilisés comme agents anticancéreux, dérivés du FTY720. FTY720 est actuellement commercialisé comme médicament (GilenyaTM) pour le traitement de la sclérose en plaques rémittente-récurrente. Il agit comme immunosuppresseur en raison de son effet sur les récepteurs de la sphingosine-1-phosphate. A fortes doses, FTY720 présente un effet antinéoplasique. Cependant, à de telles doses, un des effets secondaires observé est la bradycardie dû à l’activation des récepteurs S1P1 et S1P3. Ceci limite son potentiel d’utilisation lors de chimiothérapie. Nos précédentes études ont montré que des analogues pyrrolidiniques dérivés du FTY720 présentaient une activité anticancéreuse mais aucune sur les récepteurs S1P1 et S1P3. Nous avons soumis l’idée qu’une étude relation structure-activité (SARs) pourrait nous conduire à la découverte de nouveaux agents anti tumoraux. Ainsi, deux séries de composés pyrrolidiniques (O-arylmethyl substitué et C-arylmethyl substitué) ont pu être envisagés et synthétisés (Chapitre 1). Ces analogues ont montré d’excellentes activités cytotoxiques contre diverses cellules cancéreuses humaines (prostate, colon, sein, pancréas et leucémie), plus particulièrement les analogues actifs qui ne peuvent pas être phosphorylés par SphK, présentent un plus grand potentiel pour le traitement du cancer sans effet secondaire comme la bradycardie. Les études mécanistiques suggèrent que ces analogues de déclencheurs de régulation négative sur les transporteurs de nutriments induisent une crise bioénergétique en affamant les cellules cancéreuses. Afin d’approfondir nos connaissances sur les récepteurs cibles, nous avons conçu et synthétisé des sondes diazirine basées sur le marquage d’affinité aux photons (méthode PAL: Photo-Affinity Labeling) (Chapitre 2). En s’appuyant sur la méthode PAL, il est possible de récolter des informations sur les récepteurs cibles à travers l’analyse LC/MS/MS de la protéine. Ces tests sont en cours et les résultats sont prometteurs. Deuxième partie: Coordination métallique et catalyse di fonctionnelle de dérivés β-hydroxy cétones tertiaires. Les réactions de Barbier et de Grignard sont des méthodes classiques pour former des liaisons carbone-carbone, et généralement utilisées pour la préparation d’alcools secondaires et tertiaires. En vue d’améliorer la réaction de Grignard avec le 1-iodobutane dans les conditions « one-pot » de Barbier, nous avons obtenu comme produit majoritaire la β-hydroxy cétone provenant de l’auto aldolisation de la 5-hexen-2-one, plutôt que le produit attendu d’addition de l’alcool (Chapitre 3). La formation inattendue de la β-hydroxy cétone a également été observée en utilisant d’autres dérivés méthyl cétone. Étonnement dans la réaction intramoléculaire d’une tricétone, connue pour former la cétone Hajos-Parrish, le produit majoritaire est rarement la β-hydroxy cétone présentant la fonction alcool en position axiale. Intrigué par ces résultats et après l’étude systématique des conditions de réaction, nous avons développé deux nouvelles méthodes à travers la synthèse sélective et catalytique de β-hydroxy cétones spécifiques par cyclisation intramoléculaire avec des rendements élevés (Chapitre 4). La réaction peut être catalysée soit par une base adaptée et du bromure de lithium comme additif en passant par un état de transition coordonné au lithium, ou bien soit à l’aide d’un catalyseur TBD di fonctionnel, via un état de transition médiée par une coordination bidenté au TBD. Les mécanismes proposés ont été corroborés par calcul DFT. Ces réactions catalytiques ont également été appliquées à d’autres substrats comme les tricétones et les dicétones. Bien que les efforts préliminaires afin d’obtenir une enantioselectivité se sont révélés sans succès, la synthèse et la recherche de nouveaux catalyseurs chiraux sont en cours.

Kalata B8, a novel antiviral circular protein, exhibits conformational flexibility in the cystine knot motif

The cyclotides are a family of circular proteins with a range of biological activities and potential pharmaceutical and agricultural applications. The biosynthetic mechanism of cyclization is unknown and the discovery of novel sequences may assist in achieving this goal. In the present study, we have isolated a new cyclotide from Oldenlandia affinis, kalata B8, which appears to be a hybrid of the two major subfamilies (Mobius and bracelet) of currently known cyclotides. We have determined the three-dimensional structure of kalata B8 and observed broadening of resonances directly involved in the cystine knot motif, suggesting flexibility in this region despite it being the core structural element of the cyclotides. The cystine knot motif is widespread throughout Nature and inherently stable, making this apparent flexibility a surprising result. Further-more, there appears to be isomerization of the peptide backbone at an Asp-Gly sequence in the region involved in the cyclization process. Interestingly, such isomerization has been previously characterized in related cyclic knottins from Momordica cochinchinensis that have no sequence similarity to kalata B8 apart from the six conserved cysteine residues and may result from a common mechanism of cyclization. Kalata B8 also provides insight into the structure-activity relationships of cyclotides as it displays anti-HIV activity but lacks haemolytic activity. The 'uncoupling' of these two activities has not previously been observed for the cyclotides and may be related to the unusual hydrophilic nature of the peptide.

Omega-conotoxins GVIA, MVIIA and CVID: SAR and clinical potential

Highly selective N-type voltage-gated calcium (Ca-V) channel inhibitors from cone snail venom (the omega-conotoxins) have emerged as a new class of therapeutics for the treatment of chronic and neuropathic pain. Earlier in 2005, Prialt ( Elan) or synthetic omega-conotoxin MVIIA, was the first omega-conotoxin to be approved by Food and Drug Administration for human use. This review compares the action of three omega-conotoxins, GVIA, MVIIA and CVID, describing their structure-activity relationships and potential as leads for the design of improved N-type therapeutics that are more useful in the treatment of chronic pain.

Toxin insights into nicotinic acetylcholine receptors

Venomous species have evolved cocktails of bioactive peptides to facilitate prey capture. Given their often exquisite potency and target selectivity, venom peptides provide unique biochemical tools for probing the function of membrane proteins at the molecular level. in the field of the nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs), the subtype specific snake alpha-neurotoxins and cone snail alpha-conotoxins have been widely used to probe receptor structure and function in native tissues and recombinant systems. However, only recently has it been possible to generate an accurate molecular view of these nAChR-toxin interactions. Crystal structures of AChBP, a homologue of the nAChR ligand binding domain, have now been solved in complex with alpha-cobratoxin, alpha-conotoxin PnIA and alpha-conotoxin Iml. The orientation of all three toxins in the ACh binding site confirms many of the predictions obtained from mutagenesis and docking simulations on homology models of mammalian nAChR. The precise understanding of the molecular determinants of these complexes is expected to contribute to the development of more selective nAChR modulators. In this commentary, we review the structural data on nAChR-toxin interactions and discuss their implications for the design of novel ligands acting at the nAChR. (c) 2006 Elsevier Inc. All rights reserved.

N-type calcium channel blockers: Novel therapeutics for the treatment of pain

Highly selective Cav2.2 voltage-gated calcium channel (VGCC) inhibitors have emerged as a new class of therapeutics for the treatment of chronic and neuropathic pain. Cone snail venoms provided the first drug in class with FDA approval granted in 2005 to Prialt (ω-conotoxin MVIIA, Elan) for the treatment of neuropathic pain. Since this pioneering work, major efforts underway to develop alternative small molecule inhibitors of Cav2.2 calcium channel have met with varied success. This review focuses on the properties of the Cav2.2 calcium channel in different pain states, the action of ω-conotoxins GVIA, MVIIA and CVID, describing their structure-activity relationships and potential as leads for the design of improved Cav2.2 calcium channel therapeutics, and finally the development of small molecules for the treatment of chronic pain.