Understanding the Binding Characteristics of Aldose Reductase

• Antragsteller: Professor Dr. Gerhard Klebe; Professor Dr. Martin Schlitzer
• Fachliche Zuordnung: Pharmazie
• Förderung: Förderung von 1999 bis 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5205366

• Erstellungsjahr: 2012

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Zur thermodynamischen Charakterisierung der Bindungseigenschaften von drei Treffern aus einem Virtuellen Screening als potentielle Kandidaten für eine Leitstrukturbestimmung wurden Kristallstrukturbestimmungen und mikrokalorimetrische Messungen durchgeführt. Diese Messungen ergaben das überraschende Ergebnis, dass zunächst entropisch bevorzugt bindende Liganden durch Austausch eines zentralen Heterocyclus in enthalpisch bindende überführt werden. Dieses Bild muss durch weitere Untersuchungen genauer aufgeklärt werden. Dazu sind in dem Projekt eine Vielzahl von Modellsubstanzen hergestellt worden, die derzeit charakterisiert werden. Durch Mutagenese der Aminosäure Thr113 gegen Ala, Ser, Val, Cys konnten an Hand hochausgelöster Kristallstrukturanalysen und mikrokalorimetrischer Messungen die Konsequenzen von Aminosäureaustauschen in der Bindetasche auf die Ligandenbindung untersucht werden. Starke Enthalpie/Entropie-Kompensationen deuten sich an, die verstehen lassen, welche Kriterien für Selektivitätsunterschiede verantwortlich sein können. Ein interessanter durch Ligandenbindung induzierter Wechsel der Proteinpackung im Kristallverband konnte beobachtet und strukturell aufgeklärt werden. Zersetzungen Brom-haltiger Derivate durch die intensive Synchrotronstrahlung wurde genau analysiert und weist das Entstehen eines Bromidions nach, das sich benachbart zur Bindetasche im Protein nachweisen lässt.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Structure-based Optimization of Aldose Reductase Inhibitors originating from Virtual Screening. ChemMedChem, Vol. 4. 2009, Issue 5, pp. 809–819.
  M. Eisenmann, H. Steuber, M. Zentgraf, M. Altenkämper, R. Ortmann, J. Perruchon, G. Klebe, M. Schlitzer
  
• Adding Calorimetric Data to Decision Making in Drug Development: A Hot Tip! Nature Reviews Drug Discovery, Vol. 9.2010,Issue 1, pp. 23-27.
  J. E. Ladbury, G. Klebe, E. Freire
  
• Ligand-induced Fit Affects Binding Modes and Provokes Changes in Crystal Packing of Aldose Reductase. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects, Vol. 1810. 2011, Issue 9, pp. 879–887.
  C. Koch, A. Heine, G. Klebe
  
• Radiation Damage Reveals Promising Interaction Position. Journal of Synchrotron Radiation, Vol. 18. 2011, pp. 782-789.
  C. Koch, A. Heine, G. Klebe
  
• Tracing the Detail: How Mutations Affect Binding Modes and Thermodynamic Signatures of Closely Related Aldose Reductase Inhibitors. Journal of Molecular Biology, Vol. 406. 2011, Issue 5, pp. 700–712.
  C. Koch, A. Heine, G. Klebe