Abstract:

Basierend auf der Bedeutung der Proteasen für das (Über-)Leben eines Organismus stehen Enzyme seit einigen Jahren im Fokus der Wirkstoffforschung. Ziel hierbei ist es, biologisch relevante Signalwege durch spezifische Hemmstoffe (Inhibitoren) zu blockieren. Dadurch kann zum Beispiel die Replikation eines Virus oder die Ausbreitung eines Tumors verhindert werden. Es hat sich gezeigt, dass vor allem Cysteinproteasen ein besonders attraktives Ziel für die Wirkstoffentwicklung sind. Ihre fundamentale Rolle im Entwicklungsprozess von viralen parasitären Infektionen haben sie zu interessanten Angriffspunkten für die Erforschung neuer Therapeutika gemacht. Ziel dieser Arbeit war es, durch die Anwendung unterschiedlicher Methoden und Strategien, Inhibitoren für verschiedene Cysteinproteasen zu entwickeln. Die Herangehensweise an die Problemstellungen erfolgte durch die Anwendung von geeigneten Synthesetechniken, Screeningbedingungen und Analysemethoden. Untergliedert wurde die Arbeit in drei Abschnitte, die sich jeweils mit einer gezielten Fragestellung beschäftigten. Im ersten Teil dieser Arbeit war geplant, die in einem früheren Projekt entdeckten Cysteinproteaseinhibitoren in ihren Hemmeigenschaften noch zu verbessern und Informationen über den Zusammenhang zwischen der Wirkung sowohl am Erreger als auch an den isolierten Zielenzymen und der Struktur der Inhibitoren zu erhalten. Für diese Verbindungsklasse waren P. falciparum (Malaria) und das zugehörige Enzym Falcipain-2, sowie T. b. brucei (Nagana) und das aus T. b. rhodesiense (Afrikanische Trypanosomiasis) stammende Enzym Rhodesain als biologische Angriffspunkte identifiziert worden. Im zweiten Teil stand die Entwicklung einer Screeningmethode im Vordergrund, welche es in Zukunft erlauben soll, die Hauptprotease des HCoV 229E mit Hilfe von harzgebundenen Verbindungen in einem „on bead“ Screening zu untersuchen. Ein Ziel dieser Arbeit war es, durch die Wahl geeigneter Assaybedingungen und harzgebundener Verbindungen eine Screeningmethode an der viralen Cysteinprotease HCoV 229E MPro zu entwickeln. Das Zielenzym stellt einen vielversprechenden Angriffspunkt für die Entwicklung von Inhibitoren dar. Durch die enge strukturelle und evolutionäre Verwandtschaft mit der Hauptprotease des SARS CoV können die Ergebnisse auch für die Entwicklung von Inhibitoren an dieser Protease genutzt werden. Dafür ist die Erforschung von Leitstrukturen notwendig, um geeignete Strukturen zu ermitteln, die Hemmeigenschaften an der Protease aufweisen. Ziel des dritten Projekts war die Identifizierung von Inhibitorstrukturen mit Hilfe einer dynamischen kombinatorischen Bibliothek. Verschiedene Bausteine wurden dazu durch eine reversible Reaktion ins Gleichgewicht gebracht und durch die Zugabe eines Templats – im vorliegenden Fall vorwiegend Cysteinproteasen – die Bildung von thermodynamisch begünstigten Verbindungen verstärkt. Auf diese Weise lassen sich potentielle Inhibitorstrukturen finden. Die zentrale Herausforderung in diesem Projekt bestand sowohl in der Auswahl der Bibliothekszusammensetzung, der Synthese der Komponenten, als auch der Durchführung und Anpassung der Screeningmethode an die Assaybedingungen.