Synthesis and characterization of binding ligands for the study of targeted lysosomal protein degradation

Abstract

Targeted protein degradation is a novel concept of chemical biology that has been formulated about 20 years ago. Its central postulate is based on the fact that instead of suppressing protein activity with low-molecular inhibitors, we can instead use molecular tools to hijack the host organism's own degradation pathways and force it to degrade chosen proteins by itself. This diploma thesis revolves around the preparation of biocompatible polymeric conjugates called "iBodies" that will be used to induce targeted lysosomal degradation of two model enzymes - Fibroblast activation protein α, and Glutamate carboxypeptidase II. First, a total of four low-molecular ligands were prepared and fully characterized by standard methods of organic synthesis. The first two are mannose-6-phosphonate derivatives that serve as the inducers of protein degradation via the cellular endosomal-lysosomal degradation pathway. The remaining two are known potent inhibitors of the chosen model enzymes that will serve as their targeting-ligands. The prepared compounds were then used to prepare a total of eight poly-N-(2-hydroxypropyl)methacrylamide conjugates called iBodies, after which the polymeric conjugates were fully characterized by standard means of macromolecular chemistry. Afterwards, the obtained conjugates will be...

Cílená degradace proteinů je novým konceptem chemické biologie, jehož základy byly položeny zhruba před 20 lety. Ústřední myšlenka konceptu spočívá v tom, že namísto potlačování aktivity vybraných proteinů pomocí jejich nízkomolekulárních inhibitorů můžeme sestrojit molekulární nástroje, kterými hostitelský organismus dokážeme donutit ke zničení těchto cílových proteinů prostřednictvím jeho přirozených degradačních drah. Tato diplomová práce se zabývá přípravou biokompatibilních polymerních konjugátů zvaných "iBodies", které budou použity pro indukci cílené lysosomární degradace dvou modelových enzymů, fibroblastového aktivačního proteinu α a glutamátkarboxypeptidasy II. V rámci této práce byly standardními metodami organické syntézy připraveny a následně plně charakterizovány celkem čtyři nízkomolekulární ligandy. První dva jsou deriváty mannosa-6-fosfonátu, které slouží jako spouštěče degradace proteinů skrze buněčnou endosomální-lysosomální degradační dráhu. Zbylé dva jsou známými a potentními inhibitory vybraných modelových enzymů, které budou v rámci této práce využity jako cílící ligandy. Připravené sloučeniny byly následně použity pro syntézu celkem osmi poly-N-(2- hydroxypropyl)methakrylamidových konjugátů zvaných iBodies. Tyto polymerní konjugáty byly následně plně charakterizovány...