Neue Inhibitoren der Influenza Neuraminidase

Als saisonale und als pandemische Erkrankung stellt Grippe (Influenza) eine der Hauptgefahren unter den Infektionskrankheiten dar. Die Pathogenität der Influenzaviren A und B, den Erregern von Grippe, ist an eine funktionelle Neuraminidase gekoppelt. Dieses membranständige Enzym katalysiert die Abtrennung der Sialinsäure von der Wirtszelle und ermöglicht so die Freisetzung der reifen Viren und damit die Ausbreitung der Infektion. Influenza Neuraminidase (NA) ist eine wichtige pharmakologische Zielstruktur (Target) der antiviralen Therapie und die Hemmstoffe Oseltamivir, Zanamivir und Peramivir werden klinisch angewendet. Die Medikamente verkürzen die Infektionszeit, mildern die Symptome und die Ansteckungsrate. Die Entwicklung neuer hochwirksamer Neuraminidase-Hemmstoffe ist zwingend erforderlich, da vermehrt Mutationen im viralen Enzym registriert werden, die zu zunehmenden Resistenzen gegenüber den zugelassenen Arzneistoffen führen. Während der letzten Jahre wurden erhebliche Daten und Informationen zur NA erfasst, die Hinweise auf noch nicht ausgeschöpfte Angriffspunkte für Inhibitoren geben. Besonders deutlich wurde dies durch neue experimentelle und theoretische Studien, die die hohe strukturelle Flexibilität des Proteins offenbarten. Speziell die chemischen und geometrischen Eigenschaften der Bindetasche, in der die Inhibitoren interagieren, werden durch die Proteinflexibilität beeinflusst. Computer gestützte Methoden waren bereits bei der Entwicklung der ersten Inhibitor-Generation von großer Bedeutung und die jüngsten Fortschritte in der Grundlagenforschung zur NA und die zur Vielfalt der zur Verfügung stehenden Methoden ermöglichen uns ein rationales Konzept zur Entdeckung neuer Inhibitor-Leitstrukturen. Motiviert durch die eindrucksvollen jüngsten Entdeckungen, stellen wir hier ein innovatives Forschungprojekt zur Identifizierung einer neuen Generation Neuramindiase-Inhibitoren vor, das moderne theoretischer und experimenteller Methoden kombiniert. Wir werden die erfassten Mutationen untersuchen, um die Zusammenhänge der Resistenzen auf atomarem Niveau zu verstehen und Bereiche im Protein zu identifizieren, bei denen mit höherer Wahrscheinlichkeit Resistenz hervorrufende Mutationen auftreten. Durch diese Analysen können wir systematisch neue Angriffspunkte in der NA entdecken, da neue intelligente Inhibitoren vorwiegend Wechselwirkungen mit konservierten Strukturen im Protein eingehen werden und sie so einem geringeren Risiko ausgesetzt sind, dass Mutationen ihre Effektivität schwächen. Wir werden die Proteinflexibilität besonders berücksichtigen, da sie für die Protein-Inhibitor-Wechselwirkung entscheidend ist und neue Inhibitoren dadurch Interaktionsmöglichkeiten mit unbeachteten Teilstrukturen der Bindetasche eröffnet werden. Zur Bestätigung der theoretischen Modelle und zur Charakterisierung der Protein-Inhibitor-Wechselwirkung werden wir gängige in-vitro Testungen sowie Surface Plasmon Resonance Technologie einsetzen. Die biologischen Daten werden in einem iterativen Feedback-Prozess in die theoretischen Modelle integriert und dienen dann wieder der Identifizierung idealer Leitstrukturen für Influenza Neuraminidase Inhibitoren.

Als saisonale und als pandemische Erkrankung stellt Grippe (Influenza) eine der Hauptgefahren unter den Infektionskrankheiten dar. Die Pathogenität der Influenzaviren A und B, den Erregern von Grippe, ist an eine funktionelle Neuraminidase gekoppelt. Dieses Enzym katalysiert die Abtrennung der Sialinsa?ure von der Wirtszelle und ermo?glicht so die Freisetzung der reifen Viren und damit die Ausbreitung der Infektion. Influenza Neuraminidase (NA) ist eine wichtige pharmakologische Zielstruktur (Target) der antiviralen Therapie. Heutzutage gibt es eine Reihe von Hemmstoffen, beispielsweise Oseltamivir, Zanamivir und Peramivir, die klinisch angewendet werden. Diese Medikamente verku?rzen die Infektionszeit, mildern die Symptome und die Ansteckungsrate. In Zusammenarbeit mit den Kooperationspartnern konnten im Zuge dieses Projekts neue Hemmstoffe identifiziert werden, die nicht nur die virale Neuraminidase hemmen sondern auch bakterielle Neuraminidasen. Solch duale Inhibitoren können der Ausgangspunkt für die Entwicklung von Medikamenten sein, mit denen man gleichzeitig Grippeerreger und Ko-Infektionen bekämpfen kann. Beim Vergleich verschiedener Neuraminidasen setzten wir verschiedene computer-gestützte Methoden ein, insbesondere solche Methoden, die Proteinflexibilita?t beru?cksichtigen, da sie fu?r die Wechselwirkung der Hemmstoffe mit den Enzymen entscheidend ist. Diese Methoden halfen nicht nur dabei, Hemmstoffe zu identifizieren und ihre Wirkung zu erklären sondern auch unterschiedliches Verhalten zwischen verschiedenen Neuraminidase Enzymen zu verdeutlichen. Neuraminidase ist ein Target, bei der die Proteinflexibilität besonders ausgeprägt ist, und die sich daher für die Anwendung von Simulationsmethoden als besonders spannend aber auch herausfordernd dargestellt hat. Auch bei anderen Zielstrukturen wird das biologische und pharmakologische Verhalten von der Proteinflexibilität beeinflusst, so dass im Rahmen des Projektes auch andere Targets untersucht wurden, mit dem Ziel die theoretischen Methoden zu optimieren. So konnte im Rahmen des Projekts nicht nur bezüglich neuer Influenza Neuraminidase Inhibitoren Fortschritte gemacht werden, sondern allgemein die Bedeutung der Proteinflexibilität für die Wechselwirkung bei Molekülerkennungsprozessen, und auch bei der Suche nach neuen Leitstrukturen mit virtuellen Techniken unterstrichen werden.