Crystallization and preliminary X-ray diffraction analysis of endoglucanase III from Trichoderma harzianum

Endoglucanases are enzymes that hydrolyze cellulose and are important components of the cellulolytic complex. In contrast to other members of the complex, they cleave internal beta-1,4-glycosidic bonds in the cellulose polymer, allowing cellulose to be used as an energy source. Since biomass is an important renewable source of energy, the structural and functional characterization of these enzymes is of interest. In this study, endoglucanase III from Trichoderma harzianum was produced in Pichia pastoris and purified. Crystals belonging to the orthorhombic space group P212121, with unit-cell parameters a = 47.54, b = 55.57, c = 157.3 angstrom, were obtained by the sitting-drop vapour-diffusion method and an X-ray diffraction data set was collected to 2.07 angstrom resolution.

Synthesis of 1,2,3-triazolylpyranosides through click chemistry reaction

We have developed an efficient method for the synthesis of functionalized C-glycosyl 1,2,3-triazoles through a Cu(1)-promoted azide-alkyne 1,3-dipolar cycloaddition between a TMS-protected C-alkynyl-glycoside and organic azides. The reaction was accelerated by ultrasound irradiation and the addition of a base was not necessary to obtain the 1,2,3-triazole product. Moreover, further manipulation of the products led to chiral molecules with a C-glycoside linkage. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Dissecting structure-function-stability relationships of a thermostable GH5-CBM3 cellulase from Bacillus subtilis 168

Cellulases participate in a number of biological events, such as plant cell wall remodelling, nematode parasitism and microbial carbon uptake. Their ability to depolymerize crystalline cellulose is of great biotechnological interest for environmentally compatible production of fuels from lignocellulosic biomass. However, industrial use of cellulases is somewhat limited by both their low catalytic efficiency and stability. In the present study, we conducted a detailed functional and structural characterization of the thermostable BsCe15A (Bacillus subtilis cellulase 5A), which consists of a GH5 (glycoside hydrolase 5) catalytic domain fused to a CBM3 (family 3 carbohydrate-binding module). NMR structural analysis revealed that the Bacillus CBM3 represents a new subfamily, which lacks the classical calcium-binding motif, and variations in NMR frequencies in the presence of cellopentaose showed the importance of polar residues in the carbohydrate interaction. Together with the catalytic domain, the CBM3 forms a large planar surface for cellulose recognition, which conducts the substrate in a proper conformation to the active site and increases enzymatic efficiency. Notably, the manganese ion was demonstrated to have a hyper-stabilizing effect on BsCel5A, and by using deletion constructs and X-ray crystallography we determined that this effect maps to a negatively charged motif located at the opposite face of the catalytic site.

Organismi acquatici e ambiente: meccanismi biochimici di interazione, risposta e adattamento

The research is focused on the relationship between some Mg2+-dependent ATPase activities of plasma- and mitochondrial membranes from tissues of cultured marine bivalve molluscs and potentially stressful environmental conditions, such as the exposure to contaminants both of natural origin (ammonia nitrogen, the main contaminant of aquaculture plants) and of anthropic source (alkyltins). The two filter-feeding bivalve species selected colonize different habitats: the common mussel Mytilus galloprovincialis binds to hard substrates and the Philippine clam Tapes philippinarum burrows into sea bottom sandy beds. The choice of typical species of coastal waters, extremely suitable for environmental studies due to their features of poor motility, resistance to transport and great filtering efficiency, may constitute a model to evaluate responses to contaminants of membrane-bound enzyme activities involved in key biochemical mechanisms, namely cell ionic regulation and mitochondrial energy production. In vitro and in vitro approaches have been pursued. In vitro assays were carried out by adding the contaminants (NH4Cl and alkyltins) directly to the ATPase reaction media. In vivo experiments were carried out by exposing mussels to various tributyl tin (TBT) concentrations under controlled conditions in aquaria. ATPase activities were determined spectrophotometrically according to the principles of the method of Fiske and Subbarow (1925). The main results obtained are detailed below. In Tapes philippinarum the interaction of NH4 +, the main form of ammonia nitrogen at physiological and seawater pHs, with the Na,K-ATPase and the ouabaininsensitive Na-ATPase was investigated in vitro on gill and mantle microsomal membranes. The proven replacement by NH4 +of K+ in the activation of the Na,KATPase and of Na+ in the activation of the ouabain-insensitive ATPase displayed similar enzyme affinity for the substituted cation. on the one hand this finding may represent one of the possible mechanisms of ammonia toxicity and, on the other, it supports the hypothesis that NH4 + can be transported across the plasma membrane through the two ATPases. In this case both microsomal ATPases may be involved and co-operate, at least under peculiar circumstances, to nitrogen excretion and ammonia detoxification mechanisms in bivalve molluscs. The two ATPase activities stimulated by NH4 + maintained their typical response to the glycoside ouabain, specific inhibitor of the Na,K-ATPase, being the Na++ NH4 +-activated ATPase even more susceptive to the inhibitor and the ouabain-insensitive ATPase activity activated indifferently by Na+ or NH4 + unaffected by up to 10-2 M ouabain. In vitro assays were carried out to evaluate the response of the two Na-dependent ATPases to organotins in clams and mussels and to investigate the interaction of TBT with mussel mitochondrial oligomycin-sensitive Mg-ATPase. Since no literature data were available, the optimal assay conditions and oligomycin sensitivity of mussel mitochondrial MgATPase were determined. In T. philippinarum the ouabain-insensitive Na-ATPase was found to be refractory to TBT both in the gills and in the mantle, whereas the Na,K-ATPase was progressively inhibited by increasing TBT doses; the enzyme inhibition was more pronounced in the gills than in the mantle. In both tissues of M. galloprovincialis the Na,K-ATPase inhibition by alkyltins decreased in the order TBT>DBT(dibutyltin)>>MBT(monobutyltin)=TeET(tetraethyltin) (no effect). Mussel Na-ATPase confirmed its refractorimess to TBT and derivatives both in the gills and in the mantle. These results indicate that the Na,K-ATPase inhibition decreases as the number of alkyl chains bound to tin decreases; however a certain polarity of the organotin molecule is required to yield Na,K-ATPase inhibition, since no enzyme inhibition occurred in the presence of tetraalkyl-substituted derivatives such as TeET . Assays carried out in the presence of the dithioerythritol (DTE) pointed out that the sulphhydrylic agent is capable to prevent the Na,K-ATPase inhibition by TBT, thus suggesting that the inhibitor may link to -SH groups of the enzyme complex.. Finally, the different effect of alkyltins on the two Na-dependent ATPases may constitute a further tool to differentiate between the two enzyme activities. These results add to the wealth of literature data describing different responses of the two enzyme activities to endogenous and exogenous modulators . Mussel mitochondrial Mg-ATPase was also found to be in vitro inhibited by TBT both in the gills and in the mantle: the enzyme inhibition followed non competitive kinetics. The failed effect of DTE pointed out that in this case the interaction of TBT with the enzyme complex is probably different from that with the Na,K-ATPase. The results are consistent with literature data showing that alkyltin may interact with enzyme structures with different mechanisms. Mussel exposure to different TBT sublethal doses in aquaria was carried out for 120 hours. Two samplings (after 24 and 120 hrs) were performed in order to evaluate a short-term response of gill and mantle Na,K-ATPase, ouabain-insensitive Na-ATPase and Mg-ATPase activities. The in vivo response to the contaminants of the enzyme activities under study was shown to be partially different from that pointed out in the in vitro assays. Mitochondrial Mg-ATPase activity appeared to be activated in TBTexposed mussels with respect to control ones, thus confirming the complexity of evaluating in vivo responses of the enzyme activities to contaminants, due to possible interactions of toxicants with molluscan metabolism. Concluding, the whole of data point out that microsomal and mitochondrial ATPase activities of bivalve molluscs are generally responsive to environmental contaminants and suggest that in some cases membrane-bound enzyme activities may represent the molecular target of their toxicity. Since the Na,K-ATPase, the Na-ATPase and the Mg-ATPase activities are poorly studied in marine bivalves, this research may contribute to enlarge knowledge in this quite unexplored field.

Strukturelle und molekulare Charakterisierung des Asialoglykoprotein-Rezeptors aus humaner Leber

Der Asialoglykoprotein-Rezeptor (ASGPR) vermittelt als integraler Bestandteil der Leberzellmembran die Endozytose von zirkulierenden Asialoglykoproteinen. Ziele dieser Arbeit waren proteinchemische Untersuchungen von funktionellem ASGPR aus humaner Leber aufgrund einer verbesserten Präparationsmethode und die rekombinante Darstellung der beiden Untereinheiten H1 und H2. In der denaturierenden SDS-PAGE erschienen H1 und H2 überwiegend als Monomere bei 46 und 50kD; nach Deglykosylierung ergaben sich Banden bei 34 und 32kD, wonach der Glykosidanteil etwa 28% beträgt. In der nicht-denaturierenden Größenausschluß-Chromatographie wurden im nativen ASGPR ausschließlich Trimere und Dimere gefunden. In Gegenwart von 2-Mercaptoethanol konnten funktionell eine aktive von einer nicht-aktiven Fraktion getrennt werden, wobei H2 in der nicht-aktiven Fraktion angereichert war, während sich H1 zu etwa gleichen Teilen in beiden Fraktionen befand. Durch zweidimensionale Auftrennung des deglykosylierten Rezeptors wurden auf Proteinebene vier Isoformen von H1 und zwei von H2 mit unterschiedlichen pI-Werten identifiziert. Der Vergleich von funktionellem ASGPR aus normaler Leber und den hepatischen Tumorzellinien HepG2 und Huh7 in der SDS-PAGE brachte Größenunterschiede von etwa sechs und vier Kilodalton hervor. Bei H1 konnte dies auf einen höheren Glykosylierungsgrad zurückgeführt werden, während H2 auch nach Behandlung mit N-GlykosidaseF ein größeres Molekulargewicht aufwies. Ein Antikörper gegen das Insertionspeptid im cytoplasmatischen Bereich einer Splice-Variante von H2 zeigte eine deutlich erhöhte Expression von H2 mit Insertion in Huh7-Zellen gegenüber natürlichem ASGPR. Da bisherige Kenntnisse über den humanen ASGPR vorwiegend aus kultivierten Hepatomzelllinien stammen, scheinen sie nicht ohne weiteres auf die Situation in normaler Leber übertragbar. Die Präparation von funktionellem H1 aus transfizierten cos7- und 293-Zellen führte zum gleichen Bandenmuster wie beim natürlichen ASGPR. Mit einem Enzymimmunoassay wurde die Eignung von rekombinantem H1 zur Detektion von Antikörpern gegen ASGPR in 177 von 178 Patientenseren gezeigt. Da durch Präinkubation mit rekombinantem Antigen die Reaktivität mit natürlichem Rezeptor inhibiert werden konnte, trägt H1 hauptsächlich die antigenen Stellen des ASGPR.

Kristallisation der Arbutin-Synthase und der Strictosidin Glukosidase - zwei Enzyme aus dem sekundären Glykosidstoffwechsel von Rauvolfia serpentina

Kristallisation der Arbutin-Synthase und der Strictosidin Glukosidase - zwei Enzyme aus dem sekundären Glykosidstoffwechsel von Rauvolfia serpentina Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Kristallisation und der strukturellen Auswertung der Arbutin-Synthase (AS) und der Strictosidin Glukosidase (SG). Beide Enzyme stammen aus der Medizinalpflanze Rauvolfia serpentina. Für die Kristallisation der Arbutin-Synthase wurden ca. 2500 verschiedene Beding-ungen experimentell untersucht. Für einige dieser Experimente wurde das Enzym molekularbiologisch und chemisch verändert. Trotzdem konnten keine Kristalle erhalten werden. Die bei diesen Veränderungen erhaltenen Ergebnisse wurden anhand von Vergleichen mit Strukturen anderer Glykosyltransferasen der gleichen Familie analysiert. Bei der Reinigung der AS konnte mit verschiedenen Trennsystemen nie eine homogene Lösung produziert werden. Der wahrscheinliche Grund für diese schlechte Isolierbarkeit, und damit der wahrscheinliche Grund für die schwierige Kris-tallisation, liegt in der überdurchschnittlich hohen Anzahl an Cysteinen in der Proteinsequenz. Mit den Aminosäuren Cys171, Cys253 und Cys461 wurden drei Cysteine gefunden, die einem Strukturvergleich nach an der Proteinoberfläche liegen und möglicherweise durch Quervernetzungen mit anderen Proteinmolekülen ein heterogenes Gemisch bilden, das nicht geordnet kristallisieren kann. Durch gezielte Mutationen dieser drei Aminosäuren könnte die Kristallisation zukünftig ermöglicht werden. Für die SG waren bereits Bedingungen bekannt bei denen nicht vermessbare Enzymkristalle (Nadeln) wuchsen. In weit gefächerten Versuchen konnten diese Kristalle jedoch nicht zu 3D-Wachstum angeregt werden. Es wurden mit einem HTS-Screening neue Bedingungen zur Kristallisation gefunden. Anschließend konnten die native Struktur und der Strictosidin/Enzym-Komplex vermessen und aufgeklärt werden. Die SG gehört zur Familie 1 der Glukosidasen (GH-1) und besitzt die in dieser Familie konservierte (beta/alpha)8-Barrel-Faltung. Im Vergleich mit 16 bekannten Glykosidasen der Familie GH-1 wurde die Substratbindung untersucht. Dabei wurde die in der Familie konservierte Zuckerbindung vorgefunden, jedoch große Unterschiede in der Aglykonbindung entdeckt. Es wurden Bedingungen für die Konformationsänderung des Trp388 erkannt. Diese Konformationsänderung dirigiert den Aglykonteil des Substrates auf verschiedene Seiten der Substratbindungstasche und teilt so die Familie GH-1 in zwei Gruppen.

Synthese von Sialyl-Lewis-X-Mimetika durch stereoselektive ortho-C-Glycosylierung von Phenolen

Ziel der Arbeit war es, Sialyl-LewisX-Mimetika auf Basis ortho-C-glycosylierter Phenole als Inhibitoren für die Selektin-Ligand-Wechselwirkungen zu synthetisieren. Dazu wurde zunächst die Stereoselektivität der ortho-C-Mannosylierung untersucht. Dabei wurde gezeigt, dass bei der Umsetzung von Phenolen mit dem benzylgeschützten Mannosyl-trichloracetimidat in Gegenwart von TMSOTf selektiv das β-C-Mannosid erhalten wurde. Gleichzeitig konnte anhand der NMR-spektroskopischen Untersuchungen nachgewiesen werden, dass die in der Literatur beschriebenen α-C-Mannoside von Phenolen tatsächlich β-konfiguriert sind. Wenn Naphthole als Glycosylakzeptoren verwendet wurden, konnten durch Modifikation des Promotors auch die für die Synthese der Mimetika benötigten α-C-Mannoside erhalten werden, wobei ZnCl2 als Promotor die besten Ergebnisse lieferte. Allerdings zeigten die synthetisierten α-C-Mannoside und α-C-Galactoside eine Inversion des Pyranoseringes und lagen in der ungewöhnlichen 1C4-Konformation vor.rnAnschließend konnte auf diese Weise das durch Docking-Studien gefundene Mimetikum (2S)-3-Cyclohexyl-2-[7-hydroxy-8-(α-D-mannosyl)naphthalin-2-yloxy]propionsäure syntheti-siert werden. Es besaß jedoch in Zelladhäsionstests keine ausreichende Aktivität bei der Inhibierung der Selektin-Ligand-Wechselwirkung. Bei den ursprünglichen Dockingstudien war allerdings von der gewohnten 4C1-Konformation ausgegangen worden. Spätere NMR-Experimente und DFT-Berechnungen zeigten, dass das Mimetikum tatsächlich in der 1C4-Konformation vorlag und es deshalb nicht aktiv war. Die synthetisierten Stereo- und Regioisomere zeigten in Zelladhäsionstests ebenfalls keine Aktivität.rnVersuche, die α-1-C-Mannosylnaphthole zu den benötigten 1-C-2-O-Diglycosyl-naphthalinen umzusetzen waren nicht erfolgreich, da die phenolische OH-Gruppe sterisch zu sehr abgeschirmt war, um unter milden Reaktionsbedingungen glycosyliert zu werden, bzw. die α-1-C-Mannosylnaphthaline unter drastischeren Reaktionsbedingungen nicht stabil waren. Daher wurde 1-(2′,3′,4′,6′-Tetra-O-benzyl-β-D-galactopyranosyl)-2-naphthol mit 2,3,4,6-Tetra-O-acetyl-α-D-mannopyranosyl-trichloracetimidat in Gegenwart von TMSOTf zum ersten synthetischen 1-C-2-O-Diglycosyl-phenol umgesetzt. Nach Abspaltung der Schutzgruppen sollte das erhaltene 1-Galactosyl-2-O-mannosyl-naphthalin enzymatisch zum Sialyl-LewisX-Mimetikum verlängert werden. Es wurde vom Enzym jedoch nicht als Substrat erkannt. Versuche zur chemischen Anbindung des Säurebausteins stehen noch aus.rn

Diglycosylierte Heterocyclen als potentielle Selektinliganden

In der vorliegenden Arbeit sollten diglycosylierte Heterozyklen als Grundbausteine zur Darstellung eines Mimetikums des Tetrasaccharids Sialyl LewisX verwendet werden. Dabei standen die pharmakokinetische Stabilität sowie der möglichst einfache Zugang zu den Strukturen im Vordergrund. Außerdem sollte die nachträgliche Anbindung an eine ESL-1 Partialsequenz zum Aufbau von Glycopeptiden und deren Verknüpfung zu dendrimeren Strukturen möglich sein. rnIn einem ersten Ansatz sollten C,N-diglycosylierte Isoindolone bzw. Isochinolone aufgebaut werden. Es konnte anhand mehrerer Beispiele gezeigt werden, dass die elektrophile Cyclisierung von o-Alkinylbenzamiden mit Iod nicht die wie in der Literatur beschriebenen Lactame liefert, sondern ein Angriff des Carbonylsauerstoffs zu den entsprechenden Isobenzofuran-1(3H)-iminen bzw. 1H-Isochromen-1-iminen führt. Die Lactame können jedoch durch Reaktion der o-Alkinylbenzamide mit Tetrabutylammoniumfluorid erhalten werden.rnDie zweite Route führte durch 1,3-dipolare Cycloaddition zu 1,4 disubstituierten 1,2,3-Triazolen. Hier gelang der Aufbau eines vollständig deblockierten, mit einem Azid funktionalisierten Trisaccharid Analogons, welches durch enzymatische Sialylierung zum Sialyl LewisX Mimetikum verlängert wurde. Diese Struktur konnte in einer weiteren 1,3-dipolaren Cycloaddition mit einer ebenfalls synthetisierten, leicht abgewandelten Partialsequenz des ESL-1 zu einem Glycokonjugat umgesetzt werden. Des Weiteren gelang der Aufbau zweier teilweise deblockierter Tetrasaccharid Mimetika, wiederum durch enzymatische Elongation.rnAußerdem wurden Versuche unternommen di C-Glycoside durch samariumvermittelte Kupplung zu synthetisieren.rn

Synthesen von C-glycosylierten Aminosäuren und Peptiden unter Einsatz speziell konstruierter Mikroreaktoren

Die chemische Synthese definierter Glycopeptidstrukturen bildet die Basis einiger vielversprechender Ansätze zur Therapie verschiedener Krankheiten. Die Entwicklung hochaffiner Selektininhibitoren könnte der Behandlung chronischer Entzündungen und zur Unterdrückung der Metastasierung von Tumoren dienen. Vollsynthetische Vakzine auf Basis glycosylierter MUC1-Partialstrukturen sollen das Immunsystem zur Bekämpfung von krankem Gewebe anregen und so perspektivisch eine Impfung gegen Krebs ermöglichen. Da die natürlich vorkommenden O-Glycoside in vivo eine begrenzte Stabilität besitzen, wurde eine Methode entwickelt, welche die modulare Herstellung von stabilen rnC-Glycosylaminosäuren als Mimetika der natürlichen Serin-, Threonin- und Tyrosin-Glycoside ermöglicht. Dazu wurden passend geschützte Kohlenhydrat-Lactone synthetisiert, die in einer mikrowellengestützten Petasis-Olefinierung unter Durchflussbedingungen in die entsprechenden exo-Glycale überführt wurden. Die Reaktionszeit konnte durch diese spezielle Reaktionsführung auf weniger als drei Minuten verringert werden, während konventionell mehrere Stunden benötigt werden. Die C-glycosidische Verknüpfung mit den entsprechenden Aminosäurebausteinen gelang durch eine Hydroborierungs-Suzuki-Kupplungs-Kaskade. Nach umfangreicher Optimierung der Reaktionsparameter ließ sich neben mehreren Monosacchariden auch ein exo-Glycal der Lactose erfolgreich in der Kupplung einsetzen. Nach verschiedenen Schutzgruppenmanipulationen wurden einige der synthetisierten Bausteine zur Synthese C-glycosylierter Partialstrukturen des Mucins MUC1 an der festen Phase herangezogen. In ELISA-Experimenten wurden die C-Glycosylpeptide von an Brustkrebsgewebe bindenden Antikörpern erkannt, die durch Vakzinierung mit ähnlichen Strukturen erhalten worden waren. Zur Synthese zweier Bausteine potenzieller Selektin-Inhibitoren wurde ein Mimetikum des in natürlichen Liganden vorkommenden Tetrasaccharides Sialyl-Lewisx synthetisiert. Bei diesem wurde die terminale Sialinsäure durch (S)-Cyclohexylmilchsäure ersetzt. Die bei der gewählten Syntheseroute notwendige regioselektive Öffnung eines Benzylidenacetals wurde in einem Mikroreaktor durchgeführt, wodurch eine einfache Reaktionsoptimierung mit geringen Substanzmengen möglich war. Die Reaktionszeit liegt mit unter 4 Minuten deutlich unter den üblichen Werten von einer bis mehreren Stunden. In einer Block-Glycosylierung konnte das Pseudotetrasaccharid sowohl an einen C-Lactosyl-Tyrosin-, als auch an einen C-Lactosyl-Serin-Akzeptor angefügt und somit die Synthese der Zielverbindungen abgeschlossen werden. Diese Bausteine können in Zukunft als Bestandteile synthetischer Glycopeptide zum Einsatz kommen, welche Mimetika der natürlichen Selektin-Liganden darstellen sollen.rn

Synthese C-glycosidischer und N-methylierter Glycosylaminosäuren für den Aufbau von Mimetika tumorassoziierter MUC1-Glycopeptidantigene unter Verwendung mikrostrukturierter Reaktoren

Zur Synthese hydrolysestabiler MUC1-Antitumorvakzine wurde im Rahmen dieser Arbeit zunächst ein Verfahren zur effizienten N Methylierung von Fmoc-Aminosäuren entwickelt. Die Synthese erfolgte in einer zweistufigen Umsetzung über Oxazolidinone unter Verwendung eines Tube-in-Tube-Durchflussreaktors mit einer semipermeablen Membran aus Teflon® AF 2400. In diesem Tube-in-Tube-Reaktor wurde in der ersten Stufe das Modellsubstrat Fmoc-Alanin bereits nach 2 h annähernd quantitativ in das entsprechende Oxazolidinon umgesetzt. In der zweiten Stufe wurde mit TFA erstmals eine Flüssigkeit durch eine solche Membran des Tube-in-Tube-Reaktors eingeleitet und lieferte innerhalb einer Stunde zahlreiche aliphatische, aromatische und funktionalisierte N-Methylaminosäuren in hohen Ausbeuten.rnDes Weiteren wurden erstmals sensible Glycosylaminosäuren, darunter auch TN Antigen-Strukturen, N-methyliert. Sie dienen als Bausteine für die Synthese von MUC1-Antitumorvakzinen. Neben Fmoc-N-Methyl-TN-Threonin konnten die Fmoc-geschützten N-Methyl-TN-Serin, N-Methyl-Sialyl-TN-Threonin sowie zwei N-Methyl-C Glycosylaminosäuren und in guten Ausbeuten erhalten werden. Anschließend wurde das N methylierte TN-Threonin gezielt in die tandem repeat-Sequenz des MUC1 in einer Festphasenpeptidsynthese eingebaut. Um einen direkten Vergleich bezüglich der N Methylierung im MUC1-Glycopeptide und dem darauf folgenden Einfluss auf die Tumorselektivität der resultierenden Vakzine erhalten zu können, wurde zudem ein Referenzpeptid aufgebaut. Zur Vollendung der Vakzinsynthese erfolgte die Konjugation beider Glycopeptidantigene an die jeweiligen BSA- und TTox-Proteine. rnEin alternativer Zugang zu hydrolysestabilen Glycopeptidbausteinen wurde im letzten Teil der Arbeit über die Synthese von α C Glycosylaminosäuren erarbeitet. Der entwickelte Syntheseweg basiert auf einer Ugi-Vier-Komponenten-Reaktion aus Aldehyd, Amin, Nitril und Carbonsäure. Als benötigte Aldehydkomponenten wurden ein einfaches Galactose- sowie ein Galactosamin-Derivat verwendet. Zum Aufbau des C-glycosidischen Grundgerüsts wurde eine Mikrowellen-unterstützte C-Allylierungsvariante im Durchfluss realisiert. Die Galactose- und Galactosaminaldehyde wurden danach mit chirale Glycosylaminen umgesetzt.

Cytotoxic steroidal saponins from the rhizomes of Tacca integrifolia

Three new steroid saponins (3beta,25R)-spirost-5-en-3-yl 6-deoxy-alpha-L-mannopyranosyl-(1-->2)-[beta-D-glucopyranosyl-(1-->4)-6-deoxy-alpha-L-mannopyranosyl-(1-->3)]-beta-D-glucopyranoside (1), (3beta,22R,25R)-26-(beta-D-glucopyranosyloxy)-22-hydroxyfurost-5-en-3-yl 6-deoxy-alpha-L-mannopyranosyl-(1-->2)-[6-deoxy-alpha-L-mannopyranosyl-(1-->3)]-beta-D-glucopyranoside (3), and (3beta,22R,25R)-26-(beta-D-glucopyranosyloxy)-22-hydroxyfurost-5-en-3-yl 6-deoxy-alpha-L-mannopyranosyl-(1-->2)-[beta-D-glucopyranosyl-(1-->4)-6-deoxy-alpha-L-mannopyranosyl-(1-->3)]-beta-D-glucopyranoside (5), as well as the new pregnane glycoside (3beta,16beta)-3-{[6-deoxy-alpha-L-mannopyranosyl-(1-->2)-[6-deoxy-alpha-L-mannopyranosyl-(1-->3)]-beta-D-glucopyranosyl]oxy}-20-oxopregn-5-en-16-yl (4R)-5-(beta-D-glucopyranosyloxy)-4-methylpentanoate (6), were isolated from the rhizomes of Tacca integrifolia together with two known (25R) configurated steroid saponins (3beta,25R)-spirost-5-en-3-yl 6-deoxy-alpha-L-mannopyranosyl-(1-->2)-[6-deoxy-alpha-L-mannopyranosyl-(1-->3)]-beta-D-glucopyranoside (2) and (3beta,22R,25R)-26-(beta-D-glucopyranosyloxy)-22-methoxyfurost-5-en-3-yl 6-deoxy-alpha-L-mannopyranosyl-(1-->2)-[6-deoxy-alpha-L-mannopyranosyl-(1-->3)]-beta-D-glucopyranoside (4). The cytotoxic activity of the isolated compounds was evaluated in HeLa cells and showed the highest cytotoxicity value for compound 2 with an IC(50) of 1.2+/-0.4 muM. Intriguingly, while compounds 1-5 exhibited similar cytotoxic properties between 1.2+/-0.4 (2) and 4.0+/-0.6 muM (5), only compound 2 showed a significant microtubule-stabilizing activity in vitro.

Synthesis of a pentasaccharide repeating unit of the extracellular polysaccharide produced by lactobacillus delbrueckii subsp. Bulgaricus 291

A pentasaccharide as its methyl glycoside has been synthesized efficiently using a modified glycosylation strategy. This pentasaccharide is a repeating unit of the exopolysaccharides produced by Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 291

Mechanistic studies of mouse skin tumor promotion by chrysarobin

Since the anthrone chrysarobin oxidizes and generates free radicals, investigations were conducted to assess a possible role for free radicals or reactive oxygen species (ROS) in skin tumor promotion by chrysarobin. Epidermal glutathione levels were not noticeably altered by chrysarobin, nor did a glutathione-depleting agent enhance promotion by chrysarobin. Multiple applications of chrysarobin increased lipid peroxide levels in mouse epidermis two-fold as compared with controls. The antioxidant $\alpha$-tocopherol and the lipoxygenase inhibitor nordihydroguaiaretic acid both inhibited production of lipid peroxides by chrysarobin. The antioxidants $\alpha$-tocopherol acetate and ascorbyl palmitate effectively inhibited promotion and promoter-related effects induced by chrysarobin. Since prooxidant states can lead to increases in intracellular Ca$\sp{2+}$, the effect of two Ca$\sp{2+}$ antagonists, verapamil and TMB-8, on chrysarobin-induced promotion and promoter-related effects were investigated. Both Ca$\sp{2+}$ antagonists inhibited promotion and promoter-related effects induced by chrysarobin, suggesting a possible role for intracellular Ca$\sp{2+}$ alterations in chrysarobin-tumor promotion. Since radical generating compounds are reported to possess the ability to enhance progression of papillomas to squamous cell carcinomas (SCCs), the effects of chrysarobin on papilloma development were tested. Growth kinetics and regression of papillomas generated with limited promotion with chrysarobin were similar to what was reported for the nonradical generating promoter 12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate (TPA) (Aldaz et al., 1991). To test the chrysarobin's ability to enhance progression of pre-existing papillomas to SCCs, tumors were generated by initiation with dimethylbenz (a) anthracene and promotion with TPA. Then mice were treated with chrysarobin, TPA or acetone for 45 weeks. When mice treated with chrysarobin were compared to mice treated continually with TPA with similar numbers of papillomas, the number of papillomas that progressed to SCCs was similar, suggesting that papilloma burden influences the progression of papillomas to SCCs, rather than radical production. In summary, the present study suggests that chrysarobin produces oxidative stress in mouse epidermis as indicated by the generation of lipid peroxides. Antioxidants inhibited production of lipid peroxides and tumor promotion by chrysarobin. Collectively, these data suggest a role for free radicals or ROS in tumor promotion by chrysarobin. ^

Use of cardiac glycosides for treatment of cancer: Determinants of cancer cell sensitivity

Cardiac glycoside compounds have traditionally been used to treat congestive heart failure. Recently, reports have suggested that cardiac glycosides may also be useful for treatment of malignant disease. Our research with oleandrin, a cardiac glycoside component of Nerium oleander, has shown it to be a potent inducer of human but not murine tumor cell apoptosis. Determinants of tumor sensitivity to cardiac glycosides were therefore studied in order to understand the species selective cytotoxic effects as well as explore differential sensitivity amongst a variety of human tumor cell lines. ^ An initial model system involved a comparison of human (BRO) to murine (B16) melanoma cells. Human BRO cells were found to express both the sensitive α3 as well as the less sensitive α1 isoform subunits of Na+,K +-ATPase while mouse B16 cells expressed only the α1 isoform. Drug uptake and inhibition of Na+,K+-ATPase activity were also different between BRO and B16 cells. Partially purified human Na+,K+-ATPase enzyme was inhibited by cardiac glycosides at a concentration that was 1000-fold less than that required to inhibit mouse B16 enzyme to the same extent. In addition, uptake of oleandrin and ouabain was 3–4 fold greater in human than murine cells. These data indicate that differential expression of Na+,K+-ATPase isoform composition in BRO and B16 cells as well as drug uptake and total enzyme activity may all be important determinants of tumor cell sensitivity to cardiac glycosides. ^ In a second model system, two in vitro cell culture model systems were investigated. The first consisted of HFU251 (low expression of Na+,K+-ATPase) and U251 (high Na+ ,K+-ATPase expression) cell lines. Also investigated were human BRO cells that had undergone stable transfection with the α1 subunit resulting in an increase in total Na+,K+-ATPase expression. Data derived from these model systems have indicated that increased expression of Na+,K+-ATPase is associated with an increased resistance to cardiac glycosides. Over-expression of Na +,K+-ATPase in tumor cells resulted in an increase of total Na+,K+-ATPase activity and, in turn, a decreased inhibition of Na+,K+-ATPase activity by cardiac glycosides. However, of interest was the observation that increased enzyme expression was also associated with an elevated basal level of glutathione (GSH) within cells. Both increased Na+,K+-ATPase activity and elevated GSH content appear to contribute to a delayed as well as diminished release of cytochrome c and caspase activation. In addition, we have noted an increased colony forming ability in cells with a high level of Na+,K+-ATPase expression. This suggests that Na+,K+-ATPase is actively involved in tumor cell growth and survival. ^

A Novel Mechanism of Skin Tumor Promotion Involving Interferon-gamma (IFNγ)/Signal Transducer and Activator of Transcription-1 (Stat1) Signaling in Epidermis

The JAK-STAT pathway is a major signaling pathway involved in many biological processes including proliferation, apoptosis, and differentiation. Aberrant expression of STATs has been reported in multiple human cancers and murine mouse models of tumorigenesis. Previous studies from our lab and others have established a critical role for Stat3 in epithelial tumorigenesis, but the role of Stat1 is largely unknown. The current study was designed to explore the role of Stat1 during multistage skin carcinogenesis. Topical treatment with both TPA and the anthrone derivative chrysarobin (CHRY) led to rapid phosphorylation of Stat1 on both tyrosine (Tyr701) and serine (Ser727) residues in epidermis. CHRY treatment also led to upregulation of unphosphorylated Stat1 (uStat1) at later time points. In addition, CHRY treatment also led to upregulation of IRF-1 mRNA and protein which was dependent on Stat1. Further analyses demonstrated that topical treatment with CHRY but not TPA upregulated interferon-gamma (IFNg) mRNA in the epidermis and that the induction of both IRF-1 and uStat1 was dependent on IFNg signaling. Stat1 deficient (Stat1-/-) mice were highly resistant to skin tumor promotion by CHRY. In contrast, the tumor response (in terms of both papillomas and squamous cell carcinomas) was similar in Stat1-/- mice and wild-type littermates with TPA as the promoter. Histological evaluation of the proliferative response confirmed the data obtained from the tumor study for both TPA and CHRY. In addition, maximal induction of both cyclooxygenase-2 and inducible nitric oxide synthase in epidermis following treatment with CHRY was also dependent on the presence of functional Stat1. Following CHRY treatment, Stat1-/- mice exhibited reduced macrophage infiltration and reduced production of many immune cell derived chemokines/cytokines. These studies define a novel mechanism associated with skin tumor promotion by the anthrone class of tumor promoters involving upregulation of IFNg signaling in the epidermis and downstream signaling through activated (phosphorylated) Stat1 and subsequent upregulation of IRF-1 and uStat1.