Eine Toolbox promiskuitiver Immobilisierungstrategien für die chemoproteomische Aufklärung des Zielspektrums von Naturstoffen (PromisChemProt)
Biologische und Biomimetische Chemie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Viele Naturstoffe bilden die Grundlage für medizinische Wirkstoffe. Bekannte Beispiele sind Taxol aus der Eibe, das für die Behandlung von Krebserkrankungen eingesetzt wird oder sogenannte Digitalglykoside aus dem roten Fingerhut, die bei Herzinsuffizienz eingesetzt werden. Fast alle diese Medikamente wirken auf Proteine (Eiweiße) im menschlichen Körper ein, um ihre Wirkung zu entfalten. Jedoch ist häufig nicht bekannt, um welche Proteine es sich genau handelt. Das erschwert die Entwicklung von Medikamenten auf der Grundlage von Naturstoffen. In diesem Forschungsprojekt sollten daher Methoden und Verfahren erarbeitet werden, mit dem dies besser als bisher gelingt. Um diese Zielsetzung zu erreichen, haben sich die Forschenden chemischer und photo-chemischer Methoden bedient, um die zu untersuchenden Naturstoffe zunächst an einer festen Phase – genauer gesagt an kleinen Kügelchen – anzuheften, um dann die Zielproteine aus Proteinextrakten menschlicher Krebszellen buchstäblich herauszufischen. Man nennt diese Methodik in der Fachsprache auch Affinitätschromatographie. Die so isolierten Proteine konnten nachfolgend mit Hilfe der sogenannten Massenspektrometrie und sich anschließenden bioinformatischen Methoden namentlich identifiziert werden. Die Forschenden haben zu diesem Zweck eine Reihe verschiedener chemischer Reaktionen (mit und ohne Zuhilfenahme von starkem UV-Licht) ausprobiert die die Naturstoffe möglichst ungerichtet modizifieren sollten. Dieser Ansatz wurde vor allem deswegen gewählt, da die zielgerichtete chemische Synthese solcher „Angelruten“ nicht nur sehr aufwändig ist, sondern auch häufig die spezifische Interaktion des Naturstoffs mit seinem Zielprotein verhindert. Die Ansätze unter Zuhilfenahme von starkem UV-Licht haben sich als besonders erfolgreich herausgestellt. Gut 80% der untersuchten Naturstoffe konnte so in Affinitätssonden überführt werden und in es gelang in immerhin in 36% der Fälle auch das gesuchte Zielprotein auffinden. Diese Erfolgsquote lag über den Erwartungen der Forschenden da Naturstoffe eine schier unendliche Vielfalt chemischer Strukturen aufweisen und es daher nicht unbedingt zu erwarten war, dass eine einzelne Methode oft funktionieren würde. Die Relevanz dieser Ergebnisse mag daran gemessen werden, dass derzeit ca. 35% aller Medikamente entweder Naturstoffe sind, oder deren Entwicklung durch die Wirkung von Naturstoffen inspiriert wurde. Dieses Projekt hat somit einen wertvollen methodischen Beitrag für die Forschung an Naturstoffen als Grundlage von Medikamenten geliefert und es ist zu erwarten, dass die Methode breiten Einsatz in den frühen Phasen der Medikamentenentwicklung finden wird.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Merits of Diazirine Photo-Immobilization for Target Profiling of Natural Products and Cofactors. ACS Chemical Biology, 17(11), 3100-3109.
Prokofeva, Polina; Höfer, Stefanie; Hornisch, Maximilian; Abele, Miriam; Kuster, Bernhard & Médard, Guillaume
