Molekulare Interaktion zwischen Ribosomen-inaktivierenden Proteinen und Triterpensaponinen

• Antragsteller: Professor Dr. Alexander Weng
• Fachliche Zuordnung: Pharmazie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 422686308

Ribosomen-inaktivierende Proteine (RIPs) sind Proteintoxine, die irreversibel die zelluläre Proteinsynthese hemmen. Dadurch induzieren RIPs den Zelltod. RIPs werden von bestimmten Pflanzen produziert, die neben den RIPs häufig niedermolekulare Glykoside, sog. Triterpensaponine, synthetisieren. Beide Komponenten (Triterpensaponine und RIPs) werden zusammen in den Samen der Pflanze gespeichert. In bisherigen Untersuchungen konnten wir zeigen, dass Triterpensaponine die Toxizität der RIPs massiv steigern. Dies beruht auf der Fähigkeit der Triterpensaponine als "molekulare Schlepper" zu fungieren indem sie die Penetration der RIPs durch biologische Membranen vermitteln. Dies führt wiederum zu einem massiven Anstieg der intrazellulären RIP-Konzentration und damit einhergehend zu einer starken Zytotoxizitätszunahme der RIPs. In weiteren Studien konnten wir zeigen, dass diese Schlepperfunktion der Triterpensaponine auch für therapeutische Antikörper-RIP-Konjugate und das nichtvirale gene-delivery nutzbar gemacht werden kann und somit als Plattform-Technologie ein großes Potential für das drug-delivery besitzt.Bindungsstudien belegen, dass Triterpensaponine an RIPs binden. Weitere biophysikalische Untersuchungen deuten darauf hin, dass sich durch diese Assoziierung nanopartikuläre Komplexe bilden, die zu einer erleichterten Membran-Passage der RIPs führen könnten. Da Triterpensaponine natürlicherweise Mizellen bilden können ist eine Verpackung der RIPs in derartige Mizellen denkbar. Mizellen sind nanopartikuläre Systeme die erleichtert durch biologische Membranen permeieren können. Gemäß dieser Hypothese führt also die mizellartige Verpackung der RIPs zu einer verstärkten Membran-Passage der RIPs und damit zu einer Zunahme der intrazellulären RIP-Konzentration. Ziel des hier vorgestellten Projektes ist die Untersuchung dieser molekularen Interaktion als Ursache der erleichterten, durch Triterpensaponine vermittelten Membran-Penetration. Hierfür werden durch In-Silico-Methoden die Bindungsstellen der Triterpensaponine an die RIPs identifiziert und anschließend durch gezielte Mutagenese derart verändert, dass keine Bindung mehr stattfinden kann. Durch zellbasierte Methoden wird anschließend die biologische Funktion der entsprechenden Bindungsstellen für die Schlepperfunktion der Triterpensaponine festgestellt. Mittels biophysikalischer Methoden wird die Bedeutung dieser Mutationen für die Bindung und Komplexbildung untersucht. Die grundlegenden Erkenntnisse, die aus den Ergebnissen dieses Projektes hervorgehen, können in Zukunft dazu genutzt werden neuartige Strategien zu entwickeln, die zu einer verbesserten intrazellulären Freisetzung von Arzneistoffen führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Gerhard Wolber