Biochemie neuartiger Tetrahydobiopterin-Derivate

Stickstoffmonoxid-Synthasen (NO-Synthasen) sind eine neu entdeckte Enzymfamilie, die die Umwandlung der Aminosäure Arginin zu Citrullin und Stickstoffmonoxid (NO) im Körper katalysieren. Das so gebildete NO ist für eine Reihe wichtiger Vorgänge entscheidend, wie etwa für die Funktion der Abwehrmechanismen des Immunsystemes, für die Nervenreizleitung und für die Regulation des Blutdruckes. Für die Entdeckung der letzten der genannten Rollen wurde im vergangenen Jahr der Nobelpreis fitr Medizin vergeben. Stickstoffmonoxid wird von den NO-Synthasen in einer sehr komplexen enzymatischen Reaktion hergestellt, die eine Reihe von Cofaktoren benötigt. Unsere Arbeit konzentriert sich auf einen dieser Cofaktoren, das Tetrahydrobiopterin. In dem vorliegenden Projekt wollen wir anhand von Derivaten und Analoga dieses Cofaktors den Mechanismus der Stimulation der NO-Synthasen durch Tetrahydrobiopterin aufklären, indem wir die Wirksamkeit dieser Derivate an den NO-Synthasen mit dee Wirksamkeit an Phenylalaninhydroxylase und Dihydropteridinreduktase vergleichen. Phenylalaninhydroxylase ist neben NO-Synthasen das vielleicht bedeutendste Tetrahydrobiopterin-abhängige Enzym im Körper, dessen Mechanismus schon gut bekannt ist. Dihydropteridinreduktase dient zur Rückführung des in der Phenylalaninhydroxylasereaktion oxidierten Cofaktors in die aktive Tetrahydroform. Neben diesen grundsätzlichen Fragen zum Mechansimus der NO-Synthase Reaktion widmet sich der Schwerpunkt des Projektes der Wirkung unserer neuartigen Tetrahydrobiopterin-Derivate auf das Immunsystem. In ersten Pilotversuchen konnten wir zeigen, daß zumindest eines dieser Derivate, das 4-Amino-Analogon des Tetrahydrobiopterin, ganz ausgezeichnete Wirksamkeit gegen die tödlichen Auswirkungen des septischen Schocks aufweist und auch in der Lage ist, die Abstoßung von Transplantaten zu unterdrücken. Im vorliegenden Projekt wollen wir diese Befunde erhärten und feststellen, welcher Mechanismus dieser bemerkenswerten Wirkung unserer neuen Derivate zugrunde liegt. Dazu wollen wir als Werkzeug vorallem die neuesten, leistungsfähigen Methoden der modernen Molekularbiologie einsetzen. Wir erhoffen uns davon Aufschluß über grundsätzliche Mechanismen des Immunsystems, im besonderen über die Rolle von NO in der Regulation der Immunantwort. Wir sind überzeugt, daß unsere Arbeiten den Grundstein zur Entwicklung einer neuen Masse von immunsuppressiven Medikamenten auf Pteridinbasis legen werden.

Tetrahydrobiopterin ist eine den Vitaminen Folsäure und Riboflavin strukturähnliche Substanz, die der menschliche Körper jedoch selbst herstellen kann. Tetrahydrobiopterin wird als Coenzym für Hydroxylasen aromatischer Aminosäuren und für Stickstoffmonoxid Synthasen benötigt. Stickstoffmonoxid Synthasen stellen im Körper Stickstoffmonoxid aus der Aminosäure L-Arginin her. Stickstoffmonoxid wird für eine Reihe wichtiger Funktionen im Körper benötigt, z.B. zur Abwehr von Krankheitserregern, zur Regulation des Blutdruckes und zur Nervenreizleitung. In dem vorliegenden Projekt ist es gelungen, anhand neuartiger Derivate des Tetrahydrobiopterin Aufschlüsse über den Mechanismus der Stimulation der Stickstoffmonoxidsynthase durch Tetrahydrobiopterin zu erzielen. Wir konnten unter anderem zeigen, daß Tetrahydrobiopterin Stickstoffmonoxid Synthasen mit einem neuartigen, ein Radikal beinhalteten Mechanismus stimuliert, der sich von dem bekannten Mechanismus der Stimulation der Phenlylalaninhydroxylase durch Tetrahydrobiopterin unterscheidet. Weiters konnten wir zeigen, daß eines der neuartigen Derivate, das 4-Amino Analogon des Tetrahydrobiopterin, eine pharmakologisch sehr interessante Verbindung darstellt, die in der Lage ist, den Organsimus vor den tödlichen Auswirkungen des gefürchteten septischen Schocks zu bewahren und die Abstoßung von Transplantaten wirkungsvoll zu unterdrücken.