Histon-modifizierende Enzyme
Übersicht
- Strukturbasiertes Design und virtuelles Screening an Histon-modifizierenden Enzymen - Methyltransferasen, Acetylasen und Desacetylasen
- I) Strukturbasierte Entwicklung neuer Hemmstoffe für Histondesacetylasen (HDAC) und Acetyltransferasen (HAT)
- II) Struktur-basierte Entwicklung und Optimierung von Hemmstoffen für Sirtuin-Typ Histondesacetylasen
- III) Virtuelles Screening nach Hemmstoffen von Histon-methyltransferasen
Strukturbasiertes Design und virtuelles Screening an Histon-modifizierenden Enzymen - Methyltransferasen, Acetylasen und Desacetylasen
I) Strukturbasierte Entwicklung neuer Hemmstoffe für Histondesacetylasen (HDAC) und Acetyltransferasen (HAT)
Histondesacetylasen (HDAC) und -acetylasen (HAT) sind an der Steuerung von Replikation und Transkription von DNA beteiligt. Die Histondeacetylases HDAC sind zinkabhängige Amidohydrolases, die im Zusammenspiel mit der entsprechenden Histonacetylase (Esa1) die Übertragung bzw. Abspaltung eines Acetylrests auf ein Lysin, am N-Terminus eines Histons, katalysiert. Durch die Hemmung der Histondeacetylase kommt es zu einer Hyperacetylierung der Histone und führt in der Regel zu einer Genaktivierung, die dann Differenzierung oder Apoptose von Zellen bewirken kann. Ein mögliches Einsatzgebiet für Inhibitoren der HDACs ist die Tumortherapie. Auf der Basis von Dockingstudien an verschiedenen HDACs soll das Bindungsverhalten von HDAC Liganden untersucht werden. Desweiteren werden virtuelle Screeningverfahren eingesetzt um für HDAC und HAT neue Leitstrukturen zu finden. Die Synhtesevorschläge des struktubasierten Designs werden mit Methoden der Medizinischen Chemie im Labor umgesetzt.
Weitere Informationen: A-PARADDISE website (http://a-paraddise.cebio.org/ ). German press release.http://pressemitteilungen
hallelife.de
Kooperation: Prof. Dr. M. Jung, Department of Pharmaceutical Sciences; University of Freiburg, Germany (Analysis of the in-vitro enzyme-inhibition, synthesis of novel bioactive molecules). Dr. Chris Romier, IGBMC, Universite Strasbourg, France (X-ray crystallography).
II) Struktur-basierte Entwicklung und Optimierung von Hemmstoffen für Sirtuin-Typ Histondesacetylasen
Histon-Desacetylasen sind Enzyme, die die Desacetylierung von Lysinresten in Histonen, aber auch anderen Proteinen, katalysieren und damit deren Aktivität beeinflussen. Sie lassen sich in drei Klassen einteilen. Die Klassen I und II werden von zinkabhängigen Enzymen gebildet, deren Hemmstoffe sich bereits in klinischen Studien zur Krebstherapie befinden. Die Subtypen der Klasse III (Sirtuine) sind in ihrer Katalyse abhängig von NAD+.
Erste potente Hemmstoffe von humanen Sirtuinen sind in der Arbeitsgruppe von Prof. Jung, Universität Freiburg synthetisiert worden. In den aktuellen Arbeiten sollen weitere Struktur-Wirkungs-Beziehungen an Sirtuin-Hemmstoffen aufgestellt werden um zu Substanzen mit höherer Wirkstärke und besserer Wasserlöslichkeit zu gelangen. Die Erstellung der Struktur-Wirkungs-Beziehungen soll mit Hilfe bekannter Sirtuin-Kristallstrukturen und Methoden des Molecular Modellings unterstützt werden. Selektive potente Hemmstoffe sollen ein besseres Verständnis der Funktion der Sirtuine ermöglichen und zur Abklärung des therapeutischen Potentials dieser Wirkstoffklasse führen.
Kooperation: Prof. Dr. M. Jung, Department of Pharmaceutical Sciences; University of Freiburg, Germany (Analysis of the in-vitro enzyme-inhibition, synthesis of novel bioactive molecules). Prof. Mike Schutkowski, Institute of Biochemistry, MLU Halle-Wittenberg
III) Virtuelles Screening nach Hemmstoffen von Histon-methyltransferasen
Enzymatisch katalysierte kovalente Modifikationen (z.B. Acetylierung und Methylierung) an Lysinen und Argininen in Histonen liefern einen wichtigen Beitrag zur epigenetischen Transkriptionsregulation. Die Summe der resultierenden Kombinationen verschiedener Modifikationszustände wird als Histon-Code bezeichnet. Hemmstoffe Histon modifizierender Enzyme sind interessante mechanistische Werkzeuge und im Falle der Histon-Desacetylasen auch bereits Gegenstand klinischer Studien zur Krebstherapie. Ein rationaler Zugang zu solchen Hemmstoffen ist daher von großem Interesse.
Auf Basis von Kristallstrukturen von Ratten PRMT1 wurde ein Homologiemodell für die aktive Form der humanen PRMT1 erstellt und für ein virtuelles Screening nach Inhibitoren durchgeführt. Das virtuelle Screening wird in einer Kombination von Pharmakophor-basiertem Ansatz und Docking durchgeführt. Die virtuell gefundenen Hits werden anschließend von Prof. Jung an der Universität Freiburg biologisch charakterisiert. Als Enzymquelle steht ein rekombinantes Enzym (PRMT1 = RmtA) aus Aspergillus nidulans in größerer Menge zur Verfügung. Die Validierung der Hits erfolgt an kommerziell erhältlichem humanem PRMT1.
Kooperation: Prof. Dr. Manfred Jung, Insitut für Pharmazie, Universität Freiburg