Untersuchung der Rolle von Wasser im aktiven Zentrum von viralen Thymidinkinasen

Virale Thymidinkinasen (TK) - insbesondere die in Herpes Simplex Virus Typ I vorkommende HSV1-TK - sind nicht nur der klassische Angriffspunkt antiviraler Wirkstoffe, sondern neuerdings auch äußerst wichtig als "suicide genes" in gentherapeutischen Ansätzen bei der Behandlung von Leukämie und anderen Krebserkrankungen. Für die Weiterentwicklung dieses Konzeptes mit dem Ziel von verbesserten "suicide gene"/Wirkstoff-Paaren spielen Methoden des computergestützten Wirkstoffdesigns ("Molecular Modeling") eine zentrale Rolle für das Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Protein und Liganden. Als problematisch erweist sich dabei die Tatsache, daß im aktiven Zentrum der HSV1-TK außer dem jeweiligen Liganden ein wechselnde Anzahl von Wassermolekülen eingeschlossen ist. Diese Wassermoleküle können leicht von einer passenden funktionellen (z.B. OH-) Gruppe des Liganden verdrängt werden, bzw. umgekehrt das Fehlen einer entsprechenden Gruppe im Liganden oder einer Mutante des Enzyms kompensieren. Während sich diese Effekte im allgemeinen anhand von hochaufgelösten Röntgenstrukturen qualitativ nachvollziehen lassen, ist ihre Vorhersage mit den gängigen Molecular-Modeling-Methoden nicht möglich. Im Rahmen des geplanten Forschungsaufenthaltes soll versucht werden, auf breiter Basis eine Methodik zur Modellierung des Verhaltens dieser "cokomplexierten" Wassermoleküle in den aktiven Zentren von Enzymen zu entwerfen. Anhand von hochauflösenden Röntgenstrukturen von Proteinen, die Wassermoleküle in den Bindungs-taschen enthalten, sollen die Eigenschaften des gebundenen Wassers mit Molecular-Modeling-Methoden verschiedenster Komplexität (Kraftfeldverfahren, Molecular Dynamics, Simulated Annealing, quantenchemische Verfahren bis hin zu Car-Parinello ab-initio Molecular Dynamics) untersucht werden, um etwaige Muster in der Plazierung und Bindungsstärke zu erkennen. Ausgehend von den gewonnenen Erkenntnissen soll dann in einer zweiten Phase versucht werden, einen Algorithmus zur Generierung wahrscheinlicher Strukturen von Protein-Ligand-Wasser-Komplexen sowie der Abschätzung der zugehörigen Bindungsstärke zu entwerfen, der z.B. für den Einsatz im "Virtual Library Screening" geeignet ist.