Chemische Werkzeuge zur Analyse und Manipulation von Ceramidasen im Kontext menschlicher Erkrankungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Sphingolipide sind vor allem in Form von Sphingomyelin oder Glykosphingolipiden wichtige Komponenten eukaryontischer Plasmamembranen. Ceramid ist ein Sphingolipid, welches in Zellen eher ein Intermediat der Biosynthese oder des Abbaus der komplexen Glykosphingolipiden oder von dem reichlich vorkommenden Sphingomyelin auftritt. Ceramid hat auch eine vielfach belegte Rolle als Signalmolekül, welches den programmierten Zelltod oder Entzündungsantworten induzieren oder aber die Multidrug-Resistenz inhibieren kann. Interessanterweise wurden verschiedene Ceramidspezies auch mit koronarer Herzkrankheit, Diabetes und metabolischem Syndrom korreliert und es gibt Untersuchungen, die zeigen, dass die Konzentration und Zusammensetzung von Plasma-Ceramiden eine höhere Voraussagekraft für koronare herzkrankheiten haben, als Cholesterol. Die verschiedenen Ceramidasen spielen eine Schlüsselrolle für die Ceramidkonzentration in verschiedenen zellulären Kompartimenten und auch außerhalb der Zelle. Neben der lysosomalen sauren Ceramidase (ASAH1) und der neutralen Ceramidase (ASAH2) gibt es auch noch drei alkalische Ceramidasen (ACER 1-3). Die individuellen Rollen der einzelnen Ceramidasen sind nur zum Teil bekannt und spezifische Inhibitoren fehlen. Im zurückliegenden Forschungsprojekt wurden verschiedene fluoreszente Ceramide synthetisiert, mit dem Ziel, selektive Sonden für die verschiedenen Ceramidasen zu erhalten. Es war die Hoffnung, mit diesen Sonden die Aktivitäten der einzelnen Ceramidasen einfacher untersuchen zu können und so zu neuen und spezifischen Inhibitoren für die individuellen Ceramidasen zu gelangen. In der Tat gelang es uns im Verlauf des Projekts, eine Reihe von doppelt markierten "FRET Ceramiden" zu synthetisieren. Diese Ceramide zeigten zum Teil eine spezifische Spaltung durch individuelle Ceramidasen und konnten daher als Substrate in vitro wie auch in in cellulo Experimenten genutzt werden. Die Sonden erlaubten erstmalig die vergleichsweise einfache Durchführung von Hochdurchsatzscreenings für die beiden Enzyme. In der Tat gelang uns die Identifizierung von potenten Inhibitoren von ACER3 sowie der neutralen Ceramidase (nCDase). Insbesondere für ACER3 waren bisher keinerlei Inhibitoren bekannt. Anhand der Screening hits konnten wir verbesserte Derivate mit erhöhter Potenz und biologischer Halbwertszeit entwickeln und deren spezifische Inhibition in lebenden Zellen demonstrieren. Neben diesen publizierten Ergebnissen synthetisierten wir weitaus mehr als hundert Derivate der verschiedenen Inhibitoren mit dem Ziel der Verbesserung derselben. Dieser Prozess wurde durch molecular Docking unterstützt. Die Evaluation der verschiedenen Verbindungen dauert noch an.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Discovery and Mechanism of Action of Small Molecule Inhibitors of Ceramidases. Angewandte Chemie International Edition, 61(2).
Healey, Robert D.; Saied, Essa M.; Cong, Xiaojing; Karsai, Gergely; Gabellier, Ludovic; Saint‐Paul, Julie; Del Nero, Elise; Jeannot, Sylvain; Drapeau, Marion; Fontanel, Simon; Maurel, Damien; Basu, Shibom; Leyrat, Cedric; Golebiowski, Jérôme; Bossis, Guillaume; Bechara, Cherine; Hornemann, Thorsten; Arenz, Christoph & Granier, Sebastien
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Neutral ceramidase-active site inhibitor chemotypes and binding modes. Bioorganic Chemistry, 139; 106747.
Coant, Nicolas; Bickel, John D.; Rahaim, Ronald; Otsuka, Yuka; Choi, Yong-Mi; Xu, Ruijuan; Simoes, Michael; Cariello, Chris; Mao, Cungui; Saied, Essa M.; Arenz, Christoph; Spicer, Timothy P.; Bannister, Thomas D.; Tonge, Peter J.; Airola, Michael V.; Scampavia, Louis; Hannun, Yusuf A.; Rizzo, Robert C. & Haley, John D.
