Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neuer Ansatz gegen die Afrikanische Schlafkrankheit gefunden

12.02.2019

Kleines Hemmstoff-Molekül bremst Parasitenenzym aus – Neuartiges Konzept kann zukünftig für das rationale Design von Wirkstoffen gegen andere Krankheiten verwendet werden

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus verschiedenen Disziplinen haben einen neuen Ansatz gefunden, wie die Afrikanische Schlafkrankheit bekämpft werden kann. Die Grundlagenforschung unter der Leitung von Prof. Dr. Ute Hellmich von der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) zeigt einen vielversprechenden Weg für das Design eines entsprechenden Wirkstoffes auf.


Trypanosomen, Verursacher der Afrikanischen Schlafkrankheit, unter dem Mikroskop (l.) und die Kristallstruktur des Tryparedoxin-Dimers (r.): In Rot sind die beiden Inhibitormoleküle zu sehen.

Abb./©: Ute Hellmich, Annika Wagner

„Bis zum Medikament ist es ein langer Weg“, sagt Ute Hellmich zu den Perspektiven. „Aber wir haben hier in einer ausgesprochen interdisziplinären Arbeit mit Beteiligung der Parasitologie, der theoretischen und organischen Chemie, der Strukturbiologie und der Biochemie gezeigt, wie der Parasit, der die Schlafkrankheit verursacht, unschädlich gemacht werden kann.“ Die Gruppe konnte nachweisen, wie ein spezifischer Hemmstoff an ein lebensnotwendiges Protein des Parasiten andockt und es deaktiviert.

Die Afrikanische Schlafkrankheit wird durch Trypanosomen ausgelöst, einzellige Parasiten, die durch die Tsetsefliege übertragen werden. Die Zahl der Betroffenen ging nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation in den letzten Jahren zurück und fiel 2014 auf schätzungsweise unter 15.000 Fälle.

Allerdings ist die tatsächliche Ausbreitung schwer zu bestimmen, weil die frühen Symptome denen von Malaria ähneln. „Es sind außerdem nicht nur die ärmsten Menschen der Subsahara betroffen, sondern oft in dramatischem Ausmaß auch deren Rinder, die ebenfalls von Trypanosoma‐brucei‐Arten befallen werden“, erklärt die Mainzer Biochemikerin Hellmich.

Es gibt bislang nur eine Handvoll Medikamente gegen die Schlafkrankheit, die unbehandelt tödlich verläuft. Allerdings geht auch die Behandlung oft mit sehr schweren Nebenwirkungen und Todesfällen bei bis zu 10 Prozent der Behandelten einher. Zwar gibt es mittlerweile neue Arzneimittelentwicklungen, der Ansatz der Gruppe um Hellmilch geht aber einen Schritt weiter:

„Unser Inhibitor öffnet die Türe für das grundsätzliche Design von künftigen Wirkstoffen, das vielleicht auch auf andere, verwandte Parasiten wie Leishmanien übertragen werden kann“, sagt Annika Wagner, Erstautorin der Studie, die vor Kurzem in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie veröffentlicht wurde.

Hemmstoff löst Dimer-Bildung von essentiellem Parasitenprotein aus

Das Prinzip beruht darauf, dass ein kleiner, selektiver Hemmstoff an das Enzym Tryparedoxin bindet. Dieses essentielle Protein schützt den Parasiten vor oxidativen Schäden, ist aber beim Menschen nicht vorhanden und daher ein geeignetes Arzneimittelziel. Zu seiner Überraschung hat das Forscherteam festgestellt, dass das Protein durch die Bindung an den Hemmstoff ein stabiles Dimer bildet, das heißt es kommen zwei Inhibitor-Protein-Verbindungen zusammen und verknüpfen sich zu einem Duo. Damit geht die Funktion des normalerweise als Monomer vorliegenden Proteins verloren.

„Wir waren völlig erstaunt und dachten zuerst, es handelt sich um einen Zufall, der durch die Bedingungen des Experiments entstanden ist“, beschreibt Hellmich die Entdeckung. Daraufhin wurde die Untersuchung erweitert und die Dimer-Bildung im Rahmen einer großen Studie mit unterschiedlichen Methoden überprüft – und bestätigt.

Daran beteiligt waren außer den Mainzer Arbeitsgruppen von Ute Hellmich und Prof. Dr. Till Opatz auch Forschende der Universitäten in Frankfurt, Würzburg, Heidelberg und des Europäischen Laboratoriums für Molekularbiologie (EMBL) in Grenoble.

Forschungserfolg durch hoch interdisziplinäre Arbeit

Die Besonderheit dieser Dimer-Bildung besteht darin, dass ein ausgesprochen kleines Molekül die Verbindung zustande bringt. Die meisten Moleküle, die wie ein molekularer Klebstoff Einzelbausteine zu einem Dimer zusammenfügen, sind sehr groß.

„Unser Molekül ist wesentlich kleiner und es erkennt das Protein direkt“, erläutert Hellmich. Kleine Moleküle sind einfacher in eine Zelle zu schleusen – hier läge auch der Anknüpfungspunkt für ein neues Arzneimittelkonzept.

Mit der Entschlüsselung der entscheidenden Parameter, die zur chemisch induzierten Hemmung des Parasitenproteins führen, hat die interdisziplinäre Kooperation hier den grundlegenden Weg geebnet. „Wichtig war, dass wir nicht bei unserem ursprünglichen Ziel, die Kristallstruktur zu ermitteln, aufgehört haben“, so Hellmich. „Wir haben stattdessen einen zweiten Blick auf das Ergebnis geworfen und uns dann mit Experten aus den unterschiedlichen Gebieten darüber ausgetauscht. Forschung kommt nur voran, wenn man gemeinsam arbeitet.“

Bildmaterial:
http://www.uni-mainz.de/bilder_presse/09_biochemie_schlafkrankheit.jpg
Trypanosomen, Verursacher der Afrikanischen Schlafkrankheit, unter dem Mikroskop (l.) und die Kristallstruktur des Tryparedoxin-Dimers (r.): In Rot sind die beiden Inhibitormoleküle zu sehen.
Abb./©: Ute Hellmich, Annika Wagner

Weiterführende Links:
https://www.blogs.uni-mainz.de/fb09hellmich/membrane-biochemistry/ - Arbeitsgruppe Hellmich: Membranbiochemie

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Jun.-Prof. Dr. Ute Hellmich
Membranbiochemie
Institut für Pharmazie und Biochemie – Therapeutische Lebenswissenschaften
Johannes Gutenberg-Universität Mainz
55099 Mainz
Tel. +49 6131 39-26182
Fax +49 6131 39-25348
E-Mail: u.hellmich@uni-mainz.de
https://www.blogs.uni-mainz.de/fb09hellmich/jun-prof-dr-ute-a-hellmich/

Originalpublikation:

Annika Wagner et al.
Inhibitor‐induzierte Dimerisierung einer essentiellen Oxidoreduktase aus afrikanischen Trypanosomen
Angewandte Chemie, 3. Januar 2019
DOI: 10.1002/ange.201810470
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ange.201810470

Petra Giegerich | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-mainz.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Diagnostik für alle
14.10.2019 | Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung

nachricht Inaktiver Rezeptor macht Krebs-Immuntherapien wirkungslos
14.10.2019 | Technische Universität München

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: Neuer Werkstoff für den Bootsbau

Um die Entwicklung eines Leichtbaukonzepts für Sportboote und Yachten geht es in einem Forschungsprojekt der Technischen Hochschule Mittelhessen. Prof. Dr. Stephan Marzi vom Gießener Institut für Mechanik und Materialforschung arbeitet dabei mit dem Bootsbauer Krake Catamarane aus dem thüringischen Apolda zusammen. Internationale Kooperationspartner sind Prof. Anders Biel von der schwedischen Universität Karlstad und die Firma Lamera aus Göteborg. Den Projektbeitrag der THM fördert das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand mit 190.000 Euro.

Im modernen Bootsbau verwenden die Hersteller als Grundmaterial vorwiegend Duroplasten wie zum Beispiel glasfaserverstärkten Kunststoff. Das Material ist...

Im Focus: Novel Material for Shipbuilding

A new research project at the TH Mittelhessen focusses on the development of a novel light weight design concept for leisure boats and yachts. Professor Stephan Marzi from the THM Institute of Mechanics and Materials collaborates with Krake Catamarane, which is a shipyard located in Apolda, Thuringia.

The project is set up in an international cooperation with Professor Anders Biel from Karlstad University in Sweden and the Swedish company Lamera from...

Im Focus: Controlling superconducting regions within an exotic metal

Superconductivity has fascinated scientists for many years since it offers the potential to revolutionize current technologies. Materials only become superconductors - meaning that electrons can travel in them with no resistance - at very low temperatures. These days, this unique zero resistance superconductivity is commonly found in a number of technologies, such as magnetic resonance imaging (MRI).

Future technologies, however, will harness the total synchrony of electronic behavior in superconductors - a property called the phase. There is currently a...

Im Focus: Ultraschneller Blick in die Photochemie der Atmosphäre

Physiker des Labors für Attosekundenphysik haben erkundet, was mit Molekülen an den Oberflächen von nanoskopischen Aerosolen passiert, wenn sie unter Lichteinfluss geraten.

Kleinste Phänomene im Nanokosmos bestimmen unser Leben. Vieles, was wir in der Natur beobachten, beginnt als elementare Reaktion von Atomen oder Molekülen auf...

Im Focus: Wie entstehen die stärksten Magnete des Universums?

Wie kommt es, dass manche Neutronensterne zu den stärksten Magneten im Universum werden? Eine mögliche Antwort auf die Frage nach der Entstehung dieser sogenannten Magnetare hat ein deutsch-britisches Team von Astrophysikern gefunden. Die Forscher aus Heidelberg, Garching und Oxford konnten mit umfangreichen Computersimulationen nachvollziehen, wie sich bei der Verschmelzung von zwei Sternen starke Magnetfelder bilden. Explodieren solche Sterne in einer Supernova, könnten daraus Magnetare entstehen.

Wie entstehen die stärksten Magnete des Universums?

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Dezember 2019

14.10.2019 | Veranstaltungen

10. Weltkonferenz der Ecosystem Services Partnership an der Leibniz Universität Hannover

14.10.2019 | Veranstaltungen

Bildung.Regional.Digital: Tagung bietet Rüstzeug für den digitalen Unterricht von heute und morgen

10.10.2019 | Veranstaltungen

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

Technologiemodul senkt Ausschussrate von Mikrolinsen auf ein Minimum

14.10.2019 | Informationstechnologie

Diagnostik für alle

14.10.2019 | Biowissenschaften Chemie

Bayreuther Forscher entdecken stabiles hochenergetisches Material

14.10.2019 | Materialwissenschaften

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