Allosterische Lipoxygenase Effektoren als potentielle Arzneimittel

• Antragsteller: Professor Dr. Hartmut Kühn
• Fachliche Zuordnung: Pharmazie ; Biochemie ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 409278059

Arachidonsäurelipoxygenasen (ALOX) und deren Metabolite spielen eine wichtige Rolle bei Reifungs- und Differenzierungsprozessen, sind aber auch an der Pathogenese von entzündlichen, hyperproliferativen und neurologischen Erkrankungen beteiligt. In den letzten 20 Jahren wurde eine Reihe vom Medikamenten entwickelt, die die Biosynthese von Eikosanoiden und deren Wechselwirkung mit spezifischen Zelloberflächenrezeptoren beeinflussen. Heute gehören COX2 Hemmstoffe (COXIBe) weltweit zu den meist verkauften Medikamenten. Außerdem werden Hemmstoffe des ALOX5 Weges (Zileuton) und Leukotrienrezeptorantagonisten (Montelukast, Zafirlukast) als Antiasthmatika eingesetzt. Das humane Genom enthält sechs ALOX-Gene (ALOX5, ALOX15, ALOX15B, ALOX12, ALOX12B, ALOXE3), die für sechs verschiedene ALOX-Isoformen kodieren. Für fünf dieser Isoformen (außer ALOX15B) sind derzeit knockout Mäuse verfügbar und die Charakterisierung dieser Tiere hat gezeigt, dass die meisten ALOX-Isozyme unterschiedliche biologische Funktionen ausüben. Für die ALOX15 sind pro- und anti-inflammatorische Funktionen beschrieben und kinetische Untersuchungen haben kürzlich einen allosterischen Charakter der ALOX15 Reaktion postuliert. Diese Ergebnisse waren überraschend, da es sich bei ALOX15 Orthologen um monomere Enzyme handelte und es keine eindeutigen Hinweise auf die Existenz von allosterischen Regulationszentren gab. Neuere Erkenntnisse haben jedoch gezeigt, dass ALOX15 Orthologe katalytisch aktive Dimere bilden. Innerhalb dieser Dimeren fungiert eine Untereinheit als katalytisches Monomer und bindet die Substratfettsäure. Die andere Untereinheit wirkt als allosterisches Monomer und bindet den Effektor in der Substratbindungstasche. Der allosterische Charakter der ALOX15 Reaktion ermöglicht die Entwicklung neuartiger Enzymregulatoren als potentielle Arzneimittel.Im Rahmen einer Suche nach allosterischen ALOX15 Effektoren haben wir kürzlich gefunden, dass Indolylphenylaminosulfocarbamate die Oxygenierung von Linolsäure durch Säugetier-ALOX15 Orthologe hemmen. Die Oxygenierung von Arachidonsäure wird jedoch nicht beeinflusst. Die kinetische Charakterisierung dieses Effektes sowie eine vorläufige Strukturmodellierung auf der Basis der Kristallstruktur der Kaninchen-ALOX15 deuten darauf hin, dass diese Hemmstoffe in der Substratbindungstasche des allosterischen Monomers binden. Diese Bindung induziert im katalytischen Monomer eine Konformationsänderung, die die Oxidation von Linolsäure hemmt, die Oxygenierung von Arachidonsäure aber nicht beeinflusst. Diese Daten belegen die prinzipielle Möglichkeit der Entwicklung allosterischer ALOX15 Effektoren. Berücksichtigt man die duale Funktion der ALOX15 in Rahmen der Entzündungsreaktion sollte die Entwicklung Isoform- und Ortholog-spezifischer allosterischer ALOX15 Effektoren (Hemmstoffe und Aktivatoren) ein aussichtsreicheres Konzept darstellen als die bisher angewandte konventionelle Suche nach ALOX15 Hemmstoffen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Foundation for Basic Research
• Kooperationspartner: Dr. Igor Ivanov