Studying the interaction of small molecular compounds with proteins is a major part of modern bioorganic and medicinal chemistry. Most marketed drugs target specific proteins to generate their desired biological effect, so understanding the exact mode of action and having detailed information on off-target reactivity and enzymatic metabolism are crucial for any new pharmaceuticals. The development of activity-based protein profiling (ABPP) that utilizes probes tailored to display the same protein binding behaviour as the studied drug, while allowing late-stage detectability, introduced a new layer of complexity to the field. Combination with high resolution mass spectrometry leads to robust identification of target proteins. This work presents two projects, in which ABPP was successfully used to identify drug-protein interactions. In the first chapter, natural product-derived aminoepoxycyclohexenones were found to selectively target the human Parkinson disease protein 7 (DJ-1). Detailed enzymatic studies revealed a redox-dependent binding mechanism to the active-site cysteine of DJ-1. Most importantly, ABPP proved to be an excellent tool to monitor changes of the protein’s oxidation state in live cells. As DJ-1 plays a major role in cellular oxidative stress response, these findings are of high value in the field of biomarker development. The second project focused on revealing the off-target reactivity of the marketed monoamine oxidase inhibitor tranylcypromine. The drug proved to have high covalent reactivity towards many proteins. Further ABPP studies also revealed strong accumulation of tranylcypromine in lysosomes, which was additionally confirmed by fluorescence microscopy. This effect was successfully attenuated by the co-administration of lysosomotropic compounds chloroquine and tamoxifen.     «

Studying the interaction of small molecular compounds with proteins is a major part of modern bioorganic and medicinal chemistry. Most marketed drugs target specific proteins to generate their desired biological effect, so understanding the exact mode of action and having detailed information on off-target reactivity and enzymatic metabolism are crucial for any new pharmaceuticals. The development of activity-based protein profiling (ABPP) that utilizes probes tailored to display the same prot...     »

Die Erforschung der Wechselwirkung von niedermolekularen Verbindungen und Proteinen ist ein wichtiger Bestandteil der modernen bioorganischen und medizinischen Chemie. Die meisten auf dem Markt erhältlichen Medikamente zielen auf bestimmte Proteine ab, um ihre gewünschte biologische Wirkung zu erzielen. Daher sind das Verständnis der genauen Wirkungsweise und detaillierte Informationen über Nebenreaktionen und den enzymatischen Metabolismus für jedes neue Arzneimittel von entscheidender Bedeutung. Die Entwicklung des aktivitätsbasierten Protein-Profilings (ABPP), bei der Sonden verwendet werden, die so konzipiert sind, dass sie dasselbe Proteinbindungsverhalten wie das untersuchte Medikament zeigen und gleichzeitig eine Nachweisbarkeit im Verlauf des Experiments ermöglichen, eröffnete neue Möglichkeiten auf diesem Feld. Die Kombination mit hochauflösender Massenspektrometrie führt zu einer robusten Identifizierung von Zielproteinen. In dieser Arbeit werden zwei Projekte vorgestellt, in denen ABPP erfolgreich zur Identifizierung von Molekül-Protein-Interaktionen eingesetzt wurde. Im ersten Projekt wurde gezeigt, dass von Naturstoffen abgeleitete Aminoepoxy-cyclohexenone selektiv das menschliche Parkinson-Protein 7 (DJ-1) binden. Detaillierte enzymatische Studien zeigten einen Redox-abhängigen Bindungsmechanismus an das Cystein im aktiven Zentrum von DJ-1. Vor allem aber erwies sich ABPP als ausgezeichnetes Instrument zur Darstellung von Änderungen des Oxidationszustandes des Proteins in lebenden Zellen. Da DJ-1 eine wichtige Rolle in der zellulären oxidativen Stressantwort spielt, sind diese Ergebnisse von hohem Wert auf dem Gebiet der Biomarker-Entwicklung. Das zweite Projekt konzentrierte sich auf die Aufklärung von unerwünschter Reaktivität des vermarkteten Monoaminoxidase-Inhibitors Tranylcypromin. Das Medikament zeigte in hohem Maße kovalente Proteinbindung. Weitere ABPP-Studien zeigten außerdem eine starke Anreicherung von Tranylcypromin in Lysosomen; dies konnte zusätzlich durch Fluoreszenzmikroskopie bestätigt werden. Die Anreicherung wurde durch die gemeinsame Verabreichung der lysosomotropen Verbindungen Chloroquin und Tamoxifen erfolgreich abgeschwächt.     «

Die Erforschung der Wechselwirkung von niedermolekularen Verbindungen und Proteinen ist ein wichtiger Bestandteil der modernen bioorganischen und medizinischen Chemie. Die meisten auf dem Markt erhältlichen Medikamente zielen auf bestimmte Proteine ab, um ihre gewünschte biologische Wirkung zu erzielen. Daher sind das Verständnis der genauen Wirkungsweise und detaillierte Informationen über Nebenreaktionen und den enzymatischen Metabolismus für jedes neue Arzneimittel von entscheidender Bedeutun...     »