Identifikation von Bindungsstellen am GABA-A Rezeptor

Die gamma-aminobuttersäure (GABA) ist der wichtigste inhibitorische Neurotransmitter des Zentralnervensystems. Die meisten seiner Wirkungen werden durch GABA A Rezeptoren vermittelt. Bei diesen handelt es sich um Chloridkanäle, die durch Bindung von GABA geöffnet werden können und aus fünf Protein-Untereinheiten bestehen. GABA A Rezeptoren vermitteln die Wirkung vieler klinisch bedeutsamer Wirkstoffe wie Angstlöser, Anästhetika, Antikonvulsiva, Muskelrelaxantien, Schlafmittel, so wie Substanzen, die Lernen und Gedächtnis beinflussen können. GABA A Rezeptoren mit unterschiedlicher Untereinheitszusammensetzung sind durch verschiedene pharmakologische Eigenschaften gekennzeichnet und zeigen spezifische regionale und zelluläre Verteilung im Gehirn. Die meisten Pharmaka interagieren mit mehreren Rezeptor-Subtypen und zeigen daher ein breites Wirkspektrum. Pharmaka mit selektiver Wirkung auf spezifische Subtypen würden selektivere klinische Wirkungen und daher reduzierte Nebenwirkungen aufweisen. Obschon viele Substanzen entwickelt wurden, die den GABA-induzierten Chlorid Strom dieser Rezeptoren modulieren, sind für die wenigsten die Bindungsstellen am Proteinkomplex bekannt. Strukturmodelle, die von der Antragstellerin entwickelt wurden, weisen auf die Existenz vieler möglicher Bindungstaschen hin. In diesem Projekt sollen mit Modellrechnungen und elektrophysiologischen sowie biochemischen Experimenten sowohl die Struktur einiger dieser hypothetischen Bindungstaschen systematisch untersucht, als auch Bindungspartner identifiziert werden. Einzelne Aminosäuren, die sich laut Berechnung in diesen Taschen befinden, sollen in Cysteine umgewandelt und dann mit Sulfhydril reaktiven Reagenzien modifiziert werden. Dies kann zu einer sterischen Behinderung der Bindung möglicher Liganden, sowie zu einem Verlust ihrer Wirkung im elektrophysiologischen Experiment führen. Es sollen dann weitere Experimente zur Erhärtung solcher Hinweise und zur Abtastung struktureller Gegebenheiten in den Taschen durchgeführt und die Ergebnisse in verbesserte Strukturmodelle integriert werden. Jede Substanz, für die eine Bindung in einer bestimmten Tasche nachgewisen werden kann, ist als Prototyp für weitere Substanzentwicklung von eminenter Wichtigkeit. Die Projektergebnisse werden außerdem zu besseren Strukturmodellen dieses bedeutsamen Rezeptors und letztlich zu einer strukturgeleiteten Substanzentwicklung beitragen.

Das wissenschaftliche Projektziel war, neue Bindestellen an GABA-A Rezeptoren für innovative Behandlungsansätze zu finden. Viele wichtige Medikamente, die etwa in der Narkose, in der Behandlung von Schlafstörungen, Angststörungen oder Epilepsie Verwendung finden, binden an diesem wichtigsten hemmenden Rezeptortyp des Zentralnervensystems, dem GABA-A Rezeptor (Gamma-amino Buttersäure Rezeptor Typ A). Viele Subtypen dieses Rezeptors existieren und innovative Ansätze in der Medikamentenforschung zielen auf selektive Beeinflussung einzelner Typen ab, da unselektiv wirksame Stoffe zu unerwünschten Wirkungen wie Schläfrigkeit als Nebenwirkung eines Antiepileptikums führen können. Bedingt durch die komplexe Struktur dieser Rezeptoren sind überdies noch nicht alle Bindestellen bekannt, an denen Wirkstoffe angreifen können. Um Wirkstoffe passgenau entwickeln zu können, ist Kenntnis der Bindestelle wichtig. Hauptziel dieses Projektes war daher, bislang nicht bekannte Bindestellen an GABA-A Rezeptoren mit molekurarbiologischen und pharmakologischen Techniken zu lokalisieren und zu untersuchen, und Stoffe, die an diesen Bindestellen wirken und somit in der Behandlung von Schlafstörungen, Angststörungen oder Epilepsie neue therapeutische Ansätze ermöglichen könnten, zu identifizieren. Das zentrale Ergebnis der Projektarbeiten war die Identifikation einer bislang unbekannten Bindestelle. Diese zeigt hohe Ähnlichkeit mit der bereits bekannten und vielfach therapeutisch verwendeten Bindestelle für Benzodiazepine. Daher wurden auch Strukturmodelle für Letztere im Rahmen des Projektes entwickelt, die es längerfristig ermöglichen werden, die Struktur der neu entdeckten Bindestelle, für die es noch wenige Daten gibt, zu untersuchen. Für die neue Bindestelle die von zwei Untereinheiten gebildet wird, wurde auch gezeigt, dass die Erkennung von Rezeptor Subtypen über beide beteiligten Untereinheiten möglich ist und daher selektiv wirksame Stoffe entwickelt werden können. Zusammenfassend hat das Projekt den Grundstein für neue therapeutische Prinzipien an diesem wichtigen Rezeptor legen können. Unsere derzeitigen Arbeiten zielen nun darauf ab, mehr Stoffe zu finden, die an diesen Bindestellen möglichst selektiv wirksam sind, um eine möglichst breite Palette an Stoffen als "Leads" für eine Weiterentwicklung in Richtung Medikament zu erschaffen.