Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kleine Veränderung, große Wirkung – Halogenbindungen in der Medikamentenforschung

18.01.2013
Halogenbindungen werden seit einiger Zeit in der Kristall-Synthese, in der Werkstoffforschung und in der Nanotechnologie eingesetzt.
Forscher am Heidelberger Institut für Theoretische Studien (HITS) und an der tschechischen Akademie der Wissenschaften in Prag haben nun ein neues Verfahren zur Anwendung von Halogenbindungen in der Medikamentenforschung entwickelt.

Halogenchemie wird seit fast 70 Jahren von Medizinchemikern verwendet. Bisher wurden Halogene zur Optimierung sogenannter ADMET-Eigenschaften herangezogen. Die englische Abkürzung steht für Absorption (Aufnahme in die Blutbahn), Distribution (Verteilung im Organismus), Metabolism (Verstoffwechselung), Excretion (Ausscheidung) und Toxicity (Toxizität).

Linke Seite: Ladungsverteilung rund um das Brombenzolmolekül. Regionen mit negativem elektrostatischem Potenzial sind blau markiert, positiv geladene Regionen grau. Die graue Scheibe im Vordergrund markiert das Sigma-Loch. Rechte Seite: Überlagerung der vorhergesagten Bindungsstellen des K17-Inhibitors der Kaseinkinase 2 (PDB-Code 2OXY) mit expliziten Sigma-Löchern (rot) und ohne (blau) und Vergleich mit der Kristallstruktur (grau).
Bild: Agnieszka Bronowska / HITS

Halogene verbessern die orale Aufnahme und erleichtern es potenziellen Medikamenten, biologische Barrieren zu passieren. Sie helfen, kleine hydrophobe Hohlräume in vielen Zielproteinen zu füllen, und verlängern die Wirkungsdauer des Arzneimittels. Kurz: Sie machen vielversprechende chemische Verbindungen zu potenziellen Medikamenten. Jedoch wurden Interaktionen, an denen Halogenatome beteiligt sind, in der vorklinischen Medikamentenentwicklung bisher weitgehend vernachlässigt.

Forscher aus den Bereichen Quantenchemie und strukturbasierte Medikamentenentwicklung in Heidelberg und Prag haben nun ein neues Verfahren entwickelt, um Halogenverbindungen in der computergestützten medizinischen Chemie und für Anwendungen in der Medikamentenforschung zu nutzen. An der Studie unter der Leitung von Dr. Agnieszka Bronowska vom Heidelberger Institut für Theoretische Studien (HITS) waren Forscher der Akademie der Wissenschaften der Tschechischen Republik beteiligt. Die Ergebnisse wurden jetzt in Chemical Communication veröffentlicht.

Die meisten Halogene (außer Fluor) haben einzigartige Eigenschaften, mit denen sie Interaktionen zwischen potenziellen Medikamenten und ihren Zielproteinen stabilisieren können. Diese Eigenschaften sind quantenchemischen Ursprungs: Sie beruhen auf der Anisotropie, also der Richtungsabhängigkeit der Ladungsverteilung um das Halogenatom, wenn es an ein Substrat bindet, das dem Atom Elektronen entzieht. Überraschenderweise haben Halogene trotz negativer Ladung Regionen, die weiterhin eine positive Ladung aufweisen (Abbildung 1, linke Seite). Diese Regionen werden als Sigma-Löcher bezeichnet und sind für den gerichteten und stabilisierenden Charakter von Halogenbindungen mit anderen elektronegativen Atomen wie Sauerstoff oder Stickstoff verantwortlich.

Wenn Sigma-Löcher bei der Vorhersage der Struktur und der Energetik von Medikament-Proteinkomplexen nicht berücksichtigt werden, kann das zu Fehlern führen, die die Entwicklung eines Medikaments scheitern lassen.

Beim neuen Verfahren werden die positiv geladenen Sigma-Löcher mit einem masselosen, geladenen Pseudo-Atom angenähert. Dieses wird als „explizites Sigma-Loch“ bezeichnet. Dadurch konnten Agnieszka Bronowska und ihre Kollegen einen quantenchemischen Effekt in schnellere (und viel ungenauere) computergestützte Analyseverfahren in der strukturbasierten Medikamentenentwicklung integrieren. „Wir haben fast einhundert Komplexe aus medizinisch relevanten Proteinen und halogenierten Molekülen getestet“, sagt die Forscherin. „Die Ergebnisse zeigten eine signifikante Verbesserung der Beschreibung solcher Komplexe nach der Einführung des expliziten Sigma-Lochs.“

Das neue Verfahren wird bereits von Forschungsgruppen in Tschechien, Großbritannien und den USA eingesetzt, um neuartige Verbindungen zur Behandlung von chemotherapieresistenten Krebsarten, ansteckenden Krankheiten und Alzheimer zu entwickeln.

