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Zur Behandlung der Infektionskrankheit Malaria sind nur wenige Arzneimittel erhältlich. Auf Grund zunehmender Resistenzentwicklung gegen diese Substanzen, ist es unabdingbar neue Zielstrukturen für künftige Wirkstoffentwicklung zu identifizieren. Wird ein Erythrozyt von einem Malariaparasiten infiziert, bilden sich die so genannten Novel Permeation Pathways bzw. New Permeability Pathways (NPP)in der Membran des Erythrozyten aus und machen diese durchlässig für verschiedene Substanzen. Die molekulare Identität der NPP ist noch nicht aufgeklärt. Allerdings könnten sie als neue Zielstruktur in der Arzneistoffentwicklung dienen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden neue Inhibitoren der NPP in P. falciparum infizierten Erythrozyten designt, synthetisiert und im iso-osmotischen Hämolyseassay getestet. Diese Substanzen können in drei Klassen eingeteilt werden: Biotin-, 2-Aminobenzoesäure- und Thiazolidin-2,4-dionderivate. Besonders die Aktivität der Thiazolidin-2,4-dionderivate zeigte sich vergleichbar mit den besten bisher bekannten Inhibitoren der NPP (z.B. NPPB). Jedoch führte jede Substanzklasse zu neuen Erkenntnissen über die NPP und den Einfluss verschiedener funktioneller Gruppen auf die NPP-Inhibition. Einige Verbindungen wurden konzipiert fluoreszierende Funktionalitäten zu tragen. Ihre Aufnahme in den infizierten Erythrozyten und ihre Verteilung in den einzelnen Kompartimenten konnte daher fluoreszenzmikroskopisch verfolgt werden. Die in dieser Arbeit aufgezeigten Syntheserouten ermöglichen eine schnelle Darstellung weiterer aktiver Derivate. Die hergestellten Verbindungen können für weitere Charakterisierung der molekularen Identität der NPP genutzt werden., Against the infectious disease malaria only a very limited number of active agents is available. Growing resistances against these substances urge the need to identify new targets for potential drug-candidates. When a red blood cell (RBC) is infected by a malaria-parasite so called New Permeability Pathways or Novel Permeation Pathways (NPP) are created within the RBC’s membrane and make it permeable to various substances. The molecular structure of the NPP has not yet been identified, but might serve as a new target in drug-discovery. Within this thesis new inhibitors of the NPP of RBCs infected with Plasmodium falciparum were designed, synthesized and tested in the iso-osmotic haemolysis assay. These substances can be categorised into three different classes: Derivatives of biotin, 2-aminobenzoic acid and thiazolidin-2,4-dione. Especially the activity of the thiazolidin-2,4-dione-derivatives proofed to be comparable to the best yet known inhibitors of the NPP (e.g. NPPB). However, each class helped acquire more knowledge about the NPP and the influence of different moieties on NPP-inhibition. Several compounds were designed carrying a fluorescent motive. Their uptake and distribution inside the infected RBCs could therefore be monitored by fluorescence microscopy. The synthesis routes described in this thesis will allow quick access to additional active derivatives. The synthesized compounds can be used for further identification of the molecular structure of the NPP.

Apicomplexan parasites are the reason for some severe diseases in mankind such as malaria or toxoplasmosis. For malaria infections the medical options are running shorter due to resistances. A cure for latent toxoplasmosis is not available yet. Thus, the need for new drugs against new targets is urgent. The first part of the thesis is about the development of compounds with inhibitory activity towards the apicomplexan ferredoxin-ferredoxin-NADP(H)-reductase system. This redox-system is essential in apicomplexan parasites like Plasmodium and Toxoplasma and seems to be a promising drug target. 83 compounds out of six structural classes were synthesized and their and the activity of 42 other compounds against Toxoplasma gondii Ferredoxin-NADP(H)-reductase was measured in a photometric enzyme-assay. Chosen compounds were also measured in a lactate-dehydrogenase assay against P. falc. in a cell-based assay. Promising structural classes are benzothiazole-derivatetives and thiazolidinone-derivatives, which were derived from a herbizide structure. The measurement of these compounds were able to give us a hint about structure-activity-relationships. As a complete new active class of inhibitory molecules propagylic alkohols were found. The second part of the thesis is about addressing a host target to fight viral diseases. Viruses like the Ebola Virus use the eukaryotic translational system to replicate itself. Silvestrol is a natural compound that inhibits the eukaryotic initiation factor 4A (eIF4A). Computer-supported we designed and subsequently synthesised 43 compounds out of four structural classes which were measured in a cell-based assay for their activity against eIF4A. Triazine derivatives were able to inhibit eIF4A in micromolar range, hydantoine derivates were found as activators of eIF4A – just like isosorbide-derivatives. The third part is about targeting RNase P a bacterial enzyme involved in tRNA maturation. Addressing this enzyme with an inhibitor successfully would give us a new class of antibiotics, that is so urgently needed. We were able to synthesise diacylthiosemicarbazides and diacylsemicarbazides to check their inhibitory activity., Parasiten der Gattung Apicomplexa verursachen einige schwerwiegende Erkrankungen des Menschen. Darunter findet sich das Malariafieber sowie die Toxoplasmose. Die Behandlung einer Malariaerkrankung wird auf Grund aufkommender Resistenzen immer schwieriger. Eine Toxoplasmose kann derzeit nur in ihrer akuten Form behandelt werden, eine Behandlung der latenten Toxoplasmose ist noch immer nicht möglich. Dies zeigt auf, dass neue Arzneistoffe gegen neue Targets dringend benötigt werden. Der erste Teil der Doktorarbeit umfasst die Entwicklung von potentiellen Inhibitoren des apicoplastären Ferredoxin-Fereoxin-NADP(H)-Reduktase-Systems. Dieses Redox-System ist essentiell für Apicomplexa wie Plasmodium und Toxoplasma und scheint ein vielversprechendes Zielenzym zu sein. Es wurden 83 Verbindungen aus sechs Strukturklassen synthetisiert und auf ihre Aktivität, sowie die Aktivität von 42 weiteren Verbindungen gegen Toxoplasma gondii Ferredoxin-NADP(H)-Reduktase in einem photometrischen Enzymassay gemessen. Ausgesuchte Verbindungen wurden weiterhin in einem Lactat-Dehydrogenase-Assay auf ihre Aktivität gegenüber P. falc. gemessen. Vielversprechende Verbindungsklassen stellten Benzothiazolderivate und Thiazolidinonderivate dar, die von einer Herbizidstruktur abgeleitet wurden. Die Messung der Aktivität dieser Verbindungen konnte uns einen Einblick in Struktur-Wirkungs-Beziehungen geben. Propargylalkohole konnten als neue Substanzklasse mit inhibitorischer Aktivität identifiziert werden. Der zweite Teil der Doktorarbeit handelt von der Adressierung eines Wirtstargets zur Bekämpfung viraler Erkrankungen. Viren wie zum Beispiel das Ebola-Virus nutzen das eukaryontische Translationssystems um sich zu replizieren. Der Naturstoff Silvestrol inhibiert den eukaryontischen Initiationsfaktor 4A (eIF4A). Computer-unterstützt konnten wir Verbindungen gezielt gegen eIF4A entwerfen und 43 Verbindungen aus vier Strukturklassen synthetisieren sowie auf ihre Aktivität in einem Zell-basierten Assay gegen eIF4A messen. Triazinderivate konnten eIF4A im mikromolaren Konzentrationsbereich inhibieren, Hydantoinderivate und Isosorbidderivate erhöhten die (eIF4A-abhängige) Translationseffizienz. Der dritte und letzte Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Adressierung von RNase P, einem bakteriellen Enzym, welches in die tRNA-Reifung involviert ist. Eine erfolgreiche Adressierung dieses Enzyms gäbe uns eine ganz neue Klasse von Antibiotika, die auf Grund steigender Resistenzen dringend benötigt wird. Wir konnten Diacylthiosemicarbazide und Diacylsemicarbazide synthetisieren und auf ihre Aktivität gegen RNase P testen.

Malaria ist weltweit eine der bedeutendsten parasitären Erkrankungen, die unbehandelt zum Tod führen kann. Hervorgerufen wird sie durch Parasiten der Gattung Plasmodium. Der Erkrankung steht lediglich eine begrenzte Anzahl an wirksamen Medikamenten entgegen, deren Anwendungsbereiche durch Nebenwirkungen und Resistenzen weiter eingeschränkt werden. Mit der Entdeckung des parasitären Apikoplasten, einem speziellen Organell, das im evolutionären Verlauf durch sekundäre Endosymbiose aus einer Rotalge entstanden ist, erschlossen sich neue potentielle Angriffspunkte für die Malariatherapie mit Antibiotika. Diese zielen auf die housekeeping-Funktionen des Apikoplasten ab, welche für das Überleben des Parasiten essentiell sind. Viele Antibiotika zeigen einen verzögerten Wirktyp, den delayed death effect. Eines der möglichen Targets innerhalb des Apikoplasten ist die Peptiddeformylase, eine Metalloprotease, welche die hydrolytische Abspaltung des Formylrestes von Formylmethionin katalysiert. In einer vorhergehenden Arbeit konnten durch ein virtuelles Screening der ZINC-Datenbank drei Substanzen identifiziert werden, die IC50-Werte gegen den multiresistenten Dd2-Stamm von P. falciparum im nanomolaren Bereich aufweisen. Basierend auf den gefundenen Wirkstoffen werden im Rahmen der vorliegenden Arbeit neu synthetisierte Verbindungen vorgestellt und Struktur-Wirkungs-Beziehungen abgeleitet. In diesem Zusammenhang wird zum einen untersucht, welchen Einfluss verschiedene funktionelle Gruppe auf die antiplasmodiale Wirksamkeit haben, zum anderen, wie sich die Verlängerung bzw. die Verkürzung der vorhandenen Alkylketten auf die Wirksamkeit und Selektivität auswirkt. Zusätzlich werden die Syntheserouten für die drei Wirkstoffe dargelegt., Malaria is one of the most important parasitic diseases worldwide and can lead to death if left untreated. It is caused by parasites of the genus plasmodium. Only a limited number of effective drugs are available for treatment. Moreover, their application areas are severely limited by side effects and drug resistances. As a new potential target a specific organelle has been described: the apikoplast. The endosymbiotic origin of this organelle explains its susceptibility to antibiotics. They are targeted on the housekeeping functions of the apikoplast which are essential for the survival of the parasite. Many antibiotics show a delayed type of action, the delayed death effect. One possible target within the apikoplast is the peptide deformylase, a metalloprotease that catalyzes the hydrolytic cleavage of the formyl group of formylmethionine. In a virtual screening of the ZINC database three compounds have been identified as possible leads. These inhibitors displayed IC50 values against the multidrug-resistant Dd2 strain of P. falciparum in a nanomolar range. Based on these three molecules this thesis presents newly synthesized derivatives which have been used to establish structure-activity relationships (SAR). The influence of different functional groups as well as the length of the alkyl chains has been the focus of this investigation. In addition, the synthetic routes for the three agents are presented.

Malaria ist weltweit eine der bedeutendsten parasitären Infektionskrankheiten. Sie wird durch Protozoen der Gattung Plasmodium verursacht und durch den Stich einer weiblichen Anopheles-Mücke (Vektor) auf den Menschen übertragen. Der Ausbreitung der Malariaerkrankung steht ein begrenztes Arsenal an wirksamen Medikamenten gegenüber, deren Anwendung durch Resistenzentwicklung, Nebenwirkungen und mangelnde Verfügbarkeit in den hauptsächlich betroffenen Gebieten zusätzlich einschränkt wird. Daher besteht die dringende Notwendigkeit zur Entwicklung neuartiger Wirkstoffe. Der Arbeitskreis um Prof. Schlitzer beschäftigt sich bereits seit Längerem mit der Entwicklung von benzophenonbasierten Antimalariawirkstoffen. Vorangegangene Arbeiten resultierten in der Vorgabe eines 2-Acylamino-5-chlorbenzophenonderivats als Leitstruktur für die weitere Optimierung. Für eine systematische Vorgehensweise bei der Strukturabwandlung der Leitstruktur wurde diese formal in drei Molekülregionen unterteilt, diese wurden unabhängig voneinander variiert, um schließlich durch Kombination der jeweils aktivsten Funktionalitäten zu wirksameren Antimalariawirkstoffen zu führen. Somit ist es ohne die genaue Kenntnis des molekularen Targets im Rahmen dieser Arbeit gelungen, ausgehend vom 2-Acylamino-5-chlorbenzophenonderivat, allein durch klassische Strukturvariationen in Verbindung mit der Testung am kompletten Malariaparasiten P. falciparum, potente N-Acylanthranil-säureamidderivate zu entwickeln, die hinsichtlich ihrer Aktivität und Selektivität der Leitstruktur um ein Vielfaches überlegen sind. Auf dem Weg dahin sind diverse Strukturmodifikationen untersucht worden, so dass inzwischen zahlreiche Informationen zu Struktur-Wirkungsbeziehungen vorliegen., Malaria is one of the most important parasitic infectious diseases. It is caused by protozoa of the genus Plasmodium and is transmitted to humans by the bite of a female Anopheles mosquito (vector). The spread of malaria is accompanied by a limited arsenal of effective drugs, emerging drug resistance, severe side effects and lack of availability in the most affected areas. Hence there is an urgent need to develop new antimalarial drugs. The group of Prof. Schlitzer has been working on the development of antimalarial drugs based on a benzophenone-scaffold. Previous work resulted in a 2-acylamino-5-chlorobenzophenone derivative, as lead structure for further optimization. In order to achieve structural modifications systematically the lead compound was formally devided into three molecular regions. These were varied independently and the most active moieties were combined to finally yield more affective antimalarial drugs. Starting from a 2-acylamino-5-chloro-benzophenone derivative it was therefore possible to develop potent amides of N-acylanthranilic acid, without a detailed knowledge of the molecular target. Classical structural variation combined with biological evaluation in a whole-cell assay led to compounds, which are superior to the lead derivative in terms of activity and selectivity. Along the way, various structural modifications have been evaluated, so that there is now plenty of information on the structure-activity relationship.

Infectious diseases are a serious threat for the health of mankind. Especially in the developing countries people are affected with the most important parasitic illnesses as Malaria, Trypanosomiasis and Leishmaniasis. All these diseases are caused by infection with different kinds of protozoa. Due to the increasing occurrence multi-resistant parasites and the high toxicity of some of the substances used for treatment an urgent need exists for new active drugs against these threats. In the recent years, farnesyltransferase was established as a new drug target in the development of new antiprotozoals. The group of Prof. Schlitzer works on the development of farnesyltransferase inhibitors based on a benzophenone-scaffold since a long time. The first assignment of this thesis was the completion of some series of farnesyltransferase inhibitors. After the synthesis, all these compounds were tested on their activity against Plasmodium falciparum, Trypanosoma cruzi and T. brucei brucei as well as against Leishmania amazoniensis and braziliensis. As an interesting result it turned out that the most active compounds against Plasmodium falciparum only displayed a weaker activity against Trypanosoma cruzi. During the development of the farnesyltransferase-inhibitors, an analogy of these benzophenone-derivatives with well-known propafenone-based inhibitors of the human multidrug-resistance transporter (hMDR) was conspicuous. Apart from humans, many parasites have such special types of membrane-transport proteins too. With these transporters the parasites are able to get rid of toxic by-products of the cellular metabolism or xenobiotics by effluxing these substances out of the cells. With this method they are able to keep the concentration of drugs in the cell in a subtherapeutic range. In a first test-series two intermediates of the farnesyltransferase-inhibitor synthesis have been tested because of their structural similarity to the propafenone-derivatives upon their activity against the hMDR-transporter. All these substances from this first series showed an activity from the low micromolar range down to 300 nM. By variations of different molecular scaffolds, two substances with an excellent activity (EC50 = 36 i.e. 64 nM) against the hMDR-protein have been developed. To evaluate if the hMDR-inhibitors have an additional anti malaria effect, each substance was tested upon their activity against the multiresistant Dd2-strain of Plasmodium falciparum. Some compounds were able to inhibit the parasites with an IC50 = 110 nM. Due to their structural similarity with literature-known hMDR-Inhibitors and because of the partially excellent activity against hMDR-proteins, it can be speculated that their molecular structural target might be the P-glycoproteine-homolog 1 (Pgh1). Pgh1 is the hMDR-analogon in Plasmodium falciparum species. To proof if the compounds display an activity on Pgh1 too they were tested with a fluorescence-microscopical-assay in cooperation with the University of Heidelberg. One of these most active compounds displayed a partial inhibition of the Pgh1-protein., Infektionskrankheiten stellen eine ernste Bedrohung für die Gesundheit der Menschheit dar. Vor allem in Entwicklungsländern leben viele Betroffene bedeutender parasitärer Erkrankungen, wie beispielsweise der Malaria, der Trypanosomiasis und der Leishmaniose. Alle drei Infektionskrankheiten werden durch die Infektion mit Protozoen hervorgerufen. Aufgrund des immer häufigeren Auftretens von multiresistenten Erreger-Stämmen und der zum Teil gravierenden Toxizität der eingesetzten Wirkstoffe, besteht ein dringender Bedarf neue Wirkstoffe gegen diese Bedrohungen zu entwickeln. In den vergangenen Jahren wurde die Farnesyltransferase (FTase) als neue Zielstruktur für die Entwicklung neuartiger antiparasitärer Wirkstoffe etabliert. Da sich der Arbeitskreis um Prof. Schlitzer seit Längerem mit der Entwicklung von Farnesyltransferase-Inhibitoren (FTI) basierend auf einem Benzophenongerüst beschäftigt, bestand eine Aufgabe im Rahmen dieser Dissertation darin, die in vorangegangenen Arbeiten begonnenen FTI-Serien zu ergänzen. Diese wurden im Anschluss auf Wirkung an Plasmodium falciparum beziehungsweise Trypanosoma cruzi, Leishmania amazoniensis und Leishmania braziliensis, den Erregern der schweren Verlaufsform der Malaria, respektive der Chagas-Krankheit (amerikanische Trypanosomiasis) und den Erregern der Leishmaniose getestet. Besonders interessant war dabei, dass Verbindungen, die eine gute Aktivität gegen Plasmodium falciparum zeigten, eine eher schwächere Wirksamkeit gegen Trypanosoma cruzi aufwiesen. Im Laufe der Entwicklung der FTI’s fiel die Analogie der Inhibitoren mit den als Inhibitoren des humanen Multidrug-resistance Transporters (hMDR) literaturbekannten Propafenonderivaten auf. Neben den Menschen haben auch zahlreiche Parasiten diese speziellen Typen von Membran-Transportproteinen die toxische Nebenprodukte des zellulären Metabolismus oder Fremdstoffe aus der Zelle ausschleusen. Dadurch dass die Wirkstoffkonzentration durch diese Transporter im subtherapeutischen Bereich gehalten wird, besteht gegenüber den häufig in der Therapie eingesetzten Wirkstoffen eine Multiresistenz. In einer ersten Testserie wurden so zwei, als Zwischenstufen bei der Synthese der oben genannten FTI´s anfallende Benzophenonderivate, aufgrund ihrer strukturellen Ähnlichkeit mit den Propafenonderivaten auf Wirksamkeit am hMDR-Transporter untersucht. Aus dieser Serie resultierten Substanzen mit einem Aktivitätsspektrum von einem EC50 im niedrigen micromolaren Bereich, bis hin zu einer Aktivität von etwa 300 nM. Durch Variationen an verschiedenen Molekülteilen konnten im Rahmen dieser Dissertation zwei Verbindungen mit sehr guter Wirksamkeit (EC50 = 35 bzw. 64 nM) am hMDR-Transporter entwickelt werden. Um abzuklären, ob die MDR-Inhibitoren zusätzlich zu ihrer inhibitorischen Wirkung auf den hMDR-Transporter noch eine Antimalaria-Aktivität besitzen, wurden die Verbindungen an der Universität Heidelberg am multiresistenten Plasmodium falciparum Dd2-Stamm auf ihre Wirksamkeit getestet. Auch hier zeigten die Derivate zum Teil eine gute Aktivität mit IC50-Werten bis 110 nM. Aufgrund der strukturellen Ähnlichkeit mit literaturbekannten wirksamen MDR-Inhibitoren und der zum Teil guten Aktivität gegen humane MDR-Transporter kann vermutet werden, dass es sich bei der Zielstruktur der Benzophenonderivate möglicherweise um das P-Glycoprotein-Homolog 1 (Pgh1) handelt. Das Pgh1 ist quasi das hMDR-Transporter-Analogon bei Plasmodium falciparum. Um zu evaluieren, ob die Benzophenonderivate einen zusätzlichen Einfluss auf die Aktivität von Pgh1 in P. falciparum haben, wurden die lebenden Plasmodium falciparum-Parasiten in ihren Wirtszellen zusätzlich an der Universität Heidelberg fluoreszenzmikroskopisch untersucht. Es konnte eine partielle Inhibition des Pgh1 nachgewiesen werden.