Ergebnisbericht 2010/11 - Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung

WISSENSCHAFTLICHER ERGEBNISBERICHT | Das Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland (HIPS)
RNAP ist das Enzym, das für die Bildung von RNA in Zellen
verantwortlich ist. Es ist ein komplexes, sehr großes Enzym
mit einer Masse von ca. 400 kDa, das aus verschiedenen
Protein-Untereinheiten besteht. Dabei handelt es sich um
das katalytisch aktive Core-Enzym (α2ββ‘ω) und den
Sigma-Faktor. Diese beiden Proteine interagieren während
der Transkription miteinander. Da RNAP essenziell für das
Bakterienwachstum ist und dabei spezifi sch zwischen
Bakterien wirkt, ist es ein attraktives Ziel für die Entwicklung
eines Breitbandantibiotikums beim Menschen. Die
Hemmung der RNAP hat zur Folge, dass für das Bakterium
lebenswichtige Funktionen blockiert werden, die letztendlich
dessen Tod bewirken. Als Zielbakterien sind solche
besonders interessant, die beim Menschen schwerwiegende
Erkrankungen hervorrufen. Hierzu zählt insbesondere
Mycobacterium tuberculosis (Mtb), der Erreger der Tuberkulose,
der weltweit zwei Millionen Tote pro Jahr verursacht.
Da viele Bakterien eine wirkungsvolle Resistenz gegen
derzeit auf dem Markt erhältliche Antiinfektiva entwickeln,
steigt der Bedarf an neuen Wirkstoffen kontinuierlich. Ziel
dieses Projektes ist es, neuartige Hemmstoffe der bakteriellen
RNAP zu entwickeln und deren Wirkmechanismus zu
verstehen. Der Wirkstoff soll nicht nur hinsichtlich seiner
Potenz optimiert werden, sondern dahingehend, dass er in
pathogene Bakterien eindringen kann, um dort letztlich
seine antibiotische Funktion zu entfalten.
Im Rahmen der Wirkstofffi ndung werden zweierlei Ansätze
verfolgt:
Der erste Ansatz hat zum Ziel, das Core-Enzym direkt zu
hemmen. Da die Struktur der RNAP und verschiedene
Hemmmechanismen weitgehend bekannt sind, nutzt die
Abteilung DDOP intelligente Computer-gestützte Methoden,
um potenzielle Hemmstoffe virtuell ausfi ndig zu machen.
Diese „virtuellen Hits“ werden in experimentellen Tests auf
ihre Wirksamkeit überprüft. Hits, die dabei als aktiv
hervorgehen, werden in einem chemischen Optimierungszyklus
weitergeführt, aus dem potente RNAP-Hemmstoffe
hervorgehen sollen. Auch dieser Zyklus wird von virtuellen
Designkonzepten und abgeleiteten Strukturwirkungsbeziehungen
unterstützt.
Der zweite Ansatz hat zum Ziel, die Interaktion zwischen
Core-Enzym und Sigma-Faktor, und somit die Bildung des
Holoenzyms zu unterbinden. Deren Interaktionsfl äche (das
„Interface“) ist bereits eingehend untersucht und wurde
durch verschiedene Mutagenesestudien charakterisiert.
Diese Informationen werden in der Abteilung DDOP genutzt,
um eine geeignete Region für die Bindung und folglich für
eine Inhibition durch einen Hemmstoff ausfi ndig zu
machen. Erste RNAP-Hemmstoffe wurden bereits identifi -
ziert. Das Ziel besteht nun darin, diese Verbindungen, zum
Darstellung der Struktur der RNA Polymerase, die die fünf
Untereinheiten hervorhebt. Ligand- und Struktur-basierte Ansätze
werden im Design neuer RNAP Inhibitoren verfolgt.
Teil kurzkettige Peptide, hinsichtlich ihrer Hemmwirkung
und verschiedener pharmakologischer Eigenschaften zu
verbessern. Daraus soll letztlich ein Wirkstoff erhalten
werden, der seine antibiotische Wirkung gezielt im
Menschen entfalten kann.
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RNAP aus E. coli und Mycobacterium tuberculosis soll
kloniert und für biologische Tests der synthetisierten
Verbindungen verwendet werden. Die vermuteten Bindungsstellen
der neuen potenten Inhibitoren sollen dann durch
Mutagenese charakterisiert werden.
Entwicklung von Verbindungen, die mit dem PQS quorum
sensing Kommunikationssystem in P. aeruginosa inter -
ferieren In diesem Projekt beschäftigen sich die Wissenschaftler
der Abteilung DDOP mit der Entwicklung von
Verbindungen, die mit dem PQS quorum sensing Kommunikationssystem
in Pseudomonas aeruginosa interferieren.
Lungeninfektionen durch dieses opportunistisch pathogene
Bakterium werden als Haupttodesursache für Patienten mit
Zystischer Fibrose angesehen. Resistenzen gegen herkömmliche
Antibiotika sind oft assoziiert mit der Bildung von
Biofi lmen, die das Eindringen von eingesetzten Antibiotika
durch diese physikalische Barriere verhindern und die
Immunantwort herabsetzen. Sowohl die Bildung eines
Biofi lms als auch die Produktion von Virulenzfaktoren
werden durch ein kompliziertes quorum sensing Kommunikationssystem
gesteuert. Darüber nehmen Bakterien
beispielsweise ihre Populationsdichte wahr und steuern
eine Art Gruppenverhalten. Neben den zwei quorum sensing