Neue TLR2 Antagonisten als anti-inflammatorische Wirkstoffe

Die Beteiligung von Toll-like Receptors (TLRs) an chronischen Entzündungsprozessen und an der Pathogenese von Sepsis ist unumstritten. Aus diesem Grund ist die Modulation der Signalwege von TLR ein vielversprechendes therapeutisches Werkzeug für ein breites Spektrum entzündungsbedingter Krankheiten. Im vorgeschlagenen Projekt planen wir, neue Antagonsiten für TLR2 zu entwickeln. Die aktuelle Veröffentlichung einer Kristallstruktur von TLR2 im Komplex mit seinen Partnern TLR 2 und 6 sowie ihren designierten Lipopeptid-Liganden (Pam3CSK4/Pam2CSK4) ermöglicht neue Untersuchungen, um kleine Moleküle mit bisher unbekannter TLR Wirkung am Computer als potenzielle Liganden zu identifizieren. Ausgehend von dreidimensionalen chemischen Interaktionen der Lipopeptid-Bindetaschen in TLR2/1 und TLR2/6 wird in diesem Projekt ein 3D Pharmakophormodell entwickelt. Anschließendes in silico virtuelles Screening mit diesen Pharmakophormodellen wird als Werkzeug eingesetzt, um potenzielle TLR2 Liganden mit den gewünschten physikochemischen Eigenschaften zu identifizieren. Als experimentelle Validierung der in silico Modelle werden in vitro Tests dieser virtuell ausgewählten Verbindungen durchgeführt, in denen die Hemmung der TLR2-Antwort auf die ausgewählten Moleküle mit Pam3CSK4/Pam2CSK4 verglichen wird. Mit den so gewonnenen biologischen Daten wird das Modell weiter verfeinert und erneut für virtuelles Screening eingesetzt. Die viel versprechenden aktiven Verbindungen werden biochemisch weiter auf antiinflammatorische Effekte untersucht, wie z.B. Zytokinausschüttung, IC50 Bestimmung, Selektivität (Affinität zu TLR1 und TLR6), Zytotoxizität und Wirkmechanismus. Diese Untersuchungen bilden die Basis für spätere präklinische Untersuchungen am Mausmodell für Krankheiten mit TLR2-abhängiger unkontrollierter Zytokinausschüttung wie z.B. Gruppe B Streptokokken-Sepsis oder Atherosklerose. Die gerichtete Suche nach TLR2 Antagonisten wurde für andere biologische Targets bereits erfolgreich angewandt, ist aber neu für Toll-like Receptors und wird erst durch die kürzlich veröffentlichten Kristallstrukturen möglich. Damit bietet der für dieses Projekt vorgeschlagene Ansatz die Basis für die erfolgreiche Entwicklung neuer antiinflammatorischer Arzneistoffe.

Das menschliche Immunsystem, im speziellen die TLRs (Toll-like Rezeptoren) des angeborenen Immunsystems, spielen eine wesentliche Rolle in den unterschiedlichsten chronisch entzündlichen Erkrankungen sowie in der Entstehung von Sepsis. Daher stellt die Regulation der TLR Antwort durch spezifische Liganden ein vielversprechendes therapeutisches Werkzeug in einem breiten Spektrum von entzündlichen Erkrankungen dar. Zehn menschliche TLRs wurden bereits beschrieben, welche im Wesentlichen für die Erkennung bakterieller und viraler Bestandteile verantwortlich sind. TLR2 im speziellen bindet di- und triacetylierte Lipoproteine aus Gram-positiven Bakterien. Die beschriebene Studie diente dazu neue kleine Moleküle zu identifizieren, welche das Potenzial besitzen an TLR2 zu binden und dadurch dessen Aktivität zu beeinflussen. Eine große Hilfe hierbei waren die vorhandenen Kristallstrukturen des TLR2 Rezeptors in Komplex mit einem seiner Co-Rezeptoren (TLR1 oder TLR6) und zwei bekannten synthetischen Lipopetiden, welche an diese binden (Pam3CSK4 oder Pam2CSK4). Anhand der chemischen Interaktionen, welche spezifisch für die Lipopetid Bindetasche von TLR2/1 und TLR2/6 sind, konnte bereits ein 3D Pharmacophore Model erstellt werden. Um die Anzahl an Verbindungen zu reduzieren, welche an TLR2 binden könnten, wurde am Computer ein virtuelles Screening durchgeführt. Hierfür wurde eine Bibliothek mit chemischen Verbindungen unter Berücksichtigung der physikalisch-chemischen Eigenschaften verwendet. Die tatsächliche Bindung der ausgewählten Moleküle an TLR2 musste daraufhin experimentell getestet werden. Aus diesem Screening gingen zwei Gruppen von chemischen Verbindungen hervor: zum einen Moleküle welche die Aktivität der TLR2 Liganden Pam3CSK4/Pam2CSK4 hemmen. Zum anderen Moleküle, die diese stimulierende Aktivität erhöhen. Die daraus erhobenen Daten weisen ein hohes Potential auf neue Wirkstoffe zu entwickeln. Diese könnten dann, im Falle der erstgenannten Gruppe, für die Therapie entzündlicher Erkrankungen mit einer TLR2 Beteiligung verwendet werden. Des Weiteren könnten chemische Modifikationen der zweiten Gruppe deren Aktivität verbessern und als Adjuvanten bei der Impfung dendritischer Zellen in der Krebsimmunotherapie eingesetzt werden.