Glycosaminoglycans, heparin, oligosaccharide synthesis, compound library, method development
Discipline
Organic, Biomolecular, and Pharmaceutical Chemistry (Council of Physical Sciences)
100 %
Ortelius classification: Pharmaceutical chemistry
Panel
Chemistry 2
Department or equivalent
Institute of Organic Chemistry (Research Center of Natural Sciences)
Participants
Ágoston, Károly Csíki, Zsuzsánna Daragics, Katalin Jablonkai, István Jakab, Zsolt
Starting date
2010-09-01
Closing date
2014-08-31
Funding (in million HUF)
35.260
FTE (full time equivalent)
9.25
state
closed project
Summary in Hungarian
A heparin és a heparán szulfát rendkivül heterogén anionos poliszacharidok, amelyek igen sok alapvető biológiai funkcióban játszanak szerepet. Részvételük e biológiai folyamatokban különböző fehérjékkel, egyebek közt pl. növekedési faktorokkal, történő kölcsönhatásuknak tulajdonitható, e kölcsönhatások módositják e fehérjék biológiai funkcióit. A legtöbb esetben e kölcsönhatásokért nem a poliszacharid egésze, hanem annak kisebb oligoszacharid egységei a felelősek. A poliszacharidok komplex szerkezete és nagyfokú heterogenitása miatt azonban ezeknek az oligoszacharidoknak az azonositása igen nagy nehézségekbe ütközik. Pályázatunkban olyan új szintézismódszert kivánunk kidolgozni, amellyel nagyszámú, komplex heparin és heparán szulfát oligoszacharid állitható elő biológiai vizsgálatok céljára. Módszerünkkel mindössze néhány közös, ortogonálisan védett intermedierből megvalósithatő a hidroxil és aminocsoportok régioszelektiv szulfatálása. Igy pl. megoldhatóvá válik az összes, különféleképpen szulfatált heparin tetraszacharid (576 különböző vegyület) előállitása, mindössze 4 közös diszacharid (6 monoszacharid) épitőegységből. Az e célra szükséges ortogonális védőcsoportokat már azonositottuk, és a koncepció megvalósithatóságát modell tetraszacharidok szintézisével igazoltuk. A projekt során a koncepciót kivánjuk teljes mértékben kidolgozni, a célvegyületeket nagyobb mennyiségben előállitani, és vizsgálni a szintézisstratégia kiterjeszthetőségét magasabb tagszámu oligoszacharidokra. Az előállitott vegyülettárat biológiai vizsgálatokban kivánjuk hasznositani, hogy azonositsuk a heparin és a heparán szulfát véralvadásgátló, antitumor, antivirális, antiasztmatikus és gyulladásgátló hatásáért felelős szerkezeti egységeket, és ezáltal elősegitsük jól definiált szerkezetű, minimális mellékhatást mutató gyógyszerjelölt molekulák kifejlesztését.
Summary
Heparin and heparan sulphates are highly heterogeneous polyanionic polysaccharides involved in a large number of important biological functions mediated through interaction with a variety of proteins like signalling and growth factors. In most cases these glycan-protein interactions are accounted for by relatively small oligosaccharide subunits, however, the heterogeneity and complexity of the native polysaccharide makes identification of these structures most difficult. A new approach to construct libraries of diverse complex heparin and heparan sulphate structures for biological evaluation will be developed. A methodology based on a few common precursor blocks orthogonally protected to allow late regiospecific sulfation of all hydroxyl groups as well as amino groups present will be pursued. This will allow the construction of all possible heparin tetrasaccharide structures with all possible sulfation pattern (in all 576 structures) from only four tetrasaccharide intermediates, which themselves can be synthesized using four disaccharide building blocks which can be derived from six monosaccharide precursors. The large number of orthogonal protecting groups needed has been identified and the glycosylation methodologies required have been tested out in successful trial synthesis of model sulfated target tetrasaccharides. The methodology will now be implemented on a larger scale and expanded to larger structures. The libraries produced will be used to identify specific part structure of the heterogeneous heparin and heparan sulphate polysaccharides responsible for anticoagulant activity as well as anti-tumour, anti-viral, anti-inflammatory and anti-asthmatic effects, to facilitate development of well-defined drugs with minor side effects.
Final report
Results in Hungarian
Új, hatékony módszereket dolgoztunk ki heparin és heparán szulfát oligoszacharidok szintézisére.
1. Ortogonálisan védett heparin tetraszacharidot terveztünk amelyből megvalósítható az alapváz különböző szulfatált származékainak szintézise. E célból azonosítottuk a szükséges védőcsoportokat. Kidolgoztuk az e védőcsoportokat tartalmazó 6 mono- és 4 diszacharid építőegység szintézisét. A diszacharid építőegységekből megvalósítottuk mind a négy ortogonálisan védett tetraszacharid szintézisét. A koncepció használhatóságát azzal igazoltuk, hogy egy ortogonálisan védett tetraszacharidból négy különbözőképpen szulfatált heparin tetraszacharidot állítottunk elő.
2. A fenti koncepció alapján megvalósítottuk a fentinél nagyobb tagszámú tetra- helyett hexaszacharidok szintézisét. Nagy mennyiségben szintetizáltuk az ehhez szükséges diszacharid építőegységeket, majd ezekből egy ortogonálisan védett hexaszacharidot. Az ortogonálisan védett hexaszacharidból három különbözőképpen szulfatált hexaszacharidot állítottunk elő.
3. Az eredeti munkatervben szereplő legnagyobb méretet jelentő hexaszacharidokon túlmenően elvégeztük az azoknál nagyobb méretű védett oktaszacharid szintézisét is.
Results in English
New, effective methods were developed for the synthesis of heparin and heparan sulfate oligosaccharides
1. An orthogonally protected heparin tetrasaccharide was designed, from which a series of differentially sulfated forms of the carbohydrate backbone can be achieved. For this purpose a new set of orthogonal protecting groups was developed. The syntheses of the required 6 mono- and, from them, the 4 disaccharide building blocks bearing the orthogonal building blocks at the appropriate positions was accomplished. All four possible structural variants of the carbohydrate backbone has been synthesized from the above disaccharide building blocks. The viability of the approach was demonstrated by synthesizing 4 differently sulfated heparin tetrasaccharides from one of the orthogonally protected tetrasaccharides.
2. The same concept was extended to the synthesis of larger oligosaccharides (hexa- instead of tetrasaccharides). The disaccharide building blocks were synthesized in large amounts, and an orthogonally protected hexasaccharide was assembled from them. Three differently sulfated heparin hexasaccharides were prepared from this orthogonally protected derivative.
3. In addition to the hexasaccharides, proposed in the original work plan, an oligosaccharide of larger size (octasaccharide) have also been prepared in an orthogopnally protected form.
Jakab Zs; Fügedi P: Synthesis of heparin tetrasaccharides based on orthogonal protecting strategy. Towards understanding the specificity of heparin-protein interactions, 4th European Conference on Chemistry for Life Sciences, Book of Abstracts, 2011
Jakab Zs; Fügedi P:: The usefulness of orthogonal protecting group strategy: synthesis of four heparin tetrasaccharides from a single protected intermediate, 26th International Carbohydrate Symposium, Madrid, Spain, July 22-27, 2012. Abstract P072, 2012
Jakab Zs, Fügedi P: Heparin hexaszacharidok szintézise a tetraszacharidoknál bemutatott ortogonális védőcsoportstratégia alkalmazásával, MTA Szénhidrátkémiai, Nukleinsav és Antibiotikum Munkabizottság ülése, Debrecen, 2012 május 31-június 1.., 2012
Jakab Zs; Fügedi P: Synthesis of heparin oligosaccharides, 1. Zsolt Jakab, Péter Fügedi: Synthesis of heparin oligosaccharides Annual MTA Szénhidrátkémiai, Nukleinsav és Antibiotikum Munkabizottság ülése, Mátraháza, 2014. május, 2014
Jakab Zsolt; Kevin Sheerin; Stefan Oscarson; Péter Fügedi: Synthesis of Irish-Hungarian heparin tetrasaccharides. A further example of orthogonal protecting group strategy, MTA Szénhidrátkémiai, Nukleinsav és Antibiotikum Munkabizottság ülése, Mátrafüred, 2013
Károly Ágoston, Ágnes Ágoston, Péter Fügedi: Development of new sets of orthogonal protecting groups, MTA Szénhidrátkémiai, Nukleinsav és Antibiotikum Munkabizottság ülése, Mátrafüred, 2013
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Biomolekuláris Kémiai Intézet (MTA Kémiai Kutatóközpont), Új kutatóhely: Szerves Kémiai Intézet (MTA Kémiai Kutatóközpont).
