Structure-based design of hyaluronidase inhibitors [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Alexander Botzki

Alex James

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• Publié par: universitat_regensburg
• Publié le: 01 janvier 2004
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• Langue: Deutsch
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Extrait

Structure-based design of hyaluronidase inhibitors






Dissertation
zur Erlangung des Doktorgrades der Naturwissenschaften (Dr. rer. nat.)
der Naturwissenschaftlichen Fakultät IV – Chemie und Pharmazie –
der Universität Regensburg





vorgelegt von
Alexander Botzki
aus München

2004 Die vorliegende Arbeit entstand in der Zeit von Juni 2000 bis März 2004 unter der
Leitung von Herrn Prof. Dr. A. Buschauer und Herrn Prof. Dr. S. Dove am Institut für
Pharmazie der Naturwissenschaftlichen Fakultät IV – Chemie und Pharmazie – der
Universität Regensburg.















Das Promotionsgesuch wurde eingereicht im März 2004.

Tag der mündlichen Prüfung: 11. Mai 2004

Prüfungsausschuss: Prof. Dr. W. Wiegrebe (Vorsitzender)
Prof. Dr. A. Buschauer (Erstgutachter)
Prof. Dr. S. Dove (Zweitgutachter)
Prof. Dr. C. Steinem (Prüfer)













To whom it may concern
… pinki







Der Blick des Forschers fand nicht selten mehr, als er zu finden wünschte.
Ludwig Uhland Ich bedanke mich bei Herrn Prof. Dr. A. Buschauer für die interessante Themenstel-
lung, seine wissenschaftlichen Anregungen sowie für seine Förderung und die
Durchsicht beim Verfassen dieser Arbeit.

Herrn Prof. Dr. S. Dove danke ich für die interessante Themenstellung, seine wissen-
schaftlichen Anregungen und Diskussionen sowie für die konstruktive Kritik bei der
Durchsicht dieser Arbeit.

Bedanken möchte ich mich auch bei Herrn Dr. G. Bernhardt für seine Unterstützung
bei der Lösung experimentell-pharmakologischer Probleme.

Bei Herrn M. J. Jedrzejas (Children's Hospital Oakland Research Institute, Oakland,
California 94609, USA) und Herrn D. J. Rigden (National Centre of Genetic Re-
sources and Biotechnology, Cenargen/Embrapa, Brasília, D.F. 70770-900, Brazil)
bedanke ich mich für die Durchführung der Kokristallisations- Experimente und für die
Aufnahme und Aufklärung der Röntgenkristallstrukturen.

Frau Dr. S. Salmen danke ich ganz besonders für die Synthese der vorgeschlagenen
Substanzen, deren pharmakologische Testung sowie für die zahlreichen wertvollen
Diskussionen und Anregungen. Herrn S. Braun und Herrn M. Spickenreither danke
ich für die synthetisierten Verbindungen.

Herrn Dr. Christian Neiß danke ich für zahlreiche Diskussionen üb er theoretische
Problemstellungen (Parameterschlachten, (Un)Sinn der Theorie, etc.).

Frau A. Roithmeier, Frau S. Bollwein und Frau J. Hoechstetter danke ich für die
Unterstützung bei der Durchführung der pharmakologischen Testung.

Frau S. Heinrich und Herrn P. Richthammer danke ich für die Hilfsbereitschaft und
Unterstützung in vielen organisatorischen und technischen Dingen und Herrn Dr. H.-
J. Wittmann für tatkräftige Hilfe bei Computernotfällen.

Allen Mitgliedern des Lehrstuhls danke ich für die Kollegialität und das gute Ar-
beitsklima. Bei den Firmen Tripos GmbH, Unterschleißheim, und Accelrys Inc., Unter-
schleißheim, bedanke ich mich für die Bereitstellung der Rohdaten zur Datenbanker-
zeugung sowie für die kostenlosen Probelizenzen.

Bei der Studienstiftung des deutschen Volkes bedanke ich mich für ideelle und finan-
zielle Förderung.

Besonderer Dank gilt auch meinen Freunden Sunny, Christian und Martin, Thomas
und Andrea, Stephan, Uta & Albert & Jona, meiner Spielegruppe (Britta, Ralf, Chris-
tian und Martin) sowie meiner gesamten Familie.

Bedanken möchte ich mich auch bei meinen Kollegen Frau J. Hoechstetter, Frau Dr.
S. Salmen, Herrn S. Braun, Herrn A. Brennauer und Herrn H. Preuß für die Unter-
stützung bei fachlichen Problemen, das heitere Laborklima sowie für die vielen Auf-
heiterungen im (Labor-) Alltag. Contents

Chapter 1 Introduction ........................................................................................... 1
1.1 Hyaluronic acid............................................................................................. 1
1.1.1 Structure and physicochemical properties............................................. 1
1.1.2 Occurrence and physiological importance............................................. 2
1.2 Hyaluronidases............................................................................................. 3
1.2.1 History and occurrence ......................................................................... 3
1.2.2 Classification of hyaluronidases ............................................................ 3
1.2.3 Hyaluronidases from eukaryotes........................................................... 4
1.2.4 Hyaluronidases from prokaryotes.......................................................... 7
1.3 Medical applications of hyaluronan and hyaluronidases............................. 10
1.4 Inhibitors of hyaluronidases........................................................................ 11
1.5 Virtual screening and structure-based ligand design.................................. 12
1.6 References ................................................................................................. 15
Chapter 2 Objectives ........................................................................................... 23
Chapter 3 Structure-based design of hyaluronate lyase inhibitors....................... 25
3.1 Introduction................................................................................................. 25
3.2 Results and discussion............................................................................... 26
3.2.1 HylB model construction................................................................. 26 4755
3.2.2 Search for molecular fragments as ligands of bacterial hyaluronidase
using the computer programme LUDI................................................................ 30
3.2.3 Dependence of results on applied LUDI parameters – Comparison with
Consensus Scoring methods and FlexX docking .............................................. 37
3.3 Summary and future perspectives.............................................................. 44
3.4 Experimental section .................................................................................. 45
3.4.1 Theoretical methods............................................................................ 45
3.4.1.1 HylB model construction ......................................................... 45 4755
3.4.1.2 LUDI calculations with the hylB model.................................... 46 4755
3.4.1.3 Re-scoring of LUDI poses with X-Score....................................... 47
3.4.1.4 Re-docking of LUDI poses with FlexX Version 1.11..................... 47
3.4.2 Test compounds.................................................................................. 47
3.4.3 Pharmacological methods ................................................................... 48
3.5 References ................................................................................................. 48 Chapter 4 Generation and property analysis of virtual screening databases ....... 53
4.1 Introduction................................................................................................. 53
4.2 Results and discussion............................................................................... 54
4.2.1 Analysis of databases suitable for virtual screening............................ 54
4.2.1.1 Molecular weight .......................................................................... 55
4.2.1.2 Partition coefficient....................................................................... 55
4.2.1.3 Number of hydrogen bond acceptors ........................................... 58
4.2.1.4 Number of hydrogen bond donors................................................ 58
4.2.1.5 Number of rotatable bonds........................................................... 58
4.2.1.6 Number of rings............................................................................ 61
4.2.2 Property analysis of hits from LUDI runs............................................. 61
4.3 Conclusions and summary ......................................................................... 65
4.4 Theoretical methods................................................................................... 66
4.4.1 Preparation of the adapted ChemACX database ................................ 66
4.4.2 Processing of databases ..................................................................... 66
4.4.3 Descriptor analysis of databases......................................................... 67
4.5 References ................................................................................................. 68
Chapter 5 Homology modelling of bovine testicular hyaluronidase and de novo
design of ligands of bovine testicular hyaluronidase.............................