HIPS - Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung

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WISSENSCHAFTLICHER ERGEBNISBERICHT | Das Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland (HIPS)
Systemen LasR und RhlR, die in vielen Bakterienarten
existieren, gibt es in P. aeruginosa ein drittes, einzigartiges
Kommunikationssystem, das durch PQS (Pseudomonas
Quinoline Signal, 2-Heptyl-3-Hydroxy-4-Chinolon) als
Signalmolekül reguliert wird. Das Ziel des Projektes ist die
Entwicklung von Verbindungen, die mit dem PQS quorum
sensing Kommunikationssystem interferieren, um die
Bildung eines Biofilms sowie die Produktion von verschiedenen
Virulenzfaktoren zu verhindern – dieses jedoch,
ohne das Wachstum der Bakterien zu beeinflussen. Zwei
Ansätze werden verfolgt: einerseits soll die Wirkung von
PQS am Rezeptor PqsR antagonisiert werden, andererseits
soll die Biosynthese von HHQ, dem direkten Vorläufer von
PQS, durch die Hemmung des Enzyms PqsD blockiert werden.
Entwicklung von Antagonisten des Transkriptionsregulators
PqsR Ein Fokus liegt in der Synthese von Analoga von
PQS, welche an PqsR binden und dieses blockieren sollen.
Der Transkriptionsregulator PqsR steuert nach Aktivierung
durch PQS die Expression von Virulenzfaktoren. Die PQS-
Analoga werden in einem gerade etablierten β-Galaktosidase-
Reportergen-Assay getestet. Dabei wird die transkriptionale
Aktivierung des PqsA-Promoters als Folge der PQS-Bindung
an PqsR gemessen. Des Weiteren sollen SPR-Methoden zur
kinetischen Charakterisierung von Hits mit dem verkürzten
PqsR ( C87 PqsR) entwickelt und für ein medium-throughput
screening einer Fragmentbibliothek eingesetzt werden.
Daraus resultierende Hits werden mittels ITC (Isothermische
Titrationskalorimetrie) thermodynamisch charakterisiert.
Hemmung des zweiten Enzyms der PQS-Biosynthese PqsD
Um potenzielle PqsD-Inhibitoren biochemisch zu evaluieren,
wurde ein PqsD LC-MS/MS basierter Hemmungsassay
etabliert. Neue PqsD-Hemmstoffe, strukturelle Analoga des
nativen Substrats Anthraniloyl-CoA, wurden bereits
synthetisiert. In einem SPR-basierten medium-throughput
screening werden aktuell eine hauseigene Substanzbibliothek
sowie kommerzielle Fragment-Datenbanken getestet.
Daraus resultierende Hits werden nachfolgend kinetisch
charakterisiert. Begleitend zum SPR-Ansatz wird auch ein
virtuelles Screening an PqsD durchgeführt. Erste bindende
Fragmente wurden bereits identifiziert und werden in
einem fragment-growing-Ansatz als neue Grundgerüste
benutzt. Die Identifizierung von Fragmenten und ihren
Bindungsmodi wird mit hoch-auflösender NMR-Spektroskopie
begleitet. Weiterhin sollen kinetische Studien, die
sowohl computergestützt, als auch biochemisch (biologische
Assays, SPR, ITC) durchgeführt werden, die Entwicklung von
PqsD-Hemmstoffen vorantreiben. Insbesondere die Überprüfung
der kinetischen Mechanismen mittels Moleküldynamiksimulationen
ermöglicht einen Einblick in die Flexibilität
des Proteins und kann dazu beitragen mögliche induced-fit
Mechanismen aufzudecken und zu erklären.
Die Abteilung „Wirkstofftransport“ (DDEL)
Abteilungsleiter | Prof. Dr. Claus-Michael Lehr | Helmholtz-
Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland (HIPS) im
Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) | Abteilung
für Wirkstofftransport (DDEL) / cle09@helmholtz-hzi.de
Wissenschaftliche Mitarbeiter | Dr. Eva-Maria Collnot |
Dr. Nicole Daum | Dr. Steffi Hansen | Dr. Brigitta Loretz
Wirkstofftransport über biologische Barrieren hinweg
Fortschritte in der molekularen Biotechnologie und der
medizinischen Chemie haben dazu geführt, dass eine
Vielzahl neuer Substanzen entdeckt wurde, die eine
potenzielle Affinität zum Zielrezeptor aufweisen. Jedoch
müssen bei der Weiterentwicklung solcher Wirkstoffmoleküle
zum Medikament mehrere Aspekte beachtet werden.
Sie müssen auf die Durchlässigkeit, ihren Transport und
die Bioverfügbarkeit durch biologische Barrieren untersucht
werden. Des Weiteren ist die Entwicklung neuer Technologien
erforderlich, um ihren sicheren und effizienten Transport
zum Wirkort zu gewährleisten. Daher liegt der Forschungsschwerpunkt
der Abteilung „Wirkstofftransport“ zum einen
in der Erforschung der biologischen Barrieren selbst,
namentlich der Lunge, des Magen-Darm-Traktes und der
Haut. Zum anderen beschäftigt sich DDEL mit der Entwicklung
geeigneter Trägersysteme, die in der Lage sind, diese
epithelialen Barrieren zu überwinden, um das Wirkstoffmolekül
an den Zielort zu bringen.
Entwicklung eines neuen in vitro-Modells der Blut-Luft-
Schranke Die so genannte „Blut-Luft-Schranke“, die vom
Alveolarepithel der Lunge gebildet wird, ist nicht nur von
Bedeutung für den pulmonalen Transport von Wirkstoffen,
sondern auch im Rahmen von Krankheiten, die durch
Aerosole übertragen werden, wie z. B. Schweinegrippe und
Tuberkulose. Um die in vivo-Situation nachzuahmen, gibt es
bereits einige in vitro-Zellkulturmodelle (z. B. Tumorzellen,
primäre Zellen tierischen Ursprungs), denen allerdings auf
Nico Mehl bringt Kolben mit Proben zum Gefriertrocknen am
Lyophilisator an. Foto: HZI, Bellhäuser