Struktur und Funktion von Arzneistoff-Effluxpumpen

Als Arzneistoffmultiresistenz wird das gleichzeitige Auftreten von Therapieresistenz gegen eine Reihe strukturell und funktionell nicht verwandter Arzneistoffe bezeichnet. Diese wird in einer Reihe onkologischer Patienten bereits zum Zeitpunkt der Diagnosestellung oder als Folge der Verabreichung von Zytostatika beobachtet. Einen wesentlichen Grund für Multiresistenz stellt die Expression von plasmamembranständigen Effluxpumpen dar, die Arzneistoffe aus der Zelle pumpen, bevor diese ihre intrazelluläre Zielstruktur erreichen können. Eine der am besten untersuchten Effluxpumpen ist P-Glycoprotein (ABCB1), das in einer Reihe von humanen Tumorzellen exprimiert wird. In unserem Labor wurde die Rolle dieses Transportproteins näher untersucht. Wir identifizierten Verbindungen, die als Pumpenhemmstoffe wirken und damit zu einer Wiederherstellung der Sensitivität von Tumorzellen gegenüber Zytostatika führen. Ein Verständnis der Funktion und die Verfügbarkeit einer atomaren Struktur des Proteines stellen Grundvoraussetzungen für das hypothesengetriebene Design von Pumpenhemmstoffen dar. Andererseits können Zytostatika strukturell modifiziert werden, um nicht mehr als Pumpensubstrate erkannt zu werden. Trotz wesentlicher Fortschritte in der Kristallisierung von Membranproteinen und elektronenmikroskopischer Techniken konnte die Struktur von ATP-abhängigen Arzneistoffeffluxpumpen auf atomarem Niveau bis jetzt nicht aufgeklärt werden. P-Glycoproptein besitzt Homologie zu mikrobiellen Pumpen, die Resistenz gegen Antibiotika, Antimykotika und Antiparasitika vermitteln. Die Aufklärung der Struktur und Funktion dieser Pumpen ist durch die Zunahme der klinischen Multiresistenzen von wesentlicher medizinischer Bedeutung. Eine kombinatorische Bibliothek von mehr als 200 Substanzen, die von der Leitsubstanz Propafenon, einem Klasse 1c Antiarrhythmikum abgeleitet sind, wurden entworfen, synthetisiert und auf ihre biologische Aktivität untersucht. Diese Substanzen sind sowohl Hemmer als auch Substrate von P-Glycoprotein. Einige Analoge sind photoaktivierbar und werden in Studien zur molekularen Architektur und Funktion des Effluxtransporters verwendet. Die Affinitätsmarkierung von P-Glycoprotein stellt in Kombination mit hochauflösender Massenspektrometrie eine Möglichkeit dar, die Sustratbindungsdomäne näher zu charakterisieren. Bifunktionelle Liganden werden als molekulare Maßstäbe in Quervernetzungsstudien eingesetzt, um die relative Positionierung von Proteinregionen, die an der Substratbindungsdomäne beteiligt sind, zu charakterisieren. Der gezielte Austausch von Aminosäureresten des Proteins bietet die Möglichkeit, Aminosäurereste zu identifizieren die für die Substratbindung eine Rolle spielen. Wir erwarten, dass diese Daten Einschränkungen für die Erstellung eines Proteinmodelles von P-Glycoprotein, basierend auf der kürzlich publizierten Röntgenstruktur des LipidA Transporters aus E.coli, liefern werden.

Als Arzneistoffmultiresistenz wird das gleichzeitige Auftreten von Therapieresistenz gegen eine Reihe strukturell und funktionell nicht verwandter Arzneistoffe bezeichnet. Diese wird in einer Reihe onkologischer Patienten bereits zum Zeitpunkt der Diagnosestellung oder als Folge der Verabreichung von Zytostatika beobachtet. Einen wesentlichen Grund für Multiresistenz stellt die Expression von plasmamembranständigen Effluxpumpen dar, die Arzneistoffe aus der Zelle pumpen, bevor diese ihre intrazelluläre Zielstruktur erreichen können. Eine der am besten untersuchten Effluxpumpen ist P-Glycoprotein (ABCB1), das in einer Reihe von humanen Tumorzellen exprimiert wird. In unserem Labor wurde die Rolle dieses Transportproteins näher untersucht. Wir identifizierten Verbindungen, die als Pumpenhemmstoffe wirken und damit zu einer Wiederherstellung der Sensitivität von Tumorzellen gegenüber Zytostatika führen. Ein Verständnis der Funktion und die Verfügbarkeit einer atomaren Struktur des Proteines stellen Grundvoraussetzungen für das hypothesengetriebene Design von Pumpenhemmstoffen dar. Andererseits können Zytostatika strukturell modifiziert werden, um nicht mehr als Pumpensubstrate erkannt zu werden. Trotz wesentlicher Fortschritte in der Kristallisierung von Membranproteinen und elektronenmikroskopischer Techniken konnte die Struktur von ATP-abhängigen Arzneistoffeffluxpumpen auf atomarem Niveau bis jetzt nicht aufgeklärt werden. P-Glycoproptein besitzt Homologie zu mikrobiellen Pumpen, die Resistenz gegen Antibiotika, Antimykotika und Antiparasitika vermitteln. Die Aufklärung der Struktur und Funktion dieser Pumpen ist durch die Zunahme der klinischen Multiresistenzen von wesentlicher medizinischer Bedeutung. Eine kombinatorische Bibliothek von mehr als 200 Substanzen, die von der Leitsubstanz Propafenon, einem Klasse 1c Antiarrhythmikum abgeleitet sind, wurden entworfen, synthetisiert und auf ihre biologische Aktivität untersucht. Diese Substanzen sind sowohl Hemmer als auch Substrate von P-Glycoprotein. Einige Analoge sind photoaktivierbar und werden in Studien zur molekularen Architektur und Funktion des Effluxtransporters verwendet. Die Affinitätsmarkierung von P-Glycoprotein stellt in Kombination mit hochauflösender Massenspektrometrie eine Möglichkeit dar, die Sustratbindungsdomäne näher zu charakterisieren. Bifunktionelle Liganden werden als molekulare Maßstäbe in Quervernetzungsstudien eingesetzt, um die relative Positionierung von Proteinregionen, die an der Substratbindungsdomäne beteiligt sind, zu charakterisieren. Der gezielte Austausch von Aminosäureresten des Proteins bietet die Möglichkeit, Aminosäurereste zu identifizieren die für die Substratbindung eine Rolle spielen. Wir erwarten, dass diese Daten Einschränkungen für die Erstellung eines Proteinmodelles von P-Glycoprotein, basierend auf der kürzlich publizierten Röntgenstruktur des LipidA Transporters aus E.coli, liefern werden.