Untersuchungen zur Biosynthese des alpha,beta-Epoxyketon-Pharmakophors natürlicher Proteasominhibitoren

• Antragsteller: Professor Dr. Leonard Kaysser
• Fachliche Zuordnung: Pharmazie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 259754399

Im letzten Jahrzehnt hat sich gezeigt, dass das Proteasom eine wichtige therapeutische Zielstruktur darstellt. Das im Juli 2012 in den USA für die Behandlung des multiplen Myeloms zugelassene Carfilzomib ist ein tetrapeptisches Epoxyketon das aus dem Naturstoff Epoxomicin entwickelt wurde. Das alpha,beta-Epoxyketon-Terminus dieser Substanzklasse stellt ein einzigartiges Pharmakophor dar, welches zwei ausgesprochen electrophile Gruppen in unmittelbarer Nachbarschaft aufweist. Diese Struktureinheit begünstigt eine hochspezifische und irreversible Bindung an die Chymotrypsin-ähnliche Untereinheit des eukaryotischen Proteasoms. Erstaunlicherweise ist über die Biosynthese der alpha,beta-Epoxyketongruppe bislang nichts bekannt gewesen. In Vorarbeiten konnten wir die Gencluster des Epoxomicins und einer strukturell verwandten Verbindung, des Eponemycins isolieren und heterologe Expressionssysteme etablieren. Dabei wurde festgestellt, dass man die biochemischen Herstellung der alpha,beta-Epoxyketongruppe nicht unmittelbar aus der genetischen Information ableiten kann. Wir vermuten daher die Beteiligung neuartiger Biotransformationen bei der Umwandlung des terminalen Polyketids. Das vorgeschlagene Projekt soll dazu dienen die Biosynthese der alpha,beta-Epoxyketongruppe aufzuklären. Dabei werden wir uns insbesondere auf die Untersuchung von heterologen Gendeletionsmutanten konzentrieren und eine Fütterung mit isotopenmarkierten Vorstufen durchführen. Des Weiteren sollen neue Reaktionsmechanismen der beteiligten Enzyme biochemisch und durch proteinkristallographische Methoden analysiert werden. Bei der Suche nach neuen und homologen Genclustern in Sequenzdatenbanken wurde eine Gruppe von Genen gefunden die möglicherweise für die Herstellung eines Matlystatin-ähnlichen Proteasominhibitors kodieren könnten. Dies soll durch heterologe Expression und MS molecular networking verifiziert werden. Das Experiment soll als proof of concept für das zukünftige Forschungsfeld der Arbeitsgruppe dienen. Das vorliegende Forschungsprogramm wird unser Verständnis über die Biologie und Biosynthese der wichtigen Wirkstoffklasse der Epoxyketone erheblich erweitern und damit die Entwicklung von Proteasominhibitoren mit verbesserten Eigenschaften erleichtern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Brasilien
• Beteiligte Person: Dr. Daniela Trivella