Fragmentbasierte Entdeckung von Glykansulfatase-Inhibitoren und chemischen Sonden zur Untersuchung von Darmsymbionten bei entzündlichen Darmerkrankungen

• Antragsteller: Dr. Conor Joseph Crawford, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie ; Biochemie ; Pharmazie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 570219261

In diesem Vorhaben beabsichtige ich mit Hilfe einer fragmentbasierten Wirkstofffindung erstmals niedermolekulare Inhibitoren von BT16363S-Gal entwickeln, einer Schlüsselglykansulfatase aus Bacteroides thetaiotaomicron. Dieses Enzym ermöglicht die Verdauung von Mucin-O-Glykanen und die mikrobielle Besiedlung des Darms. Bei einer Dysbiose wird ein erhöhter BT16363S-Gal-Wert mit einer deutlichen Verschlechterung der Prognose und Krankheitsverlauf bei entzündlichen Darmerkrankungen (CDE) und Dickdarmkrebs in Verbindung gebracht. Den derzeitig verfügbaren IBD-Behandlungen mangelt es an Spezifität, und sie bewirken oft eine breite unerwünschte Immunsuppression. Ich stelle die Hypothese auf, dass eine selektive Hemmung von BT16363S-Gal den Mucin-O-Glykan-Abbau beeinträchtigt und somit die bakterielle Kolonisierung reduziert und dadurch die Darmentzündung bei CDE lindert. Dies ist ein neuartiger, auf die Modulation der Darmmikrobiota ausgerichteter therapeutischer Ansatz. Bislang sind keine chemischen Inhibitoren von Glykansulfatase und insbesondere von BT16363S-Gal bekannt. Ein vorläufiges Fragment-Screening von 2,780 Fragmenten ergab ein gemeinsames Kerngerüst, das die Aktivität von BT16363S-Gal um ~85 % reduziert, wobei ein Leitfragment einen Kᵢ von 33 μM aufweist. Im Rahmen dieses Stipendiums werde ich diese Fragmente durch strukturbasiertes Design und chemische Synthese optimieren, um potente, selektive Inhibitoren zu entwickeln. Diese kleinen Moleküle sind chemische Werkzeuge zur Entschlüsselung der Funktion von BT16363S-Gal bei Darmgesundheit und Krankheit. Neben der Entwicklung von Inhibitoren werde ich spezifische, auf Aktivität basierende Sonden entwickeln, um Grundlagenforschung zur Funktion von BT16363S-Gal und der weiteren S1_20-Glykansulfatase-Unterfamilie zu ermöglichen. Bei diesen Sonden werden klassische Sulfamat-Sprengköpfe und neuartige Sulfonylhydrazide zur selektiven Markierung des katalytischen Formylglycin-Rests von Sulfatasen verwendet, die durch mass spectrometry und Röntgenstrukturanalysen charakterisiert werden sollen. Darüber hinaus werden fluoreszierende bildgebende Verfahren eine räumlich-zeitliche Auflösung unserer führenden Inhibitoren in B. thetaiotaomicron in mikrobiellen Gemeinschaften ermöglichen, was eine frühzeitige Diagnostik, aber auch beispielsweise die Charakterisierung potenzieller Off-Target-Effekte auf die Mikrobiota erlaubt. Gemeinsam werden diese Arbeiten die ersten niedermolekularen Inhibitoren und chemischen Sonden für Glykansulfatasen liefern. Diese Verbindungen werden einen wichtigen Beitrag zu unserem grundlegenden Verständnis der biologischen Funktion von Sulfatasen leisten. Langfristig wird dies den Weg für die Entwicklung neuartiger Therapien für die Behandlung von CED durch selektive Hemmung einer bakteriellen Sulfatase ebnen. Dieser Präzisionsansatz zielt darauf ab, die Darmgesundheit von Millionen von Patienten wiederherzustellen, ohne dabei das Mikrobiom signifikant zu stören.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle