Design, Synthese und biologische Evaluierung neuer TRP-Ionenkanal-Aktivatoren
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Mutationen im humanen TRPML1-Ionenkanal sind für die autosomal-rezessive lysosomale Speicherkrankheit Mucolipidose Typ IV (MLIV) verantwortlich, die klinisch vor allem durch tiefgreifende neurobiologische Entwicklungsstörungen, neuroretinale Degeneration sowie Eisenmangelanämie charakterisiert ist. Der synthetische TRPML1-Agonist MK6-83 kann die Funktion spezifischer, mutierter TRPML1-Isoformen wiederherstellen, jedoch sind die genaue Lage der Bindungsstelle innerhalb des Ionenkanals und die zugrunde liegenden Aktivierungsmechanismen bisher noch nicht bekannt. Zur Aufklärung der Schlüsselinteraktionen zwischen dem Liganden und dem Rezeptor wurden zwei photoreaktive (Trifluormethyl)diazirin-basierte Analoga entwickelt, synthetisiert und in umfassenden Photoaktivierungsstudien mittels 19F-NMR-Spektroskopie und HPLC-MS-Analyse kinetisch evaluiert. Diese photoaktivierbaren TRPML1-Agonisten stellen sehr nützliche und wertvolle Werkzeuge für die Identifizierung der Bindestelle von MK6-83 mithilfe von Photoaffinity Labeling in Kombination mit einem Proteomik-Massenspektrometrie-Ansatz dar, sodass das strukturbasierte Design neuer und potenterer TRPML-Aktivatoren zur Behandlung der Mucolipidose Typ IV maßgeblich gefördert werden kann. Zudem wurden detaillierte Analysen mithilfe fortgeschrittener, computergestützter Methoden basierend auf der hochauflösenden Kristallstruktur der extracytosolischen/lumenalen Domäne (ELD) des humanen TRPML2-Kanals durchgeführt, sodass ein signifikanter Beitrag zu dessen strukturellen und funktionellen Charakterisierung geleistet wurde. Im Rahmen eines Design- und Synthesezyklus wurden darüber hinaus >45 neue potenzielle TRPML- sowie TRPC6-Aktivatoren auf Grundlage bekannter Agonisten entwickelt. Anhand der Befunde aus zukünftigen biologischen Studien könnten mögliche Struktur-Wirkungs-Beziehungen abgeleitet und wertvolle Informationen zur Entwicklung potenterer und selektiverer Liganden für die Behandlung von MLIV bzw. Depressionen gewonnen werden.
Proteasom-Inhibitoren haben sich in den letzten Jahren in der Klinik zur Behandlung verschiedener nicht-solider Tumore wie dem Multiplen Myelom oder dem Mantelzell-Lymphom bewährt. Ihre therapeutische Anwendung ist jedoch aufgrund der Toxizität und der damit verbundenen häufig auftretenden, schwerwiegenden Nebenwirkungen limitiert, weshalb nach wie vor großes Interesse an der Entwicklung neuer und selektiverer Proteasom-Inhibitoren besteht. Um die Sicherheit von Proteasom-Hemmstoffen zu verbessern und eine spezifischere Inhibition durch Modulation der Reaktivität zu gewährleisten, wurden neuartige Moleküle auf Grundlage des hochaffinen Proteasom-Inhibitors Bortezomib konzipiert. Es wurden verschiedene bisher unerforschte elektrophile Warheads in das peptidomimetische Grundgerüst integriert, wobei das Inhibitordesign durch (nicht-)kovalente molekulare Dockingstudien und Analyse der resultierenden Bindemodi unterstützt wurde. Die potenziellen Inhibitoren wurden in umfangreichen Synthesen und Analysen erfolgreich dargestellt und in ersten biologischen Assays an der Chymotrypsin-ähnlichen Untereinheit des humanen 20S-Proteasoms zur Einordnung ihrer in vitro-Wirksamkeit evaluiert.