Serum Albumin: Untersuchung der Bindung und des Transports von Pharmazeutika sowie auf divergenter Evolution basierender funktionaler Unterschiede mittels EPR (Electron Paramagnetic Resonance) Spektroskopie

• Antragsteller: Professor Dr. Dariush Hinderberger
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 257288979

Dieser Antrag baut auf eine EPR (electron paramagnetic resonance)-spektroskopische Forschungsplattform zur Untersuchung des Transportproteins Albumin in Lösung auf. Es werden zwei fundamentale Ziele verfolgt. Das erste Ziel besteht darin zu verstehen, wie sich strukturelle Dynamik und Plastizität von Serum Albumin auf die Fähigkeit des Proteins auswirkt, kleine pharmazeutisch aktive Moleküle aufzunehmen/abzugeben. Dies gilt sowohl in Lösung als auch im Kontakt mit Lipidmembranen. Durch Methoden der EPR-Spektroskopie soll die Lücke im Wissen zwischen strukturbiologischer/physikochemischer Forschung und den daraus erwachsenden medizinischen Anwendungen überbrückt werden. So sollen neun wichtige Klassen pharmakologischer Substanzen in ihren Wechselwirkungen mit Albumin untersucht werden: 1) Analgetika (Schmerzmittel), 2) Antikoagulantien; 3) Narkotika; 4) Urikostatika (Behandlung von Nierensteinen); 5) Urikosurika (Behandlung von Gicht); 6) Zytostatika; 7) Steroide (Hormone); 8) Vitamine; 9) Antiauxine. Diese Pharmazeutika sollen zuerst mit EPR-aktiven sog. Spin-Labels versehen werden und dann deren Aufnahme/Bindung an Albumin vom Menschen (HSA) bzw. vom Rind (BSA) mittels EPR-Spektroskopie und anderer Methoden (z.B. ITC, isothermal titration calorimetry) untersucht werden. Darüber hinausgehend sollen Änderungen der (Oberflächen-)Plastizität von HSA mit und ohne Liganden mit der etablierten EPR-Plattform charakterisiert werden. Dies soll die Untersuchung allosterischer Effekte beim gleichzeitigen Binden der Pharmazeutika und Fettsäuren beinhalten. Im letzten Teil des ersten Projektabschnittes soll erforscht werden, wie die Struktur und Plastizität von HSA und BSA mit und ohne Beladung (Pharmazeutika, Fettsäuren) mit der Wechselwirkung der Proteine mit Membranen in Verbindung steht. Dies soll in einer bisher einizigartigen Kombination aus EPR-Spektroskopie und oberflächensensitiver Infrarot-Reflexions-Absorptions-Spektroskopie (IRRAS) erreicht werden. Das zweite große Ziel dieses Antrages besteht darin, die Struktur-Funktions-Beziehungen von Albuminen insgesamt sechs verschiedener Säugetiere zu verstehen, insbesondere die Frage, ob die Evolution von Albumin so mit den Unterschieden in der Lösungsstruktur der jeweiligen Albumine korreliert werden kann. Kurz gesagt, soll 'Evolution mittels EPR' verfolgt werden: Die EPR-Forschungsplattform soll genutzt werden, um herauszufinden, wann im Prozess der divergenten Evolution die bei HSA entdeckte Oberflächenplastizität und Dynamik in der Lösungsstruktur aufgetaucht ist. Es soll u.a. herausgefunden werden, wieviel Übereinstimmung in der Aminosäuresequenz mit HSA bestehen muss, um die strukturelle Flexibilität/Plastizität von HSA zu zeigen und welche Aminosäuren wichtig sind, um von einer statischen (BSA) zu einer plastischen/dynamischen (HSA) Lösungsstruktur zu gelangen. Der Effekt posttranslationaler Veränderungen auf die Struktur und Funktion der Albumine soll ebenfalls untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen