Hünemeyer, Leon (2026). Development of new CID cleavable cross-linking reagents suitable for structure elucidation of proteins via MS. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

This work deals with the synthesis and characterization of a series of cleavable cross-linking reagents, which are designed to react with protein moieties aiming for 3-dimensional structure elucidation of large biomolecules by MS. One group of cross-linking reagents are amine reactive cleavable cross-linkers designed for the modification protein lysine residues. Furthermore, they are designed for enrichment via immobilized metal affinity chromatography aiming to selectively enrich low abundant cross-links prior to investigation by tandem MS. In addition to the synthesis the cross-linking efficiency of all reagents is demonstrated using test systems on peptide and protein level. The reagents are compared to established reagents which are tested under the same conditions. Finally, the enrichment step is tested using the most promising cross-linkers and compared to cross-linking samples from the same reagent which were not enriched. In addition, this work contains a series of studies aiming for tryptophan side chain modification in proteins. It represents a pioneering study aiming to selectively modify the indole function of tryptophane side chains using cross-linking reagents. These reactions are based on CH activation of the tryptophane indole function using transition metal catalysts. The reactions are performed on tryptophane test systems. Finally, the work contains a study which is aligned to an established publication which used the cross-linker 1,1-carbonyl diimidazole CDI as a potent zero length cross-linking reagent. This study aimed to surpass the cross-linking efficiency of the published reagent with the ones that were investigated in this work. This was achieved with the help of the cross-linking reagents S,S-di(pyridin-2-yl) carbonodithioate and di(pyridin-2-yl) carbonate with great success on the test protein Bovine Serum Albumin (BSA).

Item Type: Thesis (PhD thesis)
Translated title:
Title
Language
Entwicklung neuer CID-spaltbarer Cross-linking Reagenzien für die Strukturaufklärung von Proteinen mittels MS
German
Translated abstract:
Abstract
Language
Diese Arbeit befasst sich mit der Synthese und Charakterisierung einer Reihe von spaltbaren Cross-linking Reagenzien, die für Proteinreaktionen entwickelt wurden, mit dem Ziel die dreidimensionale Struktur großer Biomoleküle mittels MS aufzuklären. Die erste Gruppe von Cross-linking Reagenzien sind Amin reaktiv, und sind für die Modifikation von Protein-Lysin Seitenketten entwickelt worden. Darüber hinaus sind sie für die Anreicherung mittels immobilisierter Metallaffinitätschromatographie konzipiert, um selektiv selten vorkommende Cross-links vor der Untersuchung mittels Tandem-MS anzureichern. Zusätzlich zur Synthese wird die Vernetzungseffizienz aller Reagenzien anhand von Testsystemen auf Peptid- und Proteinebene nachgewiesen. Die Reagenzien werden mit etablierten Reagenzien verglichen, die unter vergleichbaren Bedingungen getestet werden. Schließlich wird der Anreicherungsschritt mit den vielversprechendsten Linkern getestet und mit Proben desselben Reagenzes verglichen, welche nicht angereichert wurden. Darüber hinaus enthält diese Arbeit eine Reihe von Studien, die auf die Modifikation der Tryptophan-Seitenkette in Proteinen abzielen. Es handelt sich um eine innovative Studie, die darauf abzielt, die Indolfunktion von Tryptophan-Seitenketten mithilfe von Cross-linking Reagenzien selektiv zu modifizieren. Diese Reaktionen basieren auf der CH-Aktivierung der Tryptophan-Indolfunktion unter Verwendung von Übergangsmetallkatalysatoren. Die Reaktionen werden an Tryptophan-Testsystemen durchgeführt. Schließlich enthält die Arbeit eine Studie, die sich an einer etablierten Veröffentlichung orientiert, in der 1,1-Carbonyl-diimidazol CDI als wirksames Cross-linking Reagenz verwendet wurde. Ziel dieser Studie war es, die Vernetzungseffizienz des etablierten Reagenzes mit den in dieser Arbeit untersuchten Reagenzien zu übertreffen. Dies wurde mit Hilfe der Reagenzien S,S-Di(pyridin-2-yl)carbonodithioat und Di(pyridin-2-yl)carbonat mit großem Erfolg am Testprotein Rinderserumalbumin (BSA) erreicht.
German
Creators:
Creators
Email
ORCID
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Hünemeyer, Leon
lhuenem1@uni-koeln.de
UNSPECIFIED
UNSPECIFIED
URN: urn:nbn:de:hbz:38-796500
Date: 2026
Language: English
Faculty: Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions: Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Chemistry > Institute of Organic Chemistry
Subjects: Chemistry and allied sciences
Uncontrolled Keywords:
Keywords
Language
cross-linking
English
CID cleavable
UNSPECIFIED
protein structure elucidation
UNSPECIFIED
mass spectrometry
UNSPECIFIED
Date of oral exam: 4 December 2025
Referee:
Name
Academic Title
Schäfer, Mathias
Prof. Dr.
Kath-Schorr, Stephanie
Prof. Dr.
Refereed: Yes
URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/79650

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