Die biologischen Angriffsziele von Rugulacton und Illudin S: Eine funktionelle und mechanistische Analyse

• Antragsteller: Professor Dr. Stephan A. Sieber
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 233925483

Seit jeher sind Naturstoffe eine wichtige Grundlage der Humanmedizin und bis heute basieren die meisten modernen Wirkstoffe auf ihnen oder ihren Derivaten. Naturstoffe können als prävalidierte potentielle Wirkstoffe betrachtet werden und obwohl sie üblicherweise mit multiplen Proteinangriffszielen (Targets) wechselwirken, sind die Identitäten der meisten Targets jedoch unbekannt. Die Identifizierung und Charakterisierung dieser Bindungspartner ist daher eine wichtige Grundlage für ein besseres Verständnis des Wirkungsmechanismuses. Dieser Antrag befasst sich mit der genauen Charakterisierung von Illudin S und Rugulacton. Unsere Platform zur Untersuchung beinhaltet chemisch-proteomische Methoden sowie weitere biologische Strategien zur funktionellen Charakterisierung. Illudin S ist ein Naturstoff mit potenten anti-tumoralen Eigenschaften besonders auch in Bezug auf multi-resistente Krebszelllinien. Obwohl der primäre Wirkungsmechanismus von Illudin S vermutlich auf die Alkylierung von DNA zurückzuführen ist, wurden der Einfluss der Protein-targets auf einen möglichen anti-tumoralen Beitrag oder ungewollte Toxizität bisher nicht untersucht. Im Rahmen dieses Antrags soll daher das Design von molekularen Sonden auf der Basis der Illudin-Grundstruktur als Ausgangspunkt für die Identifizierung dieser Targets vorgestellt werden. Der Inhibitionsmechanismus sowie die funktionelle Bedeutung der Angriffsziele werden mit Kristallstrukturen, Gen-Deletionen, Proteomanalysen und quantitativer PCR (qPCR) genauer geklärt.Rugulactone ist der erste bekannte und von uns kürzlich identifizierte Inhibitor von ThiD, einem essentiellen Enzym in der bakteriellen Thiamin-Biosynthese. Enzyminhibitoren bakterieller metabolischer Stoffwechselwege stellen seit langem einen vielversprechenden Ansatz für die Entwicklung neuer antibakterieller Wirkstoffe dar. Ganz ähnlich wie Folat (Vitamin B9) ist Thiamin (Vitamin B1) für alle Lebewesen ein lebensnotwendiger Cofaktor. Obwohl die meisten Mikroorganismen Thiamin de novo synthetisieren können, sind Menschen und Tiere ausschließlich auf die Aufnahme über die Nahrung angewiesen. Aufgrund dieses Unterschieds stellt die Inhibition essentieller Enzyme der Thiamin Biosynthese einen bisher nicht beachteten, vielversprechenden Ansatz für die Entwicklung neuer Antibiotika dar. In Mycobacterium tuberculosis (MT), dem Erreger der Tuberkulose (TB), ist ThiD als essentielles Enzym identifiziert worden. Zusätzlich verfügt MT nicht über die notwendigen Gene für eine Thiamin Aufnahme sondern ist ausschließlich auf die de novo Synthese von Vitamin B1 angewiesen. Aus diesem Grund ist die Inhibition von MT ThiD ein interessantes Target für die Entwicklung neuer Antituberkulotika. Aufbauend auf SAR-Analysen von Rugulactone als Leitstruktur ist es daher das Ziel die Inhibition und das Potential von MT ThiD als neues drug-target zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen