Modulation der Multiresistenz gegen Toxine

Forschungsprojekt P 13851Modulation der Multiresistenz gegen ToxinePeter CHIBA11.10.1999 Resistenz gegen Arzneistoffe stellt einen wesentlichen Grund für Therapieversagen dar. Davon betroffen sind vor allem die Therapie microbieller und parasitärer Erkrankungen sowie die Zytostatika-Therapie von Krebserkrankungen. Sehr häufig wird hierbei das gleichzeitige Auftreten von Resistenz gegen strukturell und fimktionell unterschiedliche Pharmaka beobachtet. Diese pleiotrope Resistenz oder Multiresistenz (englisch: "multidrug-resistance") schränkt die Möglichkeiten für eine weitere Therapie des Patienten meist dramatisch ein. Als eine Ursache dieser Multiresistenz wurden in der Plasmamembran lokalisierte Effluxpumpen erkannt, die unter Energieverbrauch in die Zelle oder Plasmamemran eingedrungene Toxine wieder aus der Zelle hinauspumpen und daher verhindem, dass diese ihren intrazellulären Wirkort erreichen. Viele der in der antimikrobiellen und in der systemischen. Krebstherapie eingesetzten Substanzen sind natürlich vorkommende Giftstoffe. Im Laufe der Evolution sind in Prokaryoten und niederen und höheren Eukaryoten viele derartige Transportsysteme entstanden, die jedoch strukturelle und funktionelle, Gemeinsamkeiten erkennen lassen. Eine der hervorstechendesten Eigenschaften dieser Transportsysteme ist ihre bereits angesprochene breite (oder geringe) Substratspezifität. Einer der am besten charakterisierten Vertreter dieser Effluxpumpen ist P-glycoprotein (Pgp), das in verschiedenen Geweben des Körpers konstitutiv exprimiert wird und in den meisten menschlichen Tumoren nachgewiesen werden kann. In den letzten Jahren wurde versucht, die Sensitivität von Tumorzellen gegen Zytostatika durch Hemmung von Pgp wiederherzustellen. Trotz umfangreicher Untersuchungen. konnte die molekulare Grundlage der Interaktion von Hemmstoffen mit Pgp nicht aufgeklärt werden. Da Pgp ein lipophiles Transmembranprotein ist, konnten Röntgen-kristallographische Daten des Proteines bisher nicht erhalten werden. Der vorliegende Antrag versucht, die Frage nach der Interaktion zwischen Hemmern und Pgp durch Liganden-Design und eine, neue Photoaffinitäts-markierungsstrategie zu untersuchen. Dieses Konzept beruht auf der strukturellen Variation von Propafenon-Analoga, die als Hemmstoffe von Pgp wirken , wobei im Rahmen eines kombinatorischen Ansatzes pharmakophore Teilstrukturen der Moleküle identifiziert werden. Die Markierung der Bindungsstelle(n) am Pgp erfolgt mit Propafenon-Analoga, die in inherent photoaktivierbaren pharmakophoren Teilstrukturen aktiviert werden. Die Reinigung markierter Fragmente erfolgt nach ligandenspezifischer chemischer Derivatisierung. Dieser experimentelle Ansatz könnte auch bei der Photomarkierung anderer Proteine und in der nachfolgenden Reinigung markierter Proteinfragment zum Einsatz kommen.

Die Arzneistoff-Multiresistenz (engl.: multidrug resistance, MDR) stellt eine große medizinische Herausforderung bei der Therapie des Krebses sowie bei infektiösen Erkrankungen dar. Die Weltgesundheitsorganistation WHO hat festgestellt, dass multiresistente Keime für mehr als 60% der Hospitalismusinfektionen verantwortlich sind (WHO Presseaussendung 41, Genf 2000). Therapieresistente Keime, die Pneumonien, Cholera und Tuberkulose verursachen, sind weitverbreitet und schwierig zu behandeln. Bei Krebserkrankungen spielt ein ähnlicher Mechanismus für Zytostatikaresistenz eine wesentliche Rolle. Die Alternativen bei Patienten mit therapieresistenter Erkrankung sind stark eingeschränkt. Eine wesentliche Ursache für Arzneistoffresistenz ist die Expression von Arzneistoffeffluxpumpen in der Zellmembran. Diese Pumpen gewinnen ihre Energie durch die durch Spaltung von ATP bzw. durch Protonengradienten und sind in der Lage, Arzneistoffe gegen einen Konzentrationsgradienten aus der Zelle zu pumpen. Medikamente können dadurch ihren intrazellulären Wirkort nicht mehr erreichen und werden unwirksam. Während früher häufig Resistenzen beobachtet wurden, die auf einzelne Arzneistoffe beschränkt waren, sind die durch Effluxpumpen bedingten Resistenzen Multiresistenzen. Das bedeutet, dass eine große Anzahl strukturell und funktionell unterschiedlicher Zytostatika, Antibiotika, Anitmykotika und Antiparasitika nicht mehr wirksam sind. Eine der am besten untersuchten Arzneistoffeffluxpumpen ist P-Glycoprotein (P-gp, ABCB1), ein ATP-abhängiger Arzneistofftransporter, der Zytostatikaresistenz in humanen Tumorzellen vermittelt. P-gp stellt ein Paradigma für eine Reihe von strukturell und funktionell verwandten mikrobiellen Effluxpumpen dar. Über die atomare Struktur des Proteins und den Mechanismus des Arzneistofftransportes ist wenig bekannt. In unserer Gruppe wurden Studien zur Struktur und Funktion dieses Proteins mittels Photoaffinitätsmarkierung, hochauflösender Massenspektrometrie und Proteinhomologiemodellerstellung durchgeführt. Die Ergebnisse haben zu einem besseren Verständnis der molekularen Grundlage des Transportprozesses geführt und stellen die Grundlage für die Entwicklung von neuen Arzneistoffen dar, die in der Krebstherapie und bei infektiösen Krankheiten eingesetzt werden können.