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Papers by Todor Angelov

Research paper thumbnail of Generation of DNA Interstrand Cross-Links by Post-Synthetic Reductive Amination

Organic Letters, 2009

DNA interstrand cross-links (ICLs) are the clinically most relevant adducts formed by many antitu... more DNA interstrand cross-links (ICLs) are the clinically most relevant adducts formed by many antitumor agents. To facilitate the study of biological responses triggered by ICLs, we developed a new approach toward the synthesis of mimics of nitrogen mustard ICLs. 7-Deazaguanine residues bearing acetaldehyde groups were incorporated into complementary strands of DNA and cross-link formation induced by double reductive amination. Our strategy enables the synthesis of major groove cross-links in high yields and purity.

Research paper thumbnail of Synthesis and Molecular Modeling of a Nitrogen Mustard DNA Interstrand Crosslink

Chemistry - A European Journal, 2010

Dedicated to Prof. Francis Johnson on the occasion of his 80th birthday DNA interstrand crosslink... more Dedicated to Prof. Francis Johnson on the occasion of his 80th birthday DNA interstrand crosslinks (ICLs) are formed by bifunctional agents with the ability to covalently link two strands of duplex DNA. ICLs are extremely cytotoxic, since they block essential processes such as DNA replication and transcription. Based on these properties, agents such as nitrogen mustards (NM) or cisplatin are widely used in cancer chemoA C H T U N G T R E N N U N G therapy. ICLs induce a number of biological responses that counteract the therapeutic effects of crosslinking agents. However, the elucidation of the mechanism by which these responses cause resistance in tumor cells has been hampered by the lack of efficient methods to generate ICLs formed by antitumor agents. Current approaches toward the synthesis of site-specific ICLs have yielded mostly models of the clinically relevant lesions or ICLs formed by endogenous agents. [2] A number of recent studies have shown that ICLs with different structures are processed in distinct ways (see reference [3] for some recent reviews), emphasizing the need to generate substrates containing the ICLs formed by the clinically important drugs.

Research paper thumbnail of Mechanism of Replication-Coupled DNA Interstrand Crosslink Repair

Cell, 2009

DNA interstrand cross-links (ICLs) are toxic DNA lesions whose repair occurs in the S phase of me... more DNA interstrand cross-links (ICLs) are toxic DNA lesions whose repair occurs in the S phase of metazoans via an unknown mechanism. Here, we describe a novel cell-free system based on Xenopus egg extracts that supports ICL repair. During DNA replication of a plasmid containing a site-specific ICL, two replication forks converge on the cross-link. Subsequent lesion bypass involves advance of a nascent leading strand to within one nucleotide of the ICL, followed by incisions, translesion DNA synthesis, and extension of the nascent strand beyond the lesion. Immunodepletion experiments suggest that extension requires DNA polymeras ζ Ultimately, a significant portion of the input DNA is fully repaired, but not if DNA replication is blocked. Repair in this system is accompanied by activation of the Fanconi anemia and ATR checkpoint pathways. Our experiments establish a mechanism for ICL repair that reveals how this process is coupled to DNA replication.

Research paper thumbnail of Synthese von DNA-Interstrang-Crosslinks unter Verwendung einer photoaktivierbaren Nucleobase

Angewandte Chemie, 2012

Difunktionelle alkylierende Verbindungen verursachen eine Vielzahl an Schäden in zellulärer DNA. ... more Difunktionelle alkylierende Verbindungen verursachen eine Vielzahl an Schäden in zellulärer DNA. Davon gehçren DNA-DNA-Interstrang-Crosslinks (ICLs) zu den zytotoxischsten, da sie wichtige biologische Prozesse wie Transkription und Replikation blockieren kçnnen. ICLs, die von endogenen (z. B. Malondialdehyd) und exogenen Verbindungen (z. B. Formaldehyd) verursacht werden, sind eine Gefahr für die menschliche Gesundheit. ICLs werden aber auch von Tumortherapeutika wie Cisplatin, Bis(chlorethyl)stickstoff-Verbindungen und Chlorethylnitrosoharnstoffen generiert. 1,3-Bis(2-chlorethyl)-1-nitrosoharnstoff (BCNU oder "Carmustine") ist ein weitverbreiteter chemotherapeutischer Wirkstoff, der in einer mehrstufigen Reaktion eine Ethylbrücke zwischen N 1 von dG und N 3 von dC bildet. Der vorgeschlagene Mechanismus umfasst eine Chlorethylierung an der O 6 -Position von dG, gefolgt von der Cyclisierung zum N 1 ,O 6 -Ethylenguanin-Zwischenprodukt, das wiederum von N 3 von dC angegriffen werden kann und den N 1 (dG)-Ethyl-N 3 (dC)-Crosslink bildet (Schema 1). Zelluläre Resistenzmechanismen, die durch DNA-Reparaturenzyme vermittelt werden, beschränken jedoch den Einsatz von BCNU und anderen Nitrosoharnstoffen als Chemotherapeutika. Ein Verständnis dieser Reparaturpfade würde zu einer Verbesserung des therapeutischen Erfolges beitragen. Mangels gut definierter ICLs, die als Reparatursubstrate fungieren kçnnen, gibt es jedoch nur wenige Studien, die auf die Entschlüsselung von ICL-Reparaturmechanismen abzielen. Verschiedene Ansätze wurden entwickelt, um ICL enthaltende DNA zu gewinnen. In früheren Studien wurde dop-pelsträngige DNA einem großen Überschuss an BCNU ausgesetzt. Dies führte jedoch nur zu Ausbeuten von 1-5 % an ICL-Produkten, die darüber hinaus wegen zusätzlich auftretender, starker Monoalkylierung unzugänglich für biochemische und hochauflçsende biophysikalische Studien waren. Ein verbesserter Ansatz ist die bidirektionale DNA-Synthese, die auf über einen Crosslink verknüpften Dinucleotiden beruht. Mithilfe dieser Methode wurde von Noronha et al. ein N 1 -Desoxyinosin(dI)-Ethyl-N 3 -Thymidin(dT)-Interstrang-Crosslink hergestellt, der als Strukturmimetikum für den dG-dC-Crosslink aus der Reaktion mit BCNU wirkt. Nachteile dieser Methode sind zum einen, dass ein Vorwissen über die exakte Struktur des gewünschten ICLs erforderlich ist, und zum anderen, dass eine komplexe Schutzgruppenstrategie für die Synthese notwendig ist. Eine alternative Methode für die ICL-Synthese umfasst die Einfügung stabiler ICL-Vorstufen in einzelsträngige Oligonucleotide unter Verwendung standardisierter DNA-Synthese. Nach erfolgter Hybridisierung zur komplementären Sequenz kann die ICL-Bildung im modifizierten Duplex initiiert werden. Alzeer und Schärer nutzten dieses Verfahren, um einen O 6 (dG)-Ethyl-N 3 (dT)-ICL zu generieren, indem sie N 3 -(2-Chlorethyl)thymin in Oligonucleotide einfügten. Ungeachtet dieses beträchtlichen Fortschritts wurde bisher nichts über die Synthese eines Oligonucleotids berichtet, das den biologisch relevanten N 1 (dG)-Ethyl-N 3 (dC)-Crosslink als Resultat der Schema 1. a) Reaktionsweg für die BCNU-vermittelte ICL-Bildung in DNA; b) unsere Strategie für die Synthese von DNA-DNA-ICLs unter Nutzung eines photoaktivierbaren O 6 -(2-Chlorethyl)-2'-desoxyguanosins. BD repräsentiert eine allgemeine Base.

Research paper thumbnail of Synthesis of DNA Interstrand Cross-Links Using a Photocaged Nucleobase

Angewandte Chemie International Edition, 2012

The missing linking: BCNU is a chemotherapy drug that generates an ethylene bridge between N(1) o... more The missing linking: BCNU is a chemotherapy drug that generates an ethylene bridge between N(1) of deoxyguanosine and N(3) of deoxycytidine. No synthesis of a DNA containing this moiety has been reported until now. A new strategy uses a photocaged nucleobase that, when released, generates a highly reactive intermediate which cross-links the opposing DNA strand in a manner analogous to BCNU.

