Hit-to-Lead Entwicklung selektiver HBV/HDV Entry-Inhibitoren

Projektbeschreibung

Infektionen mit den Hepatitis B (HBV) und D (HDV) Viren sind die Hauptursache für hepatozelluläres Karzinom und Leberzirrhose infolge chronischer Hepatitis. Obwohl ein wirksamer prophylaktischer Impfstoff zur Verfügung steht sind die therapeutischen Möglichkeiten insbesondere für HDV beschränkt. Die Entwicklung von HBV/HDV Entry-Inhibitoren könnte hier Abhilfe schaffen. Diese sollten spezifisch den HBV/HDV Rezeptor NTCP (einen physiologischen Gallensäuretransporter in der Leber) blockieren. Bisher wurden mehr als 200 Verbindungen aus verschiedenen Substanzklassen getestet und entsprechende 3D-Struktur-Wirkungsmodelle (QSAR) generiert. Des Weiteren wurde ein Pharmakophor-Modell für HBV/HDV Entry-Inhibitoren etabliert. Mit diesen Modellen wurden bereits virtuelle Substanzbibliotheken durchmustert und dabei weitere wirksame Hits identifiziert.

NTCP ist ein physiologischer Gallensäuretransporter in der Plasmamembrane von Leberzellen. NTCP ist aber auch der hepatische Rezeptor für HBV und HDV. HBV/HDV Entry-Inhibitoren sollten selektiv die Virusrezeptorfunktion von NTCP blockieren. 3D-QSAR- und Pharmacophor-Modelle helfen neue wirksame Verbindungen zu identifizieren.

 

Wissenschaftliches Ziel:

Entwicklung niedermolekularer oral bioverfügbarer HBV/HDV Entry-Inhibitoren, welche in der Lage sind selektiv die Virusrezeptorfunktion von NTCP zu blockieren, ohne dabei dessen physiologische Gallensäuretransportfunktion zu beeinträchtigen. Erste Hits sollen mittels molekularem Wirkstoffdesign zu Leitstrukturen weiterentwickelt werden.

 

DRUID-Kooperationspartner:

B1 Diederich/Kolb, B3 Rahlfs/Kolb/van Zandbergen, D2 Pfeiffer/Zeuzem/Hildt, E3 Rahlfs/Przyborski, E6 Schiffmann/Laux


Literatur C5: 1. *Kirstgen et al. (2020) Sci Rep 10:21772 2. *Grosser et al. (2021) Front Mol Biosci 8:689757 3. *Kirstgen et al. (2021) Viruses 13:666 4. *Kirstgen et al. (2021) Viruses 13:1489. 5. Paraskevopoulou et al. (2020) Proc Natl Acad Sci USA 117(30).

Verbesserte Diagnose und Behandlung der viszeralen Leishmaniose

Projektbeschreibung

Die zuverlässige Diagnose sowie Behandlung der an viszeraler Leishmaniose (VL) erkrank-ten Menschen und Hunden (Reservoirwirt) ist für die Kontrolle dieser Infektion wichtig. Derzeit verfügbare diagnostische Tests, die auf der Antikörperreaktion mit dem Kinesin-protein von Leishmanien basieren, zeigen in manchen Endemiegebieten eine schlechte Sensitivität. Wir haben ein Kinesinantigen (rKLi8.3) entwickelt und patentiert, dass bei Mensch und Tier eine verbesserte diagnostische Leistung aufweist. Dies war möglich, indem wir ein Kinesinantigen mit optimierter Struktur (Repeats) und Sequenz entwickelt haben. Derzeit werden verschiedene Testformate mit rKLi 8.3 hergestellt und geprüft.

Die Behandlung der VL ist hinsichtlich von Wirksamkeit und Nebenwirkungen sehr proble-matisch. Es wurde ein Inhibitor (GNF-6702) der selektiv das Proteasom der Kinetoplastida (T. brucei, T. cruzei und L. donovani) inhibiert entwickelt. GNF-6702 bindet an eine Proteasomenuntereinheit von Kinetoplastida, die sich vom Menschen strukturell unter-scheidet. Die spezifische Bindung an das Kinetoplastenproteasom scheint ursächlich für die sehr geringe Toxizität in Säugerzellen zu sein. Wir konnten zeigen, dass die proteaso-male beta 4 Untereinheit bei allen bisher getesteten Leishmanienisolaten konserviert ist und sich somit als therapeutisches Ziel eignet.

 

Wissenschaftliches Ziel:

Im Projektteil Diagnose produzieren und überprüfen wir in Zusammenarbeit mit unserem Industriepartner verschiedene Formate eines sero-diagnostischen VL-Schnelltest. Im Projektteil Behandlung validieren wir in Zellkultur-experimenten Spezifität, Wirkung und Toxizität neuer, Kinetoplastida-spezifischen Proteasomen Inhibitoren.

 

DRUID-Kooperationspartner:

B1 Diederich/Kolb Labor, C2 Kempf Labor, D3 van Zandbergen Labor


Literatur C4: [1] Abass et al. (2013) PLoS Negl Trop Dis. 18;7; [2] Abass et al. (2015) PLoS One. 3;10; [3] Martínez Abad et al. (2017) Acta Trop. 166:133-138; [4] Pereira et al. (2020) Eur J Microbiol Immunol 27;10:165-171. [5] Khare et al. (2016) Nature 537: 229-233

Neue Wege zur Kontrolle von Schistosomiasis und Echinokokkose

Projektbeschreibung

Echinokokkose und Schistosomiasis sind zwei sogenannte vernachlässigte Tropenkrankheiten, die die Gesundheit der Betroffenen in endemischen Ländern stark beeinträchtigen. Unsere Gruppe entwickelt neue Instrumente, die für eine bessere Kontrolle dieser beiden Krankheiten eingesetzt werden können. Für Bilharziose entwickeln wir neue Medikamente, die auf die schistosomalen Mitogen-aktivierten Proteinkinasen abzielen [1], um neue Verbindungen zu finden, die sowohl larvizid als auch adultizid sind. Für die Echinokokkose entwickeln wir eine neuartige Diagnoseplattform, die auf dem Nachweis von parasitenspezifischem IgE unter Verwendung von humanisierten IgE-Reporterzelllinien beruht [2-4], die in verschiedenen Formaten eingesetzt werden können. Wir arbeiten auch an der Ausweitung dieser Diagnoseplattform auf andere parasitäre Infektionen (z. B. Fasciola, Zystizerkose, Clonorchis, Opisthorchis).

Larvizide und Adultizide Aktivität von Verbindung 38_8, die aus einer Substanzbibliothek mittels unseres bionformatischen Ansatzes ausgesucht wurde.

Strukturvorhersage von S. mansoni JNK im Vergleich zum humanen Orthologen

Wissenschaftliches Ziel:

Das Schistosomen-Projekt zielt darauf ab, mithilfe einer bioinformatischen in silico Analyse Leitmoleküle für Kinase-Inhibitoren zu identifizieren und diese zu geeigneten Arzneimitteln weiterzuentwickeln. Im Rahmen des Echinococcus-Projekts streben wir ein besseres Verständnis der schützenden Immunreaktionen gegen Echinokokken an und wollen dieses Wissen in die Entwicklung von Impfstoffen und stark verbesserten, innovativen Diagnosetechnologien einfließen lassen.

 

DRUID-Kooperationspartner:

A4 Heine lab, B4 Grevelding lab, C6 NWG Häberlein lab, E1 Czermak/Salzig lab


Literatur B7P: [1] *Pereira-Moreira et al. (2020) ACS Omega 5:9064-9070 [2] Kalli M et al. (2020) Sci Rep. 10:18208 [3] Kalli M. et al. (2020) Methods Mol Biol.;2163:155-162. [4] Prakash PS et al. (2021)  Parasitol Res.

Plasmodium falciparum Chaperone, Co-Chaperone und deren Protein-Protein-Interaktionen als Ziele für neue Interventionsstrategien

Projektbeschreibung

Übersicht der Assay-Entwicklung

Malariaparasiten dringen in reife menschliche rote Blutkörperchen (RBC) ein und leben darin. Um sein Überleben zu sichern, baut der Parasit die von ihm gewählte Wirtszelle zu seinem eigenen Vorteil um. Infizierte rote Blutkörperchen werden klebrig und haften an der Innenwand kleiner Blutgefäße, außerdem überziehen sie sich mit Proteinen, die es ihnen ermöglichen, für das Immunsystem unsichtbar zu werden. Dies führt leider zur Krankheit des Patienten und schließlich zum Tod. Wir haben kürzlich eine Reihe wichtiger molekularer Akteure identifiziert, die für diesen Umbauprozess wesentlich sind, darunter Mitglieder der so genannten HSP70- und HSP40-Familien. Das Ziel dieses Projekts ist es, die Funktion von HSP40 und HSP70 zu blockieren. Wenn uns dies gelingt, werden die Parasiten wahrscheinlich aus dem Blutkreislauf entfernt, wodurch die Schwere der Krankheit gelindert wird. Zu diesem Zweck werden wir eine Reihe von Assays zur Messung der Aktivität von HSP40/HSP70 entwickeln und auf dieser Grundlage nach Verbindungen suchen, die diese Wechselwirkung verringern. Vielversprechende Verbindungen werden dann direkt an Parasiten auf ihre Fähigkeit getestet, die Veränderung der Wirtszellen zu verringern.

 

 


Literatur A7: 1. Diehl et al. (2021) PLoS Pathogens 17:e1009969 2. Zhang et al. (2017) Sci Rep 7: 42188 3. Charnaud et al. (2017) PLoS One 12: e0181656 4. Külzer et al. (2012) Cell Micro 14: 1784-95 5. Külzer et al. (2010) Cell Micro 12: 1398-1420

Pharmazeutische Entwicklung, Translationale Medizin, drug repurposing

Projektbeschreibung

Die SARS-CoV2-Pandemie verdeutlicht, dass die Entwicklung von Arzneimitteln, die Infektionen therapieren können, dringend notwendig ist. Um neue Behandlungsoptionen zu identifizieren, werden vielversprechende Substanzen aus anderen Arbeitsgruppen präklinisch charakterisiert. Dies umfasst die Erstellung eines Sicherheitsprofils sowie die Bioverfügbarkeitstestung der Wirkstoffkandidaten. Da eine unterstützende Therapie mit immunmodulierenden Arzneimitteln einen bewährten Therapieansatz darstellt, wird eine Interaktion der Wirkstoffkandidaten mit dem Immunsystem geprüft.

Veränderung der Oberflächenmarker-expression auf behandelten M2-Makrophagen ©Marina Henke

Veränderung der Zytokinfreisetzung in behandelten M2-Makrophagen ©Leonard Blum

Wissenschaftliches Ziel:

Im Rahmen des Projektes soll für small molecules/Peptide, die potenziell eine antivirale, antiparasitäre oder antibakterielle Wirkung haben, ein Sicherheits- und/oder immunmodulatorisches Profil erstellt werden. Des Weiteren werden in diesem Projekt humane Zielproteine (z. B. TMPRSS2) untersucht, die neue Targets zur Bekämpfung von Pathogenen darstellen.

 

DRUID-Kooperationspartner:

A1 Becker lab, A2 Grünweller lab, A3 Weber lab, B1 Diederich/Kolb lab, B3 Rahlfs/Kolb/van Zandbergen, B5 Schlitzer lab, D1 Friebertshäuser lab


Literatur E6: 1. Blum et al. (2021) J Mol Med 99(2):261-72; 2. Blum et al. (2020) Sci Rep 10(1):7534; 3. Blum et al. (2020) J Cell Mol Med 24(12):6988-99.

Komplement-interagierende Proteine von Rückfallfieberborrelien

Projektbeschreibung

Borrelia recurrentis zählt zu den „neglected arthropod-borne pathogens“ und ist der Erreger des epidemischen Läuserückfallfiebers, das unbehandelt eine Mortalität von bis zu 40% aufweist. Die hämatogene Ausbreitung des Erregers lässt auf effiziente Strategien der Immunevasion schließen, um insbesondere dem Komplementsystem, zu entgehen. Dabei spielen Komplement-interagierende Proteine eine bedeutende Rolle. Mit Hilfe von bioinformatischen Analysen wurde