IspDF – Mevalonat-unabhängige Terpenbiosynthese

IspDFaus Helicobacter pylori: Die Mevalonat-unabhängige Terpenbiosynthese als Wirkungsort neuer Medikamente

Dr. Boris Illarionov, Prof. Dr. Markus Fischer

Helicobacter pylori ist ein Bakterium, das sich in der Magenschleimhaut des Menschen ansiedelt und dadurch schwere Erkrankungen wie eine chronische Gastritis oder Magenkarzinome auslösen kann. Dabei sind in Industrieländern ca. 30 % der erwachsenen Bevölkerung mit H. pylori infiziert, in Entwicklungsländer sogar mehr als 50 %. Zur Bekämpfung sind verschiedene Therapiemöglichkeiten mit Antibiotika bekannt, doch ist die Anzahl der resistenten Stämme ansteigend. So sind beispielsweise bereits 32 % der H. pylori Stämme in Südtaiwan gegen Metronidazol, ein im Rahmen einer Triple-Therapie häufig eingesetztes Antibiotikum, resistent. Der Mevalonat-unabhängige Terpenbiosyntheseweg, der in H. pylori die einzige Terpen-Quelle ist, im menschlichen Organismus aber nicht vorkommt, bietet sich ideal als Wirkungsort für Entwicklung neuer Medikamenten gegen dieses Bakterium.

In dem von der Hans-Fischer-Gesellschaft unterstützen Projekt wurde das bifunktionale Enzym IspDF im High Throughput Screening gegen eine 103.000 Wirkstoffe umfassende Substanz-Bibliothek getestet, mit dem Ziel Hemmstoffe zu identifizieren. Am Biosyntheseweg sind insgesamt sieben Enzyme beteiligt, wobei sich die vorliegende Arbeit mit der Hemmung des dritten und fünften Schrittes, d.h. der Reaktion von 2C-Methyl-D-erythritol-4-phosphat zu 4-Diphosphocytidyl-2C-methyl-D-erythritol und von 4-Diphosphocytidyl-2C-methyl-D-erythritol-2-phosphat zu 2C-Methyl-D-erythritol-2,4-cyclodiphosphat katalysiert durch das Enzym IspDF, befasst. Dabei wurde ein optisches Enzym-Testsystem verwendet, wobei zunächst die IspD-Aktivität des Enzyms untersucht wurde. Die gefundenen Hemmstoffe wurden verifiziert und schließlich die IC50-Werte bestimmt. Dabei wiesen 29 % der 278 Inhibitoren Werte von unter 10 µM auf. Bemerkenswert war zudem, dass unter den vielversprechendsten Wirkstoffen einige Vertreter spezifischen Strukturfamilien zugeordnet werden konnten. Mittels 13C-NMR-Spektroskopie wurden die photometrischen Daten bezüglich der Hemmung gegen die IspD-Aktivität bestätigt. Zudem wurde von den besten Hits die Hemmwirkung auch auf die IspF-Aktivität im NMR-Assay getestet, wobei keine signifikante Wirkung festgestellt werden konnte. Außerdem konnte eine Hemmwirkung der besten Inhibitoren auch gegen IspD aus Plasmodium falciparum bewiesen werden.

Im Weiteren soll der Hemmmechanismus ausgewählter Inhibitoren mittels Mode-of-Inhibition-Assays untersucht werden und zudem weitere Analoga zu vielversprechenden Strukturfamilien getestet werden.