Forschungsbericht 2011 - Max-Planck-Forschungsstelle für Enzymologie der Proteinfaltung

Nur eines unter vielen – Spezifische Hemmung einzelner Cyclophiline

Autoren
Schiene-Fischer, Cordelia
Abteilungen
Max-Planck-Forschungsstelle für Enzymologie der Proteinfaltung, Halle
Zusammenfassung
Cyclophiline gehören zur Enzymklasse der Peptidyl-Prolyl-cis/trans-Isomerasen, sie beschleunigen die Umwandlung zwischen der cis- und der trans-Form der Prolylpeptidbindung. Unter den 18 menschlichen Cyclophilinen besitzen die zwei am häufigsten vorkommenden Mitglieder dieser Familie, Cyclophilin A und Cyclophilin B, spezifische Funktionen bei der Entstehung von  entzündlichen Krankheiten, Krebs und Hepatitis C.  Wir haben einen Hemmstoff gefunden, der zwischen diesen beiden Cyclophilinen unterscheiden kann, die niedrigmolekulare Verbindung hemmt nur Cyclophilin A.

Die Ausbildung der richtigen Struktur von Eiweißen wird in der Zelle durch besondere Faltungshelfer-Eiweiße unterstützt. Zu diesen Faltungshelfern gehören die Cyclophiline. Cyclophiline sind Peptidyl-Prolyl-cis/trans-Isomerasen, sie beschleunigen die Umwandlung zwischen der cis- und der trans-Form der Peptidbindung, die die Aminosäure Prolin ausbildet.

Im Menschen kennt man bislang 18 verschiedene Cyclophiline. Sie sind an einer Vielzahl zellulärer Vorgänge beteiligt, die sowohl das Zellwachstum als auch die Zellvermehrung und die Zellbeweglichkeit umfassen. Von einigen der Cyclophiline, insbesondere von Cyclophilin A und B, ist ihre Beteiligung an bestimmten krankheitserregenden Prozessen bekannt; so sind sie an viralen Infektionen, entzündlichen Erkrankungen wie Sepsis und rheumatische Arthritis und an der Entstehung von Krebs beteiligt.

Hemmstoffe, die in der Lage sind, nur eines der Cyclophiline zu inhibieren, könnten sich potentiell zur Therapie einer mit einem bestimmten Cyclophilin zusammenhängenden Krankheit eignen: Sie würden wenig Nebenwirkungen auslösen und nicht durch Bindung an andere Cyclophiline von ihrer Wirkung abgehalten werden.

Der sehr potente Cyclophilin-Hemmstoff Cyclosporin A (CsA) kann jedoch nicht zwischen Cyclophilin A und Cyclophilin B unterscheiden, durch CsA wird die enzymatische Aktivität dieser beiden Cyclophiline in gleichem Maße gehemmt.

Niedermolekulare chemische Verbindungen auf der Basis von Aryl-1-Indanylketonen besitzen Selektivität gegenüber verschiedenen Cyclophilinen. Verschiedene chemische Gruppierungen am Arylringsystem verursachen Unterschiede in der Bindungsstärke und der Selektivität gegenüber den einzelnen Cyclophilinen. Die selektivste Verbindung hemmt die enzymatische Aktivität von Cyclophilin A mehr als 200mal stärker als die von Cyclophilin B. Die Charakterisierung der Bindung des Aryl-1-Indanylketons an Cyclophilin A ergab, dass die Inhibierung durch die Bindung der Substanz im aktiven Zentrum des Enzyms, wo auch CsA bindet, erfolgt. Das Aryl-1-Indanylketon kann CsA von seinem Bindungsort in Cyclophilin A verdrängen. Die Bindung des Aryl-1-Indanylketons an Cyclophilin A ist durch die entstehende Bindungswärme als auch durch die entstehende Unordnung bei der Bindung begünstigt.

Aufgrund der Unterschiede in der Zellgängigkeit der einzelnen untersuchten chemischen Verbindungen können einige der Verbindungen dazu genutzt werden, gezielt Cyclophiline zu inhibieren, die außerhalb der Zellen wirken, während andere Verbindungen Cyclophiline innerhalb von Zellen hemmen können.

Cyclophilin A und Cyclophilin B werden sowohl außerhalb als auch innerhalb von Zellen gefunden. Es ist bekannt, dass die extrazellulären Cyclophiline zu Entzündungsreaktionen beitragen, indem sie die Fortbewegung verschiedener Immunzellen stimulieren. Durch ein Aryl-1-Indanylketon, das nicht in Zellen eindringen kann, erfolgte spezifisch die Inhibierung der Fortbewegung von Immunzellen, die durch Cyclophilin A zur Bewegung stimuliert wurden. Immunzellen, die durch Cyclophilin B stimuliert wurden, blieben unbeeinflusst von der Gabe des Aryl-1-Indanylketons.

1.
S. Daum, M. Schumann, S. Mathea, T. Aumüller, M. A. Balsley, S. L. Constant, B. F. de Lacroix, F. Kruska, M. Braun und C. Schiene-Fischer:
Isoform-specific inhibition of cyclophilins.
Biochemistry 48, 6268-6277 (2009).

 


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