Protease Inhibitors as a Research Tool: Design, Synthesis and Evaluation of HIV PR and GCPII Inhibitors

Abstract

Hlavním cílem teto práce je příprava inhibitorů jako nástroje pro studium a potenciální zásah do procesů regulovaných proteasami. V této práci jsem se zaměřil na dvě významné proteasy: HIV protreasu (HIV PR), která hraje nepostradatelnou roli během dozrávaní virových částic, a glutamátkarboxypeptidasu II (GCPII), důležitý marker rakoviny nádorů prostaty. Racionální návrh inhibitorů medicínsky významných enzymů slouží hned dvěma účelům: za prvé, jak se ukázalo, jsou inhibitory účinnými virostatiky (HIV proteasa je pravděpodobně vůbec nejlepším příkladem úspěšného vývoje léčiv pomocí racionálního návrhu) a za druhé, - v kontextu této disertační práce pravděpodobně i důležitěji - inhibitory mohou sloužit též jako nástroje pro rozšifrování základních biologických otázek týkajících se regulace, načasování a časoprostorové kontroly takových zásadních procesů, jako je maturace virových částic či vznik rakovinových buněk. Proteasa viru lidské imunitní nedostatečnosti Virus lidské imunitní nedostatečnosti (HIV) způsobující AIDS zabil v průběhu posledních čtyř desetiletí vice než 40 milionů lidí, z čehož 1,5 milionu zemřelo jen v minulém roce. Nakažených pacientů je v současné chvíli více než 35 milionů a toto číslo se stále zvyšuje, zejména v méně rozvinutých zemích sub-saharské Afriky. Především kvůli...

This dissertation thesis focuses on creating tools for the analysis and potential therapeutic intervention in the biological processes regulated by proteolysis. I focus on two important proteolytic enzymes: HIV-1 protease, which is indispensable for the polyprotein processing of the nascent virus and thus for the development of infectious viral particle, and glutamate carboxypeptidase II, a tumor marker and a neuropeptidase from the prostate and central nervous system. Rational design of inhibitors of these therapeutically relevant enzymes serves two purposes: firstly, protease inhibitors were shown to be powerful drugs (HIV protease is in fact the example of successful drug development driven by structural biology). Secondly, and in the context of this thesis perhaps more importantly, inhibitors of medicinally relevant proteases might serve as tools for the elucidation of basic biological questions concerning regulation, timing and spatiotemporal control of such key processes as virus maturation or cancer development. The experimental work described in this thesis summarizes my results in both these areas. Human Immunodeficiency Virus Protease Human immunodeficiency virus (HIV), a causative agent of AIDS, has been estimated to kill close to 40 million people during the past four decades with 1.5...