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Arbeitskreis Schlitzer

Prof. Dr. M. Schlitzer

 

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Arbeitsgebiete

 

ausgewählte Publikationen

 

Mitarbeiter gesucht

 

Praktikum 3.Semester

 

Arzneistoffvorlesung

 

 

Arbeitsgebiete:

Das generelle Arbeitsgebiet der Arbeitgruppe ist die strukturbasierte Entwicklung neuer Wirkstoffe, wobei z. Zt. solche Substanzen im Vordergrund stehen, die potentiell als Anti-Infektiva einsetzbar sind. Aktuell werden folgende molekulare Zielstrukturen bearbeitet:

- Farnesyltransferase
- Desoxyxylosephosphat - Reduktoisomerase
- Aldose - Reduktose

Die Entwicklung neuer Wirkstoffe orientiert sich dabei an bekannten Kristallstrukturen der Enzyme und erfolgt in enger Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Prof. Klebe (Universität Marburg) und verschiedenen anderen Gruppen im In- und Ausland.


Strukturbasierte Entwicklung von Farnesyltransferase-Inhibitoren

Die Farnesyltransferase katalysiert die kovalente Modifikation zahlreicher Proteine, die an der intrazellulären Signaltransduktion beteiligt sind. Die Substrate der Farnesyltransferase zeichnen sich durch eine C-terminale 4 Aminosäuren umfassende Konsensussequenz aus, die sogenannte CAAX-Box (C: Cystein; A: Aminosäure mit aliphatischer Seitenkette; X: Serin oder Methionin). Die Farnesyltransferase überträgt einen Farnesylrest von Farnesylpyrophosphat auf das Thiol der Cysteinseitenkette.

Entwicklung einer CAAX-peptidomimetischen Partialstruktur

Zunächst haben wir eine eigene CAAX-peptidomimetische Partialstruktur entwickelt. Als wir mit diesen Arbeiten begonnen haben, war die Kristallstruktur der FTase noch nicht bekannt. Wir sind daher von dem natürlichen Substrat, dem CVIM-Tetrapeptid ausgegangen, haben dies in einzelne Partialstukturen zerlegt und diese dann in molekulare Eigenschaften übersetzt. Auf diesem Wege gelangten wir zu einem Pharmakophormodell, das wir anschließend in ein konkretes Molekül übersetzt haben. Das so erhaltene Benzophenon 1 hemmt die FTase mit einem IC50-Wert von 650 nM und qualifizierte sich damit als Leitstruktur einer neuen Klasse von FTase-Inhibitoren. Anschließende Strukturoptimierungen führten zu dem Derivat 2 mit annähernd 10fach verbesserter Wirksamkeit.

 

Die folgenden Bilder zeigen eine gute Übereinstimmung essentieller Eigenschaften unseres Inhibitors 2 mit der mittlerweile bekannt gewordenen enzymgebundenen Konformation des CVIM-Peptids. Dementsprechend läßt es sich gut in die Peptidbindetasche des aktiven Zentrums der FTase eindocken.


Entwicklung von thiolfreien Farnesyltransferase-Inhibitoren

FTase-Inhibitoren des Typs 2 weisen jedoch noch den Nachteil einer freien Thiolfunktion auf, einem unerwünschten Strukturelement in potentiellen Arzneistoffen. Wir und andere haben gezeigt, daß sich der Cysteinylrest in solchen Peptidomimetika durch aromatische Strukturen ersetzen läßt. Diese Beobachtung führte zu dem Postulat von mindestens einer, bis dahin unbekannten, Arylbindetasche in der FTase.
Durch das flexible Docken von Modellsubstanzen und mit Hilfe einer „Grid“-Analyse konnten wir diese Arylbindetaschen lokalisieren.


Anschließend haben wir dann Derivate unseres Benzophenon-Grundgerüsts entworfen, die in der Lage sind, mit einer Biarylstruktur spezifisch die oben gelb markierte Arylbindetasche zu besetzen. Die unter anderen so entstandene Substanz 3 weist eine gute FTase-Hemmung auf. Die Abb. zeigt die Verbindung 3 im aktiven Zentrum der Farnesyltransferase.

Durch weitere hier nicht gezeigte Modifikationen wurde die Aktivität dieser Verbindungen um eine weitere Größenordnung gesteigert und die Wasserlöslichkeit verbessert.

s. auch: M. Schlitzer Structure Based Design of Benzophenone-Based Non-Thiol Farnesyltransferase Inhibitors Curr. Pharm. Design 2002, 8, 1713-1722.


Farnesyltransferase-Inhibitoren als Anti-Malaria Wirkstoffe

Ursprünglich wurden Farnesyltransferase-Inhibitoren mit dem Ziel entwickelt, zu neuen Tumortherapeutika zu gelangen. Die Substanzen verschiedener Pharmafirmen befinden sich mittlerweile in fortgeschrittenen Stadien der klinischen Prüfung.
Farnesyltransferasen wurden jedoch auch in verschiedenen pathogenen Mikroorganismen wie z.B. in Plasmodium falciparum, dem Erreger der Malaria tropica, gefunden. Unterschiede in der Sequenz zwischen humaner und plasmoidaler FTase lassen die Entwicklung spezifischer Hemmstoffe möglich erscheinen.
Einige unserer Farnesyltransferase-Inhibitoren hemmen in vitro das Wachstum eines multiresistenten Plasmodienstamms in niedrigen nanomolaren Konzentrationen. Durch gezielte Modifikationen konnten zum ersten Mal Farnesyltransferaseinhibitoren erhalten werden, die in vivo (P. vinckei-infizierte Maus) gegen Malariaparasiten wirksam sind.

s. auch: J. Wiesner, K. Kettler, J. Sakowski, R. Ortmann, A. M. Katzin, E. A. Kimura, K. Silber, G. Klebe, H. Jomaa, M. Schlitzer Farnesyltransferase-Inhibitoren hemmen das Wachstum von Malariaerregern in vitro und in vivo Angewandte Chemie 2004, 116, 254 - 257; Angewandte Chemie Int. Ed. 2004, 43, 251 - 254.

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Entwicklung von DOXP-Reduktoisomerase-Inhibitoren

Die Desoxy-D-Xylose-5-Phosphat-Reduktoisomerase (DXR) katalysiert einen Schlüsselschritt in der sog. Mevalonat-unabhängigen Isoprenoid-Synthese. Isopentenylpyrophosphat (IPP) ist der Baustein, von dem sich viele Isoprenoide ableiten. Die Biosynthese von IPP kann auf zwei alternativen Wegen erfolgen. Beim Mensch findet diese Synthese ausschließlich über den gut bekannten Mevalonat-Weg statt, während viele pathogene Mikroorganismen ausschließlich den DOXP-Weg nutzen. Enzyme dieses Stoffwechelweges stellen daher ausgezeichnete Zielstrukturen für die Entwicklung selektiver Wirkstoffe dar.

Die einzigen bekannten Inhibitoren der DXR sind Fosmidomycin und FR900098:

Durch die Entwicklung verschiedener Prodrugs des Wirkstoffes FR900098 konnten wir die orale Resorption dieser Verbindung entscheidend verbessern.

s. auch: R. Ortmann, J. Wiesner, A. Reichenberg, D. Henschker, E. Beck, H. Jomaa, M. Schlitzer Acyloxyalkyl Ester Prodrugs Of FR900098 With Improved In Vivo Antimalarial Activity Bioorg. Med. Chem. Lett. 2003, 13, 2163 - 2166.

Die weiteren Arbeiten zielen auf die Entwicklung neuer Hemmstoffe der DXR ab, deren Strukturen deutliche Unterschiede zu den bekannten Wirkstoffen aufweisen.

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Aldose - Reduktase

Die Aldose-Reduktase katalysiert die insulin-unabhängige Reduktion von Glukose zu Sorbitol. Ein Zusammenhang zwischen dieser enzymatischen Umsetzung und der Entstehung diabetischer Spätschäden wurde nachgewiesen. Die Aldose-Reduktase stellt eine Herausforderung für die Wirkstoffentwicklung dar, da 1. ein Selektivitätsproblem zu der eng verwandten Aldehyd-Reduktase besteht, und 2. die Aldose-Reduktase in verschiedenen Konformationen existiert. In Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Prof. Klebe (Uni Marburg) sollen Inhibitoren entwickelt werden, die spezifisch für einzelne Konformationen der Aldose-Reduktase sind.

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