Design of new ß-sheet breakers and artificial proteases against protein aggregation
Alois Alzheimer described the symptoms of a neurodegenerative disease that was later named after him, Alzheimer’s disease (AD), for the first time in 1907. Although several approaches have been developed to fight one of the most common neurodegenerative diseases nowadays, a successful pharmacological treatment that slows or stops the damage and destruction of neurons has not yet been found, and only palliative therapies are used.
Going through this thesis, Chapter 1 will first provide an introduction to AD and the proteins involved in this dreadful neurodegenerative disease, as well as all the processes in which they are involved. Consequently, some guidelines for both patient and family to face the disease are provided. In the latter part of this chapter, different therapies to fight against the substantial damage of the neurons are commented. A route through immunotherapy, the intervention of the APP process, and methods of modulation of Aβ aggregation and degradation will provide the necessary theoretical background to understand the aim of this thesis. The most relevant therapeutic approaches to modulate Aβ are deeply explained in this final section, such as aminopyrazoles and artificial metalloproteases.
In the first section of the Chapter 3, an approach to interrupt processes involved in ACH, where Aβ is cleaved from APP and leads to Aβ aggregation, is described. New metalloproteases were designed, synthesized and evaluated with different techniques such as ThT fluorescence or CD spectroscopy. A pioneer MS method (proteomics) was used to analyze the peptide cleavage from the original full length of Aβ induced by the metalloproteases.
New β-sheet breakers against protein aggregation are commented in the second part of the Chapter 3. The synthesis of the compounds is detailed in this section as well as their evaluation with several techniques to prove the ability to prevent LC and Aβ aggregation. Extraordinary images of an aminopyrazole derivative altering SAI-VL aggregation were taken using the AFM technique.
In the outlook section, new challenges are discussed, and future possibilities for improving molecules capable of slowing down protein aggregation emerge.
At the end of this dissertation, all the synthetic procedures towards the target molecules as well as experimental conditions for the biophysical assays are thoroughly detailed.
Alois Alzheimer beschrieb 1907 erstmals die Symptome einer neurodegenerativen Erkrankung, die später nach ihm als Alzheimer-Krankheit (AD) benannt wurde. Obwohl mehrere Ansätze zur Bekämpfung dieser, mit einer der häufigsten neurodegenerativen Erkrankungen unserer Zeit entwickelt wurden, konnte eine erfolgreiche pharmakologische Behandlung, die die Schädigung und Zerstörung von Neuronen verlangsamt oder stoppt, noch nicht gefunden werden. Nur palliative Therapien kommen hierfür derzeit zum Einsatz.
Im Verlauf dieser Arbeit wird in Kapitel eins zunächst eine Einführung zur Alzheimer-Krankheit und die an dieser schrecklichen neurodegenerativen Erkrankung beteiligten Proteine gegeben sowie alle Prozesse, an denen diese beteiligt sind. Anschließend werden einige Richtlinien für Patienten und deren Familien zum Umgang mit der Krankheit gegeben. Im letzten Teil dieses Kapitels sind verschiedene Therapien zur Bekämpfung der erheblichen Schädigung der Neuronen beschrieben. Dabei bilden die Immuntherapie, der Eingriff in den APP-Prozess und die Methoden zur Modulation der Aggregation und des Abbaus von Aβ den notwendigen theoretischen Hintergrund zum Verständnis des Ziels dieser Arbeit. Die wichtigsten therapeutischen Ansätze zur Modulation von Aβ werden im letzten Abschnitt ausführlich erläutert wie unter anderem Aminopyrazole und künstliche Metalloproteasen.
Im ersten Abschnitt des dritten Kapitels wird ein Ansatz zur Unterbrechung der an ACH beteiligten Prozesse, der Aβ-Abspaltung von APP mit folgender Aβ-Aggregation, beschrieben. Neue künstliche Metalloproteasen wurden entworfen, synthetisiert und mit verschiedenen Techniken wie ThT-Fluoreszenz oder CD-Spektroskopie untersucht. Eine bahnbrechende MS-Methode (Proteomics) wurde verwendet, wobei induziert durch Metallproteasen, die Spaltung des Volllängen-Aβ-Proteins analysiert wurde.
Neue β-Sheet-Brecher gegen Proteinaggregation werden im zweiten Teil des dritten Kapitels behandelt. Die Synthese der Verbindungen ist in diesem Abschnitt detailliert beschrieben, ebenso wie die verschiedenen Techniken, die deren Fähigkeit LC und Aβ-Aggregation zu verhindern, nachweisen. Außergewöhnliche Bilder eines Aminopyrazol-Derivats, das die SAI-VL-Aggregation verändert, wurden mit der AFM-Technik aufgenommen.
Im Ausblick werden kommende Herausforderungen diskutiert und Möglichkeiten zur zukünftigen Verbesserung von Molekülen zur Verlangsamung der Proteinaggregation aufgezeigt.
Am Ende dieser Dissertation sind alle synthetischen Verfahren zur Darstellung der Zielmoleküle sowie die experimentellen Bedingungen der biophysikalischen Assays ausführlich beschrieben.