Hemmstoffe von flaviviralen Proteasen mit nicht-klassischen Bindungsmodi
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Vorhaben zielte darauf ab, neue Substanzen zu finden, mit denen die Vermehrung von Viren unterbunden werden kann. Solche Substanzen können, wenn sie noch weitere Anforderungen erfüllen wie beispielsweise eine geringe Toxizität, zur Behandlung und Verhinderung von Virusinfektionen verwendet werden. Am aktuellen Beispiel des Corona-Virus zeigt sich, dass auch Viren, die bislang wenig beachtet wurden, zu extrem kritischen Pandemie-Situationen führen können. Ebenfalls am Corona-Virus, aber auch an Viren wie HIV (AIDS) zeigt sich, dass die Hemmung eines Enzyms des Virus, und zwar der Protease des Virus, zu einer Behandlung und Prävention der Infektion geeignet ist. Mit der Substanz "Paxlovid" kommt aktuell (Herbst 2021) ein Hemmstoff der Protease von Corona-Viren als Arzneimittel auf den Markt, auf das grosse Hoffnung bezüglich der Corona-Pandemie gesetzt werden. In dem hier von der DFG geförderten Vorhaben haben wir uns nicht mit Corona-Viren, sondern mit sogenannten Flaviviren befasst. Dazu zählen beispielsweise das Dengue- und das West-Nil-Virus. Diese werden von Insekten übertragen, insbesondere von Mücken. Es sollen hier zwei erreichte Ziele herausgehoben werden, die besonders wichtig sind: 1. Wir etablierten ein Testsystem für die Aktivität der Protease des Dengue-Virus, welches in Zellen durchgeführt wird. Der Vorteil eines solchen Testsystems liegt darin, dass die Protease in derselben Umgebung vorliegt, in der sich auch das Virus vermehrt. Das bedeutet, dass bei der Testung von Substanzen auch die Aufnahme der Substanzen in die Zellen berücksichtigt wird. Vor allem aber liegt die Protease in den Zellen in einer Form vor, die anders ist als in einem isolierten System. Wenn nun Substanzen an dem isolierten System getestet und aufgrund der Resultate optimiert werden, dann bedeutet dies, dass man nicht für das wirklich biologisch relevante System optimiert, sondern für ein künstliches System. Die an dem künstlichen System optimierten Substanzen sind leider oftmals nicht gegen die "echten" Viren wirksam. Für unser Protease-Testsystem in den Zellen konnten wir zeigen, dass es eine sehr viel bessere Vorhersagekraft für die "echte" antivirale Aktivität besitzt. Daher können wir mit diesem Testsystem Substanzen entwickeln, die eine höhere Wahrscheinlichkeit haben, auch wirklich angewandt zu werden. 2. Das Testsystem in den Zellen haben wir genutzt, um Hemmstoffe der Dengue-Virusprotease zu suchen und zu optimieren, also chemisch so abzuwandeln, dass sie eine höhere Wirksamkeit gegen Viren haben, aber gleichzeitig nicht giftig für Zellen sind. Wir konnten eine Klasse von gut wirksamen Substanzen identifizieren, die in der Schlussphase des Projekts von einer Firma zur weiteren Erprobung übernommen wurden. Im Augenblick stehen noch einige Ergebnisse aus, so dass wir noch kein abschliessendes Urteil zu den Substanzen fällen können. Das Projekt wird auf mehreren Schienen über den DFG-Förderzeitraum hinaus verfolgt werden. Wir haben aktuell eine Förderung der VW-Stiftung erhalten, um einerseits das Testsystem zu erweitern auf andere Viren, und andererseits interessante Hemmstoffe und Wirkstoffkandidaten chemisch weiterentwickeln zu können. Für einen Teil dieser Arbeiten kooperieren wir mit einer Firma, welche auch die eventuelle Weiterentwicklung von Substanzen aus diesem Projekt, hin zu einem Arzneimittel, übernehmen würde.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Peptide-Boronic Acid Inhibitors of Flaviviral Proteases: Medicinal Chemistry and Structural Biology. J. Med. Chem., 2017, 60, 511–516
Nitsche, C., Zhang, L., Weigel, L.F., Schilz, J., Graf, D., Bartenschlager, R., Hilgenfeld, R., Klein, C.D.
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Backbone modifications in peptidic inhibitors of flaviviral proteases. Bioorg. Med. Chem. Lett., 2019, 29, 1913-1917
Jakob, A.K.M.H., Sundermann, T., Klein, C.D.
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De Novo Discovery of Nonstandard Macrocyclic Peptides as Non-Competitive Inhibitors of the Zika Virus NS2B-NS3 Protease. ACS Med. Chem. Lett., 2019, 10, 168-174
Nitsche, C., Passioura, T., Varava, P., Mahawaththa, M., Leuthold, M.M., Klein, C.D., Suga, H., Otting, G.
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A New Class of Dengue and West Nile Virus Protease Inhibitors with Submicromolar Activity in Reporter Gene DENV-2 Protease and Viral Replication Assays. J. Med. Chem., 2020, 63, 15, 8179–8197
Kühl, N., Graf, D., Bock, J., Behnam, M.A.M., Leuthold, M.-M., Klein, C.D.
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Conformational selection in the flaviviral NS2B-NS3 protease. Biochimie, 2020, 174, 117-125
Behnam, M.A.M., Klein, C.D.
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Peptide-β-lactam inhibitors of dengue and West Nile virus NS2B-NS3 protease display two distinct binding modes. J. Med. Chem., 2020, 63, 140-156
Dražić, T., Kopf, S., Corridan, J., Leuthold, M.M., Bertoša, B., Klein, C.D.
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Beyond Basicity: Discovery of Non-Basic DENV-2 Protease Inhibitors with Potent Activity in Cell Culture. J. Med. Chem., 2021, 64, 4567–4587
Kühl, N., Leuthold, M.M.; Behnam, M., Klein, C.D.
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The spectrum between substrates and inhibitors: Pinpointing the binding mode of dengue protease ligands with modulated basicity and hydrophobicity. Bioorganic & Medicinal Chemistry, 2021, 48, 116412
Dražić, T., Kühl, N., Gottscheber, N., Hacker, C.N., Klein, C.D.
