Organic, Biomolecular, and Pharmaceutical Chemistry (Council of Physical Sciences)
70 %
Ortelius classification: Pharmaceutical chemistry
Biochemistry and molecular mechanisms of signal transduction (Council of Medical and Biological Sciences)
30 %
Panel
Chemistry 2
Department or equivalent
Institute of Chemistry (Eötvös Loránd University)
Starting date
2010-10-01
Closing date
2013-09-30
Funding (in million HUF)
7.288
FTE (full time equivalent)
2.39
state
closed project
Summary in Hungarian
A kalpain enzimek funkciójának vizsgálata, és fokozott mértékű aktiválódásuk okozta káros hatások sikeres kivédése nagy szelektivitással rendelkező inhibitorok használatát igényli. Jelen kutatás célja a kalpainok hasítási helyeinek vizsgálatával nyert szubsztrát szekvenciát, TPLKSPPPSPR (1), felhasználva, nagy specifitású kalpain inhibitorok tervezése, szintézise és funkcionális jellemzése. Ketometilén, aza- illetve, epoxiszukcinil-peptid származékok szintézisét tervezem. Az azonos aminosavszekvenciát, de különböző funkciós csoportot tartalmazó vegyületek inhibitor sajátságának összehasonlító vizsgálata alapján olyan szerkezet-hatás összefüggések megállapítását tervezem, amelyek hozzájárulhatnak új, hatékony peptid-alapú inhibitorok kialakításához. Az inhibitor tulajdonsággal rendelkező vegyületek esetében elő kívánom állítani ezen vegyületek új, sejtpenetráló-peptidet tartalmazó konjugátumait. A kutatás eredményeként olyan eddig nem ismert, nagy szelektivitással rendelkező sejtpermeábilis kalpain inhibitor(ok) kifejlesztését várom, mely(ek) felhasználható(ak) a kalpainok sejten belüli funkcionális vizsgálatában. Ezen új sejtpermeabilis inhibitorok használata lehetővé teheti a kalpainokkal kapcsolatos eddigi ismereteink bővítését és új, eddig nem ismert funkciók feltárását. Az eredmények alapját képezhetik számos, kalpain túlműködéshez kapcsolódó betegség kezelésére alkalmas új gyógyszercsalád(ok) kifejlesztésének. 1. Tompa, P., et al. 2004, J. Biol. Chem. 279, 20775.
Summary
To study the function of calpain enzymes and to ward off successfully their over-activation caused damages require the development of selective inhibitors. The aims of this project are to design, synthesis and characterize the new specific inhibitors based on the substrate sequence, TPLKSPPPSPR (1), originated from the studies on the calpain cleavage sites. I will prepare and characterize ketomethylene, aza- as well as epoxysuccinyl-peptide derivatives. The comparative analysis of inhibitory properties of the compounds containing the same peptide sequence, but different functions could result in the establishment of structure-function relationship. This could contribute to the synthesis of improve new inhibitors with improved properties. Compounds with marked inhibitory effect will be conjugated with cell-penetrating peptide(s) and studied for intracellular inhibitory properties. The expected result of the project is the development of new, selective cell-permeable calpain inhibitor(s), which can be used for intracellular functional studies of calpains. Using these new and selective calpain inhibitors, we can improve our knowledge about the role of calpains within the cell. The results may serve as a basis also for developing new drugs against the diseases are caused by calpain overactivation. 1. Tompa, P., et al. 2004, J. Biol. Chem. 279, 20775.
Final report
Results in Hungarian
A kalpain enzimek intracelluláris cisztein proteázok, melyek működési zavara betegségek kialakulásához vezethet. A túlaktiválódott kalpain tt szerepet játszik neurodegeneratív betegségekben, mint az Alzheimer-, a Huntington-kór. A kutatás során sikerült új, hatékony kalpain inhibitorokat előállítanunk, azon elképzelés alapján, hogy egy jó szubsztrát molekulát (TPLKSPPPSPR) a hasítási helyen módosítva inhibitor molekulává lehet alakítani. Módosításként a hasítási helyen található lizin aminosavat azaglicinre vagy transz-epoxiszukcinil-csoportra cseréltük. Mindkét esetben kaptunk hatékony kalpain inhibitorokat, melyek között voltak kalpain szelektívek, és m- vagy µ-kalpain szelektívek is. A peptid hosszának és aminosav összetételének változtatásával szerkezet-hatás összefüggéseket is sikerült megállapítanunk. Vizsgáltunk ketometilén analógokat is, melyekben a lizin és szerin között lévő amidkötés NH-csoportját metilén-csoportra cseréltük, valamint a szerint is helyettesítettük glicinnel. Egyik ilyen analóg sem gátolta a kalpain enzimeket.
A hatékony inhibitor molekulákból előállított, oktaarginint mint sejtpenetráló peptidet tartalmazó konjugátumok megőrizték kalpain gátló képességüket, sőt néha hatékonyabbak is voltak az eredeti molekulánál. A konjugátumok nagyobb koncentrációban jelentős sejtbejutást mutattak, szemben az inhibitor molekulákkal.
Results in English
Calpains are intracellular cysteine proteases. Disorder in their function may play role in diseases. The over-activation of calpains could be associated with pathogenesis of a wide range of disorders (Alzheimer’s, Huntington’s, and Parkinson’s diseases). We prepared new and effective inhibitors based on the theory that modification of a good substrate molecule (TPLKSPPPSPR) at the cleavage site may result in inhibitory compound. The sequence of substrate peptide was modified by the substitution of lysine residue with azaglycine or trans-epoxysuccinic group. Both modification resulted in effective inhibitors some of them had only calpain selectivity, whereas other had m- or µ-calpain selectivity too. We got several structure–activity relationship data by variation of the length of peptide chain and the amino acids at different positions. Ketomethylene analogs were also prepared. In these molecules the NH group of amide bond between Lys and Ser was replaced by methylene group, and the Ser was also replaced with glycine. None of these analogs could inhibit calpains.
Conjugates of effective inhibitors with octaarginine as cell-penetrating peptide retained the activity of inhibitors, moreover in some cases they were more active than the original inhibitors. The internalization ability of conjugates was better at higher concentration than of inhibitor molecules.
Bánóczi Z; Tantos A; Farkas A; Majer, Zs; Dókus LE; Tompa P; Hudecz F: New m-calpain substrate-based azapeptide inhibitors., J. Pept. Sci., 19, 370-376, 2013
Bánóczi Z: Gyógyulást hordozó peptidek., Természet Világa, 144, 346-349., 2013
Bánóczi Z; Dókus E.L; Tantos Á; Tompa P; Friedrich P; Hudecz F: Azapeptide calpain inhibitors, In: Peptides 2012: Proceedings of the 32nd European Peptide Symphosium (Ed.:Kokotos G, Constantinou-Kokotou V, Matsoukas J) , European Peptide Society, p. 100-101., 2012
Bánóczi Z; Dókus E.L; Tantos Á; Hudecz F: Azaamniosavat és epoxiszukcinil-csoportot tartalmazó kalpain inhibitorok., MKE Vegyészkonferencia, p. 35, 2013
Dókus E. L; Tantos Á; Bánóczi Z; Hudecz F: Epoxysuccinyl based calpain inhibitors: structure and activity., 5th European Conference on Chemistry for Life Sciences, (abstract book) p. 101,, 2013
Bánóczi Z; Dókus E. L; Tantos Á; Tőke O;, Majer Zs; Tompa P; Friedrich P; Hudecz F: Azapeptide and epoxysuccinyl-peptide analogues as new calpain inhibitors., 4th European Conference on Chemistry for Life Sciences, (abstract book) p. 301, 2011
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: MTA-ELTE Peptidkémiai Kutatócsoport (Eötvös Loránd Tudományegyetem), Új kutatóhely: Kémiai Intézet (Eötvös Loránd Tudományegyetem).