Research paper thumbnail of Generation of DNA Interstrand Cross-Links by Post-Synthetic Reductive Amination

Organic Letters, 2009

DNA interstrand cross-links (ICLs) are the clinically most relevant adducts formed by many antitu... more DNA interstrand cross-links (ICLs) are the clinically most relevant adducts formed by many antitumor agents. To facilitate the study of biological responses triggered by ICLs, we developed a new approach toward the synthesis of mimics of nitrogen mustard ICLs. 7-Deazaguanine residues bearing acetaldehyde groups were incorporated into complementary strands of DNA and cross-link formation induced by double reductive amination. Our strategy enables the synthesis of major groove cross-links in high yields and purity.

Research paper thumbnail of Synthesis and Molecular Modeling of a Nitrogen Mustard DNA Interstrand Crosslink

Chemistry - A European Journal, 2010

Dedicated to Prof. Francis Johnson on the occasion of his 80th birthday DNA interstrand crosslink... more Dedicated to Prof. Francis Johnson on the occasion of his 80th birthday DNA interstrand crosslinks (ICLs) are formed by bifunctional agents with the ability to covalently link two strands of duplex DNA. ICLs are extremely cytotoxic, since they block essential processes such as DNA replication and transcription. Based on these properties, agents such as nitrogen mustards (NM) or cisplatin are widely used in cancer chemoA C H T U N G T R E N N U N G therapy. ICLs induce a number of biological responses that counteract the therapeutic effects of crosslinking agents. However, the elucidation of the mechanism by which these responses cause resistance in tumor cells has been hampered by the lack of efficient methods to generate ICLs formed by antitumor agents. Current approaches toward the synthesis of site-specific ICLs have yielded mostly models of the clinically relevant lesions or ICLs formed by endogenous agents. [2] A number of recent studies have shown that ICLs with different structures are processed in distinct ways (see reference [3] for some recent reviews), emphasizing the need to generate substrates containing the ICLs formed by the clinically important drugs.

Research paper thumbnail of Mechanism of Replication-Coupled DNA Interstrand Crosslink Repair

Cell, 2009

DNA interstrand cross-links (ICLs) are toxic DNA lesions whose repair occurs in the S phase of me... more DNA interstrand cross-links (ICLs) are toxic DNA lesions whose repair occurs in the S phase of metazoans via an unknown mechanism. Here, we describe a novel cell-free system based on Xenopus egg extracts that supports ICL repair. During DNA replication of a plasmid containing a site-specific ICL, two replication forks converge on the cross-link. Subsequent lesion bypass involves advance of a nascent leading strand to within one nucleotide of the ICL, followed by incisions, translesion DNA synthesis, and extension of the nascent strand beyond the lesion. Immunodepletion experiments suggest that extension requires DNA polymeras ζ Ultimately, a significant portion of the input DNA is fully repaired, but not if DNA replication is blocked. Repair in this system is accompanied by activation of the Fanconi anemia and ATR checkpoint pathways. Our experiments establish a mechanism for ICL repair that reveals how this process is coupled to DNA replication.

Research paper thumbnail of Synthese von DNA-Interstrang-Crosslinks unter Verwendung einer photoaktivierbaren Nucleobase

Angewandte Chemie, 2012

Difunktionelle alkylierende Verbindungen verursachen eine Vielzahl an Schäden in zellulärer DNA. ... more Difunktionelle alkylierende Verbindungen verursachen eine Vielzahl an Schäden in zellulärer DNA. Davon gehçren DNA-DNA-Interstrang-Crosslinks (ICLs) zu den zytotoxischsten, da sie wichtige biologische Prozesse wie Transkription und Replikation blockieren kçnnen. ICLs, die von endogenen (z. B. Malondialdehyd) und exogenen Verbindungen (z. B. Formaldehyd) verursacht werden, sind eine Gefahr für die menschliche Gesundheit. ICLs werden aber auch von Tumortherapeutika wie Cisplatin, Bis(chlorethyl)stickstoff-Verbindungen und Chlorethylnitrosoharnstoffen generiert. 1,3-Bis(2-chlorethyl)-1-nitrosoharnstoff (BCNU oder "Carmustine") ist ein weitverbreiteter chemotherapeutischer Wirkstoff, der in einer mehrstufigen Reaktion eine Ethylbrücke zwischen N 1 von dG und N 3 von dC bildet. Der vorgeschlagene Mechanismus umfasst eine Chlorethylierung an der O 6 -Position von dG, gefolgt von der Cyclisierung zum N 1 ,O 6 -Ethylenguanin-Zwischenprodukt, das wiederum von N 3 von dC angegriffen werden kann und den N 1 (dG)-Ethyl-N 3 (dC)-Crosslink bildet (Schema 1). Zelluläre Resistenzmechanismen, die durch DNA-Reparaturenzyme vermittelt werden, beschränken jedoch den Einsatz von BCNU und anderen Nitrosoharnstoffen als Chemotherapeutika. Ein Verständnis dieser Reparaturpfade würde zu einer Verbesserung des therapeutischen Erfolges beitragen. Mangels gut definierter ICLs, die als Reparatursubstrate fungieren kçnnen, gibt es jedoch nur wenige Studien, die auf die Entschlüsselung von ICL-Reparaturmechanismen abzielen. Verschiedene Ansätze wurden entwickelt, um ICL enthaltende DNA zu gewinnen. In früheren Studien wurde dop-pelsträngige DNA einem großen Überschuss an BCNU ausgesetzt. Dies führte jedoch nur zu Ausbeuten von 1-5 % an ICL-Produkten, die darüber hinaus wegen zusätzlich auftretender, starker Monoalkylierung unzugänglich für biochemische und hochauflçsende biophysikalische Studien waren. Ein verbesserter Ansatz ist die bidirektionale DNA-Synthese, die auf über einen Crosslink verknüpften Dinucleotiden beruht. Mithilfe dieser Methode wurde von Noronha et al. ein N 1 -Desoxyinosin(dI)-Ethyl-N 3 -Thymidin(dT)-Interstrang-Crosslink hergestellt, der als Strukturmimetikum für den dG-dC-Crosslink aus der Reaktion mit BCNU wirkt. Nachteile dieser Methode sind zum einen, dass ein Vorwissen über die exakte Struktur des gewünschten ICLs erforderlich ist, und zum anderen, dass eine komplexe Schutzgruppenstrategie für die Synthese notwendig ist. Eine alternative Methode für die ICL-Synthese umfasst die Einfügung stabiler ICL-Vorstufen in einzelsträngige Oligonucleotide unter Verwendung standardisierter DNA-Synthese. Nach erfolgter Hybridisierung zur komplementären Sequenz kann die ICL-Bildung im modifizierten Duplex initiiert werden. Alzeer und Schärer nutzten dieses Verfahren, um einen O 6 (dG)-Ethyl-N 3 (dT)-ICL zu generieren, indem sie N 3 -(2-Chlorethyl)thymin in Oligonucleotide einfügten. Ungeachtet dieses beträchtlichen Fortschritts wurde bisher nichts über die Synthese eines Oligonucleotids berichtet, das den biologisch relevanten N 1 (dG)-Ethyl-N 3 (dC)-Crosslink als Resultat der Schema 1. a) Reaktionsweg für die BCNU-vermittelte ICL-Bildung in DNA; b) unsere Strategie für die Synthese von DNA-DNA-ICLs unter Nutzung eines photoaktivierbaren O 6 -(2-Chlorethyl)-2'-desoxyguanosins. BD repräsentiert eine allgemeine Base.

Research paper thumbnail of Synthesis of DNA Interstrand Cross-Links Using a Photocaged Nucleobase

Angewandte Chemie International Edition, 2012

The missing linking: BCNU is a chemotherapy drug that generates an ethylene bridge between N(1) o... more The missing linking: BCNU is a chemotherapy drug that generates an ethylene bridge between N(1) of deoxyguanosine and N(3) of deoxycytidine. No synthesis of a DNA containing this moiety has been reported until now. A new strategy uses a photocaged nucleobase that, when released, generates a highly reactive intermediate which cross-links the opposing DNA strand in a manner analogous to BCNU.