Inhibition of protein-nucleic acid interactions mediated by viral and bacterial proteins via fragments and peptides

Abstract

Some infectious diseases can be still challenging for the entire population because sometimes no specific medication is available. One opportunity is addressing new target modalities to inhibit viral and bacterial proteins. Important approaches in this regard are protein-nucleic acid interactions, on which many pathogenic processes rely. Intervening in and inhibiting these interactions can be particularly challenging, as the targets as well as the interactions are often not sufficiently understood. The latency-associated nuclear antigen (LANA) is the major factor in the latent persistence of the Kaposi's sarcoma-associated herpesvirus (KSHV). In this thesis, a simple method to express a LANA mutant is described. In addition, a functional fluorescence polarization assay was established to test inhibitors generated from a fragment-based approach for LANA-DNA interaction inhibition. Another target is the RNA-binding, post-transcriptional carbon storage regulator A (CsrA), which is highly conserved in many bacterial species. Using a self-designed peptide library, a cloning method and a phage display specialized for CsrA were successfully developed. This led to a first hit, a disulfide-cyclized heptapeptide as a highly potent CsrA-RNA inhibitor. Using fluorescence polarization assay, structure-activity relationships of this hit were further explored. Also, redox-stable triazole-bridged disulfide peptide mimetics, which can inhibit the CsrA-RNA interaction from various bacterial species, were generated.

Einige Infektionskrankheiten stellen nach wie vor eine große Herausforderung für die gesamte Bevölkerung dar, weil oft keine gezielte Medikation verfügbar ist. Eine Chance besteht in der Adressierung neuer Targetmodalitäten zur Hemmung viraler und bakterieller Proteine. Wichtige Ansätze hierfür sind Protein-Nukleinsäure-Interaktionen, auf welchen zahlreichen krankmachende Prozessen beruhen. Besonders herausfordernd ist es, in diese Interaktionen einzugreifen und diese zu hemmen, da die Targets als auch die Interaktionen häufig nicht hinreichend erforscht sind. Das latenz-assoziierte nukleäre Antigen (LANA) ist der Hauptfaktor für die latente Persistenz des Kaposi’s Sarkom-assoziierten Herpesvirus (KSHV). In dieser Arbeit wird eine einfache Methode beschrieben, wie ein LANA-Mutant exprimiert werden kann. Außerdem wurde ein funktionaler Fluoreszenzpolarisations-Assay etabliert, mit welchem Inhibitoren, die aus einem Fragment-basierten Ansatz entstanden sind, auf LANA-DNA-Interaktions-Hemmung geprüft wurden. Ein weiteres Target ist der RNA-bindende, post-transkriptionelle carbon storage regulator A (CsrA), welcher hochkonserviert in vielen Bakterienspezies vorkommt. Mittels einer selbst designten Peptidbibliothek konnte erfolgreich eine Klonierungsmethode und ein auf CsrA spezialisiertes Phagen-Display entwickelt werden. Dies führte zu einem ersten Hit, einem disulfidzylisierten Heptapeptid als hochpotenter CsrA-RNA-Inhibitor. Mittels Fluoreszenzpolarisations-Assay wurden Struktur-Aktivitätsbeziehungen dieses Hits weiter vertieft. Auch redoxstabile Triazol-verbrückte Disulfid-Peptid-Mimetika, welche die CsrA-RNA-Interaktion verschiedener Bakterienspezies hemmen, wurden generiert.