Development of small molecule inhibitors for prolyl oligopeptidase

Abstract

The subject of this thesis work was prolyl oligopeptidase inhibitors. The aim was to prepare a series of syntheses that would result in a number of different final products with basic function. The thesis work was commissioned by the University of Antwerp, the Department of Medicinal Chemistry.

Prolyl oligopeptidase is a serine protease. It is specialised in hydrolysing peptide bonds with proteins that have a proline ring. This function is important because it means prolyl oligopeptidase can participate in the degradation of neuropeptides. Many neuropeptides contain a proline ring because it protects them from most enzymes.

This means that prolyl oligopeptidase might have an important role in neurological diseases. The studies have shown that there is a connection between prolyl oligopeptidase and learning and memory disorders such as Alzheimer’s disease.

Therefore, the inhibitors of prolyl oligopeptidase could be a base for new drugs in treating these diseases. Some studies imply that the enzyme activity is increased correlating with the disease. The inhibition of prolyl oligopeptidase could be a part of the cure for the disease. There has been an ongoing project at the University of Antwerp for producing new prolyl oligopeptidase inhibitors for a few years. In this thesis work the focus is on inhibitors with basic decorating substituents.

The process of producing a new inhibitor molecule takes all in all a nine-step synthesis. The first eight steps are for building up a scaffold and in the ninth step the decorating group is added. The final products are analysed by mass spectrometry, NMR and HPLC.

All the desired products could be produced and purified. Unfortunately there was not enough time to perform testing of inhibitor activity. In that sense the work still needs to be continued.

Työn tarkoituksena oli valmistaa inhibiittoreita prolyylioligopeptidaasille. Prolyylioligopeptidaasi on seriiniproteaasi, joka on erikoistunut pilkkomaan pienikokoisia peptidejä, joissa on proliinirengas. Ihmisellä prolyylioligopeptidaasia esiintyy ympäri kehoa, mutta erityisesti sen sijainti aivoissa on terveydelle tärkeä. Prolyylioligopeptidaasi on yksi niistä entsyymeistä, joka voi osallistua neuropeptidien hajoittamiseen.

Tämä ominaisuus tekee siitä tärkeän aivojen toimintaan liittyvien sairauksien hoidossa. Prolyylioligopeptidaasilla on havaittu yhteys muun muassa Alzheimerin tautiin sekä kaksisuuntaiseen mielialahäiriöön. Prolyylioligopeptidaasin toimintamekanismi näissä sekä muissa sairauksissa ei ole vielä täysin selvitetty, mutta tutkimuksia tehdään koko ajan.

Vaikka toimintamekanismia ei ole vielä selvitetty, on kuitenkin kannattavaa ryhtyä etsimään tehokkaita inhibiittoreita prolyylioligopeptidaasille. Entsyymin aktiivisuuden lisääntymisellä ja esimerkiksi Alzheimerin taudilla on havaittu korrelaatio. Tehokas inhibiittori voisi olla osana taudin hoidossa. Tätä työtä on tehty Antwerpenin yliopiston lääkekemian laitoksella jo useamman vuoden ajan. Tässä opinnäytetyössä on keskitytty erityisesti emäksisillä ominaisuuksilla varustettujen inhibiittorien valmistukseen.

Inhibiittoreita valmistettiin yhteensä viisi kappaletta. Koko prosessi oli yhteensä yhdeksänvaiheinen synteesi, jossa kahdeksan vaihetta tarvittiin rungon valmistukseen ja viimeisessä vaiheessa lisättiin molekyylit toisistaan erottava funktionaalinen ryhmä.

Lopputuotteet analysoitiin massaspektrometrillä, NMR:llä sekä HPLC:llä. Kaikkien suunniteltujen lopputuotteiden valmistuksessa onnistuttiin. Lopputuotteiden inhibitiotehoa ei ehditty kuitenkaan analysoimaan, joten siinä mielessä työtä on vielä jatkettava.