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Research Group Heussler (Malaria I) - Bernhard-Nocht-Institut für ...

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Parasitology Section<br />

Nematode-specific regulation of S-adenosylmethionine<br />

decarboxylase offers a novel strategy for enzyme inhibition<br />

Zusammenfassung<br />

Onchocercose (Flussblindheit) stellt weiterhin ein<br />

bedeutendes Gesundheitsproblem in zahlreichen<br />

afrikanischen Staaten dar. Da mit Ivermectin zur Zeit<br />

nur ein Medikament <strong>für</strong> die Massentherapie zur Verfügung<br />

steht, ist die Identifizierung neuer Ziele <strong>für</strong><br />

die Chemotherapie im Stoffwechsel des Erregers<br />

Onchocerca volvulus dringend erforderlich. Polyamine<br />

sind <strong>für</strong> Wachstums- und Differenzierungsprozesse<br />

essenziell, weshalb ihr Stoffwechsel als ein<br />

vielversprechender Angriffspunkt <strong>für</strong> die Chemotherapie<br />

gilt. Im Polyamin-Syntheseweg ist die S-Adenosylmethionin-Decarboxylase<br />

(AdoMetDC) ein Schlüsselenzym,<br />

das decarboxyliertes S-Adenosylmethionin<br />

<strong>für</strong> die Synthese von Spermidin und Spermin bereitstellt.<br />

Für das humane Enzym ist bekannt, dass<br />

seine enzymatische Aktivität durch das Vorläufermolekül<br />

Putrescin stimuliert wird. Vergleichende Studien<br />

zeigen nun, dass sich die AdoMetDC der parasitischen<br />

Filarie O. volvulus und des freilebenden<br />

Modellnematoden Caenorhabditis elegans hinsichtlich<br />

dieses Regulationsmechanismus vom humanen<br />

Enzym unterscheiden. Die ermittelten spezifischen<br />

Eigenschaften der Nematoden-AdoMetDC sind eine<br />

geringe Aktivität des nichtstimulierten Enzyms und<br />

eine geringere Spezifität gegenüber dem Stimulatormolekül.<br />

Diese Besonderheiten sollen ausgenutzt<br />

werden, um mit einer neuen Strategie die Nematodenenzyme<br />

spezifisch über die Stimulator-Bindungstasche<br />

zu inhibieren. Dazu wurden erste Inhibitionstests<br />

mit Polyaminanaloga durchgeführt.<br />

Introduction<br />

The human filarial parasite Onchocerca volvulus causes<br />

onchocerciasis. The disease is endemic in 37 African<br />

countries affecting about 15 million people. To date the<br />

only existing drug against this parasitic nematode is<br />

ivermectin. However, ivermectin kills only the microfilariae<br />

of O. volvulus and has hardly any efficacy on adult<br />

worms that survive in their human host for up to 14<br />

years, with females producing constantly microfilariae.<br />

Due to the lack of a laboratory host for O. volvulus, the<br />

worm is inaccessible for physiological studies. However,<br />

in recent years the model nematode Caenorhabditis<br />

elegans has become a useful system to study certain<br />

aspects of the metabolism of parasitic nematodes.<br />

The naturally occuring polyamines putrescine, spermidine<br />

and spermine are aliphatic polycations found in all<br />

organisms. Since polyamines are essential for growth<br />

and developmental processes, targeting their metabolism<br />

is a promising approach in anti-parasite research.<br />

The polyamine synthetic pathway contains two regulatory<br />

steps catalysed by ornithine decarboxylase and<br />

36<br />

S-adenosylmethionine decarboxylase (AdoMetDC). The<br />

latter provides decarboxylated S-adenosylmethionine<br />

that is used to form the polyamines spermidine and<br />

spermine, respectively. The AdoMetDC from the nematodes<br />

O. volvulus and C. elegans have been previously<br />

cloned and characterised in our department (Da’dara<br />

et al. 1996, Biochem J 320: 519-30; Da’dara and Walter,<br />

1998, Biochem J 336: 545-50). In the present study<br />

we have detected a nematode-specific regulation of<br />

AdoMetDC. Based on these findings a novel strategy<br />

to inhibit nematode AdoMetDC is proposed.<br />

Figure 1: Different effects of natural polyamines on nematode<br />

and human AdoMetDC activity Dose-dependent stimulation of<br />

A) O. volvulus, B) C. elegans and C) human AdoMetDC by<br />

putrescine (�), spermidine (�) and spermine (�). The basis<br />

activity of the human enzyme is indicated by the dotted blue<br />

line. Nematode AdoMetDCs highly depend on an activator<br />

and their enzyme activity is stimulated not only by putrescine<br />

but also by spermidine and spermine.

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