Etablierung neuer Detektionsmethoden zur Entdeckung und Entwicklung neuer ABCA1 und ABCA7 Modulatoren als Alzheimer Therapeutika und Diagnostika
Molekulare und zelluläre Neurologie und Neuropathologie
Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
Zellbiologie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die (Über)Produktion, Degradierung und Entsorgung von Amyloid-beta (Aβ) Proteinen gelten als Schlüsselelemente in der Pathophysiologie von Morbus Alzheimer (AD). Lipid- Transporter aus der ATP-Binding Cassette (ABC) Superfamilie wurden mit AD in Verbindung gebracht; im Speziellen stellen ABCA1 und ABCA7 statistisch erwiesene Risikofaktoren dar. Trotz vermehrter Erkenntnisse der letzten Jahre gelten sowohl ABCA1 als auch ABCA7 als schlecht untersuchte Transportproteine für die es (fast) keine Modulatoren gibt. Jedoch wären solche Modulatoren als molekulare Werkzeuge notwendig um diese Transporter und ihre (Patho)Physiologie zu verstehen, und überdies auch, um neue AD Therapeutika und Diagnostika zu entwickeln. Leider gibt es weder für ABCA1 noch für ABCA7 etablierte, gut beschriebene, und breit angewandte Bewertungsplattformen welche die Entwicklung neuer, kleinmolekularer Modulatoren zulassen. Der Forschung in Bezug auf ABCA1 und ABCA7 fehlt es an nahezu allem Notwendigem für einen anwendungsfähigen Arbeitsablauf. Die Ziele dieses Projektes waren daher verschiedene Bewertungsplattformen zu entwickeln und hierdurch strukturell neuartige Modulatoren für ABCA1 und ABCA7 zu erhalten. Eine vielgleisige Strategie wurde angewandt um den Erfolg des Projektes auf allen Ebenen zu ermöglichen, speziell in Bezug auf a Zelllinien, b funktionelle Tracer, c bekannte Modulatoren aus der Literatur, d Assay Protokolle, e Kollaborationspartner, und f Substanzbibliotheken. Maus-Makrophagen erwiesen sich als einfach zu handhabende, verlässliche, und hochdurchsatzfähige Expressionssysteme für ABCA1. Leider konnte kein entsprechendes Expressionssystem für ABCA7 generiert werden. Ein verhältnismäßig einfacher, auf Fluoreszenz-markiertem Cholesterol basierender Arbeitsablauf konnte zur Bewertung der ABCA1 Transportaktivität herangezogen werden, während ein auf Membranpräparationen-basierter ATPase Assay nicht etabliert werden konnte. Die Bewertung von aus wenigen Arbeiten bekannten, sowohl potenten als auch schwachen ABCA1 Inhibitoren ergab mit ebendieser Literatur vergleichbare Werte, was insgesamt die Konfidenz der entwickelten Bewertungsplattform und die durch diese generierten Daten stärkte. Die Anwendung polypharmakologischer ABC Transporter Modulatoren brachte strukturell neuartige Arzneistoffe und Arzneistoff-ähnliche Moleküle mit zum Teil starker Inhibition von ABCA1 hervor. Durch die Durchleuchtung von Substanzbibliotheken der Kollaborationspartner konnten ebenfalls viele Treffer-Moleküle mit zwar variabler Potenz, jedoch mit hoher Treffer- Rate hervorgebracht werden. Ein Ansatz unter Nutzung organischer Synthese erwies sich ebenfalls als erfolgreich. Bemerkenswerterweise wurden durch die Entwicklung eines Computer-gestützten Arbeitsablaufs biologisch aktive Moleküle mit einer Treffer-Rate von 95.5% vorhergesagt. Die erhaltenen Moleküle waren strukturell sehr divers und waren in Teilen sehr potent gegenüber ABCA1. Zusammenfassend muss man dem Projekt trotz großer Widrigkeiten und Fehlversuche Erfolg im Hinblick auf die Zielsetzung zur Entwicklung und Anwendung eines zellbiologischen Arbeitsablaufes und, darauf basierend, den Erhalt neuer Modulatoren für ABCA1 attestieren. Sowohl der etablierte Assay, als auch die erhaltenen Moleküle, sowie das Computermodell können in Folgeprojekten verschiedenster Wissenschaftsgebiete wiederbenutzt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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A Novel Huntington’s Disease Assessment Platform to Support Future Drug Discovery and Development. International Journal of Molecular Sciences, 23(23), 14763.
Wu, Jingyun; Möhle, Luisa; Brüning, Thomas; Eiriz, Iván; Rafehi, Muhammad; Stefan, Katja; Stefan, Sven Marcel & Pahnke, Jens
