Neue Wege zur Nadel im Heuhaufen
Tumorzellen teilen sich schnell. Daher sind sie auf einen hohen Nachschub an Bausteinen für die DNA in Form von Purinen angewiesen. Die Purinbiosynthese könnte ein neuer Angriffspunkt für eine Chemotherapie sein. Ohne ein natürliches Vorbild mutet die Suche nach einem Hemmstoff für einen zellulären Vorgang allerdings an wie die sprichwörtliche Suche nach der Nadel im Heuhaufen. Ein amerikanisches Forscherteam hat einen pfiffigen Weg entwickelt, wie man die gesuchte "Nadel" recht flott aus dem Heu zaubern kann, und präsentiert nun mehrere Kandidaten, die als Basis für das Design eines Purinsynthese-Hemmers dienen könnten.
Ein guter Angriffpunkt für den gewünschten Hemmstoff, überlegten Ali Tavassoli und Stephen J. Benkovic von der Pennsylvania State University, wäre das Enzym ATIC, das die letzten zwei Schritte der Purinbiosynthese katalysiert. Aktiv ist das Enzym nur in Form eines Dimers aus zwei identischen Einheiten. Das Ziel: Die Wechselwirkungen zwischen diesen beiden Einheiten so zu stören, dass die Dimerisierung gehemmt wird. "Der Hemmstoff sollte ein kleines zyklisches Peptid sein," sagt Benkovic, "da diese sich besonders gut als Pharmawirkstoffe eignen." Aber wie findet man ein geeignetes Peptid in der schier unermesslichen Zahl der theoretisch möglichen Peptide? Benkovic: "Indem man möglichst viele davon blindlings herstellt und diese Substanzbibliothek dann auf Tauglichkeit testet - mit konventionellen Methoden ein extrem aufwändiges Unterfangen." Die Forscher gehen daher anders vor: Sie schleusen DNA-Stückchen zufälliger Sequenz in Bakterien ein. Die Zufallssequenz ist dabei in einen DNA-Abschnitt eingebettet, der für eine besondere Art von Protein, ein Intrein, codiert. Anhand dieser Bauanleitung stellen die Zellen kurze Peptide mit der entsprechenden - zufälligen - Aminosäure-Reihenfolge her, die in das Intein integriert sind. Inteine können etwas Besonderes, sie schneiden die "überflüssige" Peptidsequenz automatisch aus ihrer Mitte heraus und zyklisieren sie dabei. So konnten mehrere Millionen zyklischer Peptide "auf einen Schlag" hergestellt werden. Wie aber ohne aufwändige Tests aktive Peptide identifizieren? In die Zellen wurden Gene eingeschleust, die sie für das Überleben in speziellen antibiotikahaltigen Medien fit machen. Ihnen vorgeschaltet ist ein Schalter-Gen: So lange hier ein Repressor-Protein gebunden ist, werden die Gene nicht abgelesen - die Zellen sterben. Der Trick dabei: Der Repressor ist ein Hybrid aus der DNA-Bindungssequenz und dem dimeren Zielprotein ATIC. Nur wenn die Zelle einen wirksamen Dimerisierungshemmstoff enthält, trennt sich das Dimer in seine zwei Hälften, der Repressor löst sich von der DNA, die Gene werden angeschaltet - die Zelle überlebt und bildet Kolonien. Anhand deren DNA lässt sich die Identität der aktiven Peptide leicht ermitteln.
"In der Tat," sagt Benkovic, "erwiesen sich die so selektierten Peptide als wirksame Hemmstoffe für ATIC, indem sie dessen Dimerisierung verhindern."
Kontakt: Prof. S. J. Benkovic
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Angewandte Chemie Presseinformation Nr. 15/2005
Angew. Chem. 2005, 117
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