Volker Börner

Einfluß von Strukturparametern auf die Interaktion von Aminosäure- und Peptidderivaten mit dem intestinalen H+/Peptidsymporter PEPT1

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) vorgelegt an der Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 28.02.2002

Abstract
Seit längerem ist bekannt, daß es für die Absorption von Di- und Tripeptiden spezielle Transportsysteme im Darm und der Niere gibt. Von speziellem Interesse für die vorliegende Arbeit war der intestinale tertiär-aktive H+/Peptidsymporter. Bei PEPT1 handelt es sich um einen Transporter vom "low affinity, high capacity"-Typ, der neben Di- und Tripeptiden auch -Lactamantibiotika akzeptiert.
Die daraus resultierende strukturelle Vielfalt deutet darauf hin, daß der Transporter eine breite Substratspezifität besitzt und somit für eine orale Applikation niedermolekularer Pharmaka mit peptidischer Grundstruktur genutzt werden könnte.
Die Zielstellung der Arbeit war es, durch die systematische Untersuchung einer breiten Palette strukturmodifizierter Aminosäure- und Peptidderivate, die strukturellen Erfordernisse für den aktiven Transport dieser Verbindungen zu charakterisieren. In Kompensationsexperimenten wurden dazu mit Hilfe der humanen Colon-carcinomzelllinie Caco-2 die IC50- bzw. die KI-Werte bestimmt. Mit der sich anschließenden Struktur-Wirkungs-Analyse sollte des weiteren die Substrat- bzw. die Peptid-Target-Strukturen optimiert werden.
Trotz einiger Widersprüche zeigten diese Untersuchungen das folgende strukturelle Anforderungen an hochaffine Dipeptidsubstrate für PEPT1 gestellt werden müssen:
* freier N- und C-Terminus
* Blockierung der Seitenkettenfunktion bei trifunktionellen Aminosäuren
* L-Konfiguration der Aminosäurebausteine in N- und C-terminaler Position
* Lokalisation der N-terminalen Aminogruppe in -Position
Des weiteren konnte gezeigt werden, daß Aminsäurearylamide die kleinsten akzeptierten Einheiten darstellen und das eine Peptidbindung kein essentielles Strukturelement für eine Substarterkennung ist.

The oligopeptide transporter PEPT1, which is located in the intestinal brush border membrane, provides a major mechanism for protein absorption in the human intestine. Considering not only the nutritional importance of PEPT1, but also its pharmacological relevance for oral availability of peptidomimetics, structural information about substrate-protein interaction are highly relevant for future rational design of orally active peptide mimetics.
We investigate the structural requirements for substrates, mainly of dipeptide, dipeptide- and amino acid derivatives, to be accepted by the peptide transport system.
This transporter has been extensively studied with the human intestinal cell line Caco-2, who expressing the transportprotein spontaneously. Several amino acid amides were able to inhibit the uptake of [14C]glycylsarcosine in Caco-2 cells like natural peptides.
We conclude that the intestinal H+/peptide cotransport system PEPT1 accepts different amino acid aryl amides as substrates. The affinity of dipeptide- and dipetide derivatives is dependent on a free -amino-group and a free C-terminal carboxylic group, on stereospecificity and a hydrophobic side chain protecting group. Furthermore we have shown that a peptide bond is not an essential structural requirement.

Keywords:
Peptidtransporter; PEPT1; Aminosäure Derivate; Peptide; Caco-2

Intestinal peptide transport; PEPT1; Caco-2 cells; amino acid amide

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Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis, Abkürzungsverzeichnis (II-IV)
1. Einleitung und Zielstellung (1)
2. Theoretischer Teil (2-9)
3. Material und Methoden (9-12)
3. Ergebnisse (13-51)
4. Zusammenfassung (52-54)
5. Experimenteller Teil (55-73)
6. Literaturverzeichnis (74-84)
Anhang (85-104)