Auslöser und Angriffspunkte der Ascaridol-Wirkung in Leishmanien

Leishmaniose, eine Erkrankung, die durch Protozoen-Parasiten verursacht wird, ist in 98 Ländern endemisch und stellt ein ernstes globales Gesundheitsproblem dar. Die Inzidenz der Leishmaniose erhöht sich wegen der Zunahme an Vektoren durch die globale Erwärmung .Derzeit ist die Chemotherapie die Hauptstütze für die Kontrolle der Leishmaniose. Ascaridol (Asc) ist eine chemisch definierte Endoperoxid-Verbindung, die in bestimmten Pflanzen biosynthetisiert wird. Ätherische Öle aus Pflanzen, die Asc enthalten, wurden erfolgreich in der experimentellen Behandlung der kutanen Leishmaniose in einem Mausmodell getestet. Aus pharmakologischer Sicht ist Asc ein Prodrug, welches eine Aktivierung benötigt. Die mechanistischen Faktoren der Asc-Aktivierung und seiner Wirkung in Leishmanien sind jedoch noch unklar. Daher soll in diesem Forschungsprojekt der Wirkmechanismus von Asc in Leishmanien auf molekularer, subzellulärer und zellulärer Ebene am Modellorganismus L. tarentolae im Vergleich zu Makrophagen / Monozyten- Zelllinien von Säugetieren untersucht werden. Das vorgeschlagene Forschungsprojekt wird die spezifischen Auslöser der Asc-Aktivierung in diesen Zellen und die bevorzugten Angriffspunkte, die die Zytotoxizität in Leishmanien verursachen, aufklären und damit mögliche Gründe für dessen Selektivität aufdecken. Insbesondere soll die Rolle von Häm-Eisen und von niedermolekularem Eisen des labilen Eisen-Pools bei der Asc-Aktivierung mit Hilfe der Elektronenspinresonanz (ESR) Spektroskopie untersucht werden. Die mechanistischen Studien werden durch die Synthese von Endoperoxid-Derivaten des Asc und die Verwendung von Nicht- Endoperoxid Asc-Analoga unterstützt, welche Struktur-Aktivitäts-Studien ermöglichen sollen. Die Rolle der selektiven Toxizität von Asc wird durch Vergleichsstudien mit Monozyten/Makrophagen- Zelllinien sowie metabolischen Enzymen aus Säugetieren untersucht. Behandlungsrelevante Ergebnisse aus den mechanistischen Studien werden in einem Mausmodell für kutane Leishmaniose überprüft. Auf Grundlage der Informationen über den Wirkmechanismus von Asc werden synergistische Effekte mit Metall-Komplexbildnern aus der Krebstherapie in ihrer Wirkung gegen Leishmanien identifiziert. Die in diesem Projekt identifizierten Wirkmechanismen werden dazu beitragen, die Bedingungen für eine wirksame Anwendung der Endoperoxide vom Asc-Typ als Wirkstoffe gegen Leishmanien zu verstehen. Keywords: Leishmanien, Ascaridol, Mitochondrien, Freie Radikale, ESR Spektroskopie

Auslöser und Angriffspunkte der Ascaridol-Wirkung in Leishmanien Die Leishmaniose ist eine Infektionskrankheit von Menschen und anderen Säugetieren, die durch einzellige Parasiten (Leishmanien) verursacht wird. In Abhängigkeit von den Leishmanien-Spezies kann diese Krankheit sogar zum Tod führen. Jedes Jahr treten bis zu 1 Million neue Infektionen und etwa 70.000 Todesfälle auf. Die heimtückische Eigenschaft von Leishmanien ist, dass sie sich in Makrophagen vor dem Immunsystem verstecken, was auch die pharmakologische Behandlung erschwert. In Modellversuchen wurde gezeigt, dass das ätherische Öl der Pflanze Chenopodium ambrosioides antileishmanielle Eigenschaften besitzt. Ein Hauptbestandteil dieses Öls ist das Endoperoxid Ascaridol. Dieses Projekt wurde gestartet, um den antileishmaniellen Mechanismus von Ascaridol und verwandten Endoperoxiden zu untersuchen. Es wurde Grundlagenforschung unter Verwendung hochentwickelter Radikal-Detektion und anderer bioanalytischer Methoden in Zellkulturmodellen von Leishmanien und Wirtsmakrophagen durchgeführt. Experimentelle Daten zeigten, dass für die antileishmanielle Wirkung des Endoperoxids Ascaridol dessen Aktivierung durch Eisenverbindungen notwendig ist, welche zu Kohlenstoff-zentrierten Radikal-Zwischenprodukten in Leishmanien führt. Daher wurden die Eigenschaften des intrazellulären Eisens in Leishmanien und Wirtsmakrophagen untersucht. Leishmanien enthalten etwa doppelt so hohe Gesamteisenkonzentrationen wie Wirtsmakrophagen. Darüber hinaus ist der Beitrag des labilen Eisenpools (redox-aktives Eisen, das mit Peroxiden reagieren kann) bei Leishmanien viel höher als bei Wirtsmakrophagen. Dies erklärt teilweise die höhere Empfindlichkeit von Leishmanien im Vergleich zu Wirtsmakrophagen für Ascaridol und andere Endoperoxide. Mitochondrien und zur Oxidation neigende zelluläre Komponenten (Thiolgruppen) wurden als Angriffspunkte von Ascaridol-abgeleiteten Radikalen identifiziert, die letztendlich die Lebensfähigkeit von Leishmanien beeinträchtigen. Die Aktivität von Ascaridol gegen intrazelluläre Parasiten konnte in einem Zellmodell von Mausmakrophagen, die intrazelluläre Leishmanien enthielten, bestätigt werden. Um die Rolle der Molekülstruktur von Ascaridol und insbesondere der Endoperoxidgruppe zu verstehen, untersuchten wir ein anderes natürliches Endoperoxid, Artemisinin, das in der Malariatherapie verwendet wird, und synthetische Endoperoxide, die von Anthracen abgeleitet sind. Dieser Vergleich ergab, dass die meisten dieser Verbindungen eine antileishmanielle Aktivität besitzen. Die Struktur jenseits der Endoperoxidgruppe bestimmt jedoch die tatsächlichen Aktivierungspartner für die Bildung von Radikalen, das Eindringen der Verbindungen in die Zellen und daher die Selektivität dieser Verbindungen für Leishmanien gegenüber Wirtsmakrophagen. Zusätzlich wurde für Artemisinin der intrazelluläre Abbau von Häm (Eisen, das aus der Verdauung roter Blutkörperchen in Makrophagen stammt) in Leishmanien als wichtiger Aktivator identifiziert. Über die zellulären Modelle hinaus wurden ausgewählte Endoperoxide in einem Mausmodell der kutanen Leishmaniose untersucht, welche durch eine Infektion mit Leishmania amazonensis ausgelöst wurde. Mehrere Endoperoxide, einschließlich Ascaridol und Artemisinin, konnten die Parasitenbelastung und die Läsionsgröße bei diesen Infektionen verringern. Diese mechanistischen Befunde und ersten In-vivo-Ergebnisse legen nahe, dass natürliche und synthetische Endoperoxide vielversprechende Kandidaten für antileishmanielle Arzneimittel sein und mögliche intrazelluläre Reaktionspartner vorhersagen könnten. Diese Ergebnisse bilden die Grundlage für die Weiterentwicklung von aus Endoperoxid-abgeleiteten stammenden Antileishmanika.