Wissenschaftliche Publikation:
Plugging the explicit sigma-holes in molecular docking. Michal Kolár, Pavel Hobza and Agnieszka K. Bronowska. Chemical Communications, 2013, 49 (10), 981 - 983.
DOI: 10.1039/C2CC37584B
http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2013/cc/c2cc37584b

Pressekontakt:
Dr. Peter Saueressig
Public Relations
Heidelberg Institute for Theoretical Studies (HITS)
Phone: +49-6221-533245
Peter.saueressig@h-its.org

Wissenschaftlicher Kontakt:
Dr. Agnieszka Bronowska
Molecular Biomechanics Group (MBM)
Heidelberg Institute for Theoretical Studies (HITS)
Agnieszka.bronowska@h-its.org

Dr. Peter Saueressig | idw
Weitere Informationen:
http://www.h-its.org
http://www.h-its.org/deutsch/presse/pressemitteilungen.php?we_objectID=943
http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2013/cc/c2cc37584b

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wenn für Fischlarven die Nacht zum Tag wird
18.01.2019 | Universität Siegen

nachricht Handgestrickte Moleküle
18.01.2019 | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Ten-year anniversary of the Neumayer Station III

The scientific and political community alike stress the importance of German Antarctic research

Joint Press Release from the BMBF and AWI

The Antarctic is a frigid continent south of the Antarctic Circle, where researchers are the only inhabitants. Despite the hostile conditions, here the Alfred...

Im Focus: Ultra ultrasound to transform new tech

World first experiments on sensor that may revolutionise everything from medical devices to unmanned vehicles

The new sensor - capable of detecting vibrations of living cells - may revolutionise everything from medical devices to unmanned vehicles.

Im Focus: Fliegende optische Katzen für die Quantenkommunikation

Gleichzeitig tot und lebendig? Max-Planck-Forscher realisieren im Labor Erwin Schrödingers paradoxes Gedankenexperiment mithilfe eines verschränkten Atom-Licht-Zustands.

Bereits 1935 formulierte Erwin Schrödinger die paradoxen Eigenschaften der Quantenphysik in einem Gedankenexperiment über eine Katze, die gleichzeitig tot und...

Im Focus: Flying Optical Cats for Quantum Communication

Dead and alive at the same time? Researchers at the Max Planck Institute of Quantum Optics have implemented Erwin Schrödinger’s paradoxical gedanken experiment employing an entangled atom-light state.

In 1935 Erwin Schrödinger formulated a thought experiment designed to capture the paradoxical nature of quantum physics. The crucial element of this gedanken...

Im Focus: Implantate aus Nanozellulose: Das Ohr aus dem 3-D-Drucker

Aus Holz gewonnene Nanocellulose verfügt über erstaunliche Materialeigenschaften. Empa-Forscher bestücken den biologisch abbaubaren Rohstoff nun mit zusätzlichen Fähigkeiten, um Implantate für Knorpelerkrankungen mittels 3-D-Druck fertigen zu können.

Alles beginnt mit einem Ohr. Empa-Forscher Michael Hausmann entfernt das Objekt in Form eines menschlichen Ohrs aus dem 3-D-Drucker und erklärt: «Nanocellulose...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Smarte Sensorik für Mobilität und Produktion 4.0 am 07. Februar 2019 in Oldenburg

18.01.2019 | Veranstaltungen

16. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

17.01.2019 | Veranstaltungen

Erstmalig in Nürnberg: Tagung „HR-Trends 2019“

17.01.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Zeitwirtschafts- und Einsatzplanungsprozesse effizient und transparent gestalten mit dem Workforce Management System der GFOS

18.01.2019 | Unternehmensmeldung

Der Schlaue Klaus erlaubt keine Fehler

18.01.2019 | Informationstechnologie

Neues Verfahren zur Grundwassersanierung: Mit Eisenoxid gegen hochgiftige Stoffe

18.01.2019 | Verfahrenstechnologie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics