Strukturbasierte Entwicklung von Inhibitoren der humanen Tyrosinase und der Farnesyltransferase

Im Rahmen eines Industrieprojektes der Firma Beiersdorf wurde in enger Kooperation mit den Arbeitskreisen von Prof. Klebe und Prof. Röhm die Synthese neuartiger Inhibitoren der humanen Tyrosinase durchgeführt. Da von dem Enzym zu Beginn der synthetischen Arbeit keine Kristallstruktur zur Verfügung stand, wurde für rationales Wirkstoffdesign ein Homologie-Modell der Substratbindetasche erstellt, das auf den kristallographischen Daten der Catecholoxidase aus der Süßkartoffel, Ipomea batatas, und der Tyrosinase aus Streptomyces castanoeglobisporus beruht. Durch Docking-Studien und einer Suche in der CSD-Datenbank nach Di-Kupfer-Bindemotiven wurde eine Reihe von potentiellen Enzyminhibitoren erstellt, deren Entwicklung und Optimierung die Gewinnung eines potentiellen Wirkstoffkandidaten in absehbarer Zeit versprach. Das Hauptziel war es, dabei Strukturen zu finden, deren Inhibitorstärke nicht nur allein von der kupferbindenden Gruppe abhängt, sondern auch durch gerichtete Wechselwirkungen funktioneller Gruppen mit den Seitenketten bestimmter Aminosäuren der Substratbindetasche herbeigeführt wird. Die sukzessive Optimierung mehrerer, postulierter Ausgangsverbindungen sowie die nachfolgende Synthese von Verbindungsreihen erbrachten nicht den gewünschten Erfolg, da sich die Substanzen an der humanen Tyrosinase als inaktiv erwiesen. Aufgrund dieser Testergebnisse wurde die synthetische Arbeit an drei Verbindungs-klassen eingestellt, da die Aussichten, dort die angestrebten Wirkstoffkandidaten zu finden, als gering eingestuft wurden. Die Synthese weiterer Wirkstoffkandidaten ging von den bekannten Tyrosinase-Inhibitoren Kojisäure (12) und (L)-Mimosin (15) aus, deren Molekülgerüste sukzessiv variiert und erweitert wurden. Anhand der erhaltenen Meßergebnisse konnten wichtige Struktur-Wirkungs-Beziehungen abgeleitet und nachfolgend durch Docking-Untersuchungen bestätigt werden. So konnte gezeigt werden, dass die Hydroxymethyl-Partialstruktur der Kojisäure (12) in einen liphophilen Bereich der Substratbindetasche des humanen Enzyms ragt. Daraufhin wurde dieses Strukturelement gegen eine Thioether-Partialstruktur ausgetauscht. Das schwefelhaltige Derivat der Kojisäure 229 stach dabei besonders hervor, da es mit einem Ki = 18.6 µM ein potenterer Inhibitor ist, als der Standard Hexylresorcinol (19) (Ki = 26.1 µM). Der zweite Teil der vorliegenden Doktorarbeit beschäftigte sich mit der Synthese von Inhibitoren der Farnesyltransferase von P. falciparum. Im Gegensatz zu zuvor im Arbeitskreis Schlitzer entwickelten Benzophenon-basierten FTI´s, sollten die zukünftigen Inhibitoren eine Sulfonamid-Partialstruktur aufweisen und sich mehr „drug-like“ verhalten. Ausgehend von den Lösungen vorangegangener Docking-Studien hatte sich bereits eine Ausgangsverbindung 335 etabliert, deren Molekül-gerüst sukzessiv variiert und optimiert werden sollten. Auf diese Weise wurde das Sulfonamid-Derivat 389 erhalten, welches eine vielversprechende inhibitorische Wirkung in in vitro Testungen zeigte und sich um den Faktor 20 potenter erwies als die Ausgangsverbindung 335. Im Zuge der Optimierung von 335 sollten neben dem Austausch des Benzyl-Restes gegen andere aromatische Systeme außerdem noch Seitenketten eingeführt werden, die am Ende eine funktionelle Gruppe mit polarem und/oder basischem Charakter tragen, sowie der sogenannte „Metallanker“ modifiziert werden. Es wurden für beiden Fällen Substanzen erhalten, die sich um ca. um den Faktor 5 bzw. 10 potenter zeigten als die Ausgangsverbindung 335 (IC50 = 1200 nM). Betrachtet man die vorläufigen Testergebnisse so zeigt sich, dass die Hemmung der Farnesyltransferase ein trag- und ausbaufähiges Konzept für die Entwicklung neuer Wirkstoffe zur Behandlung von Malaria ist. Das zukünftige Ziel wird also die Entwicklung von Inhibitoren mit verbesserter Hemmstärke sein