Design, parallel synthesis and biological evaluation of agonists for the G-protein coupled human orphan receptor BRS-3 [Elektronische Ressource] / Dirk Weber

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• Publié par: technische_universitat_munchen
• Publié le: 01 janvier 2003
• Nombre de lectures: 22
• Langue: Deutsch
• Poids de l'ouvrage: 4 Mo

Extrait

Institut für Organische Chemie und Biochemie
der Technischen Universität München




Design, Parallel Synthesis and Biological
Evaluation of Agonists for the G Protein
Coupled Human Orphan Receptor BRS-3





Dirk Weber







Vollständiger Abdruck der von der Fakultät für Chemie der Technischen Universität
München zur Erlangung des akademischen Grades eines


Doktors der Naturwissenschaften


genehmigten Dissertation.

Vorsitzender: Univ.-Prof. Dr. St. J. Glaser

Prüfer der Dissertation: 1. Univ.-Prof. Dr. H. Kessler
2. apl. Prof. Dr. L. Moroder
3. Univ.-Prof. Dr. J. Buchner


Die Dissertation wurde am 23.1.2003 bei der Technischen Universität München eingereicht
und durch die Fakultät für Chemie am 7.3.2003 angenommen.




























meinen Eltern
Die vorliegende Arbeit wurde am Institut für Organische Chemie und Biochemie der
Technischen Universität München in der Zeit von Oktober 1999 bis Januar 2003 unter
der Leitung von Prof. Dr. H. Kessler angefertigt.
Mein ganz besonderer Dank gilt Herrn Prof. Kessler für die Überlassung des Themas,
das mir entgegengebrachte Vertrauen und die jederzeit vorhandene Unterstützung und
Hilfsbereitschaft bei der Anfertigung dieser Arbeit. Darüber hinaus haben
insbesondere die sehr gute technische Ausstattung und die große wissenschaftliche
Freiheit zum Gelingen dieser Arbeit beigetragen.


Mein weiterer Dank gilt:

Herrn Dr. J. Antel, der die Kooperation mit Solvay initiierte, und diesem Projekt
fortdauernd grosses Interesse entgegenbrachte. Darüber hinaus danke ich ihm für
die technische Unterstützung, die ich bei Solvay erfahren durfte.
Allen Kollegen meines Arbeitskreises für das angenehme Arbeitsklima und die
ständige Diskussions- und Hilfsbereitschaft. An die Touren in die Dolomiten
denke ich gerne zurück.
Den Solvay Mitarbeitern des Bereichs PH-FB, Medizinische Chemie und
Intellectual Property. Davon insbesondere Frau Dr. Claudia Berger für die gute
Zusammenarbeit und die Hilfestellung beim Erlernen des FLIPR-assays sowie
Heidrun und Christiane für ihre großartige Unterstützung in der Zellkultur und am
FLIPR und für ihren Humor. Weiterhin Dr. Timo Heinrich und Dr. Peter
Eickelmann für das Interesse an meiner Arbeit und die Mitarbeit im BRS-3
Projekt. Ausserdem Herrn Reineke und Frau Dr. Mühlebach für die Aufnahme von
hochaufgelösten Massenspektren und Frau Dr. K. Larbig für die gute
Zusammenarbeit beim Verfassen der Patentschrift.
Burghard Cordes und Herrn Krause für die professionelle Hilfe bei der Aufnahme
von Massenspektren sowie Mona Wolff und meinen Praktikanten Michael, Anna
und Denis bei der Unterstützung im Labor. Weiterhin Frau M. Machule und Frau E. Bruckmaier für ihre Hilfe in bürokratischen Fragen und Dr. R. Haeßner für das
Lösen von Software- und Hardwareproblemen.
Dr. Koka Jayasimhulu (University of Cincinnati, Ohio) für die Aufnahme von
hochaufgelösten Massenspektren.
Judith und Sven für das konstruktive Korrekturlesen dieser Arbeit und Sven für die
weiterhin gute, transatlantische Zusammenarbeit.
Herrn Dr. M. Wiesner (Merck KGaA) für die gute Kooperation auf dem Gebiet der
Integrinantagonisten.

Der größte Dank gilt meiner Familie, ganz besonders natürlich meinen Eltern, die mir
stets helfend zur Seite standen und mich immer liebevoll begleitet haben. Genauso
danke ich Judith für ihre Unterstützung, die schöne Zeit in München und ihrer
Aufgeschlossenheit gegenüber der schwäbischen Mentalität.


Table of Contents


1 Introduction and Objective…………………………………………….….…. 1

2 Strategies in Medicinal Chemistry…………………………………………... 4
2.1 Medicinal Chemistry in the Context of Drug Discovery………………….. 4
2.2 Combinatorial Chemistry………………………………………………….. 5
2.3 Origin and Generation of Lead Structures…………………….... 6
2.4 Optimization of Lead Structures…………………………………………... 9

3 G Protein Coupled Receptors (GPCRs) as Drug Targets………………….. 12
3.1 Basics about GPCRs………………………………………………………. 12
3.1.1 G Protein Coupled Receptors-Structure and Ligand Binding………. 12
3.1.2 G Proteins………………………………………………………….... 16
3.1.3 Interactions of Activated GPCRs and G Proteins…………………... 18
3.1.4 Signal Transduction Cascades of GPCRs……………………………20
3.1.5 Orphan G Protein Coupled Receptors
and the Reverse Pharmacological Strategy…………………………. 22
3.1.6 Biological Assays………………………………………… 25
3.2 The Orphan Receptor Bombesin Receptor Subtype 3 (BRS-3)…………… 27
3.2.1 The Bombesin-Like-Peptides and the Bombesin Receptor Family… 27
3.2.2 Peptide Bombesin Receptor Antagonists…………………………… 29
3.2.3 Small Molecule Ligands for Bombesin Receptors and
Related GPCRs……………………………………………………… 30
3.2.4 Discovery, Pharmacology and Ligands of
the Orphan Receptor BRS-3 – Status Quo………………………….. 33
3.2.5 Binding Sites and Selectivity at Bombesin Receptors……………… 34


4 Design, Synthesis and Biological Evaluation of BRS-3 Agonists…………... 36
4.1 Introductory Remarks…………………………………………………...… 36
4.2 Biological Evaluation of the BRS-3 Agonists………………….. 36
4.2.1 Intracellular Calcium Measurements with the FLIPR-System………36
4.2.2 Characterization of the FLIPR Cell-Assays………………………… 40
4.3 Linear and Cyclic Peptide BRS-3 Agonists……………………………….. 43
4.3.1 General Synthetic Aspects………………………………………….. 43
6 11 13 144.3.2 Alanine Scans of [D-Phe ,-Ala ,Phe ,Nle ]Bn(6-14)
6 13,Phe ] Bn(6-13) propylamide…………………………. 46 and [D-Phe
4.3.2.1 Synthesis…………………………………………………….. 46
4.3.2.2 Biological Evaluation…………………... 47
6 11 13 144.3.3 D-Amino Acid Scans of [D-Phe ,-Ala ,Phe ,Nle ]Bn(6-14)
6 13 and [D-Phe ,Phe ] Bn(6-13) propylamide…………………………. 51
4.3.4 Shortened Fragments and Substitutions………………….. 55
6 11 13 144.3.5 Cyclic Analogues of [D-Phe ,-Ala ,Phe ,Nle ]Bn(6-14)……….. 59
4.3.5.1 Introduction and Strategy……………………………………. 59
4.3.5.2 Synthesis………………………………………….. 63
4.3.5.3 Biological Evaluation……………………………... 65
4.3.6 Discovery of the Tetrapeptide Lead-Structure……………………… 67
4.3.7 Systematic SAR of Tetrapeptide Lead…………………… 68
4.3.8 C-Terminal Optimization…………………………………………… 70
4.4 Peptidomimetic BRS-3 Agonists………………………………………….. 72
4.4.1 General Strategy…………………………………………………….. 72
4.4.2 Design and Scope of a Small-Molecule Library……………………. 72
4.4.3 N-Terminal Modification and Gln Substitution…………………….. 77
4.4.3.1 Synthesis…………………………………………………….. 77
4.4.3.2 Biological Evaluation…………………... 81
4.4.4 Probing the Necessity of the N-terminal Amide Bond……………... 83
4.4.4.1 Introduction………………………………………………….. 83 4.4.4.2 Synthesis…………………………………………………….. 84
4.4.4.3 Biological Evaluation…………………... 87
4.4.5 Azapeptides as BRS-3 Agonists…………………………………….. 88
4.4.5.1 Introduction………………………………………………….. 88
4.4.5.2 Synthesis……………………………….. 90
4.4.5.3 Biological Evaluation………………………………………... 92
4.4.6 Semicarbazones as BRS-3 Agonists………………………………... 93
4.4.6.1 Synthesis…………………………………………………….. 93
4.4.6.2 Biological Evaluation…………………... 94
4.4.7 Semicarbazides as BRS-3 Agonists………………………………… 95
4.4.7.1 Synthesis…………………………………………………….. 96
4.4.7.2 Biological Evaluation…………………... 97
4.4.8 Piperazine- and Piperidine Derivatives……………………………... 98
4.4.8.1 Synthesis…………………………………………………….. 98
4.4.8.2 Biological Evaluation…………………... 99
4.4.9 FLIPR Antagonist Experiment…………………………………….... 100
4.4.10 Do Peptide- and Small Molecule
BRS-3 Agonists bind to different epitopes?………………………… 100

5 Integrins – An Introduction…………………………………………………. 102

6 Synthesis and Biological Evaluation of v3-Antagonists…………………. 104
6.1 Previous Work and Objective……………………………………………... 104
6.2 Synthesis………………………………………………………... 106
6.3 Biological Evaluation and Discussion…………………………………….. 110

7 Summary ……………………………………………………………………… 114

8 Experimental………………………………………………………………….. 118
8.1 Materials for Synthesis and General Methods……………………………. 118 8.2 General Synthetic Methods………………………………………………... 121
8.2.1 General Methods for Solid-Phase Synthesis………………………... 121
8.2.2 hods for Solution-Phase Synthesis…………………….. 126
8.3 BRS-3 Agonists…………………………………………………………… 132
8.3.1 Solution-Phase Synthesis of Building Blocks………………………. 132
8.3.2 Linear and Cyclic Peptide BRS-3 Agonists……………… 161
8.3.3 Peptidomimetic BRS-3 Agonists…………………………………… 175
8.4 v3 Integrin Antagonists………………………………………………… 209
8.4.1 Solution-Phase Synthesis of Building Blocks………………………. 209
8.4.2 Peptidomimetic v3 Integrin Antagonists……………… 224
8.5 Biological Evaluation……………………………………………………… 233
8.5.1