Screening-basiertes Design, Synthese und Testung von potentiellen Gα Proteininhibitoren als chemische Werkzeuge für GPCR-Signaltransduktion

• Antragstellerin: Professorin Dr. Diana Imhof, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Pharmazie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431459858

Seit Jahrzehnten sind heterotrimere G-Proteine als zentrale Vermittler in der Signaltransduktion in Zellen bekannt und trotzdem überrascht es, dass es nur wenige Substanzen gibt, um selektiv ihre Aktivität zu modulieren. Aus pharmakologischer Sicht ist das immer noch ein erheblicher Nachteil bei der Untersuchung der Bedeutung einzelner G-Proteine, speziell der Gα-Untereinheit, unter variierenden physiologischen Bedingungen. Es gibt demnach einen deutlichen Bedarf an Inhibitoren für die schwierig oder weniger gut adressierbaren G Alpha-Proteine (Gs, G12/13, Gi), um Wissenschaftler mit Werkzeugen für die Untersuchung ihrer Interaktionen, Wirkmechanismen und Crosstalks in der Signaltransduktion zu versorgen.In einem ersten Ansatz zur Entwicklung von G-Protein-Inhibitoren haben wir eine Studie durchgeführt, mit deren Hilfe das Screening von kombinatorischen linearen und (bi)zyklischen Peptidbibliotheken gegen Gi und Gs durchgeführt werden kann, um Kriterien wie Durchführbarkeit und Belastbarkeit der Strategie bei gleichzeitiger Erfüllung der Anforderungen Spezifität und Selektivität der potentiellen G-Protein-Liganden zu gewährleisten. Im nachfolgenden Schritt, der im vorliegenden Antrag verfolgt werden soll, besteht die größte Herausforderung im Screening der drei G Alpha-Proteine Gi, Gs und G12/13 in verschiedenen konformationellen Zuständen (inaktiv vs. aktiv) und unter Verwendung von mindestens zwei zyklischen Peptidbibliotheken, wodurch sich der Umfang an Hits drastisch erhöht, damit aber auch gleichzeitig die Wahrscheinlichkeit für potentielle spezifische Liganden der zu untersuchenden G-Proteine. In einer Kombination aus verschiedenen Techniken und Bioassays (Bindungsstudien, 2nd messenger Produktion an Membranpräparationen, Zell-basierte Assays) werden Hits an Hand ihrer Bindungsaffinität und inhibitorischen Aktivität evaluiert und klassifiziert. Die besten Hits werden detaillierten Strukturuntersuchungen (NMR-Spektroskopie, Molecular Modelling, Molecular Docking) unterworfen, um Informationen zur dreidimensionalen Struktur und der Bindungsstelle im entsprechenden G Alpha-Proteins zu erhalten. Schließlich durchlaufen Substanzen, die die zuvor genannten Kriterien erfüllt haben, weitere Schritte der Optimierung zur Verbesserung der Zellpermeabilität und proteolytischen Stabilität. Die genannten Untersuchungen erfordern die rekombinante Expression von G12/13 in unseren Laboren, um die Studien mit diesem Gα-Protein zu gewährleisten, während Protokolle für die Produktion von Gi und Gs in den Vorarbeiten bereits etabliert wurden. Das anvisierte Forschungsprojekt soll neue bedeutende Werkzeuge für die Hemmung von G Alpha-Proteinen generieren, die im Zuge der Umsetzung kombinatorischer Ansätze gewonnen werden. Damit wird signifikant die Wahrscheinlichkeit erhöht, vielversprechende Kandidaten für die Untersuchung von G-Protein-vermittelten Signalwegen und darüber hinaus Leitstrukturen für die Arzneimittelentwicklung für GPCR/G-Protein-relevante Krankheiten zu erhalten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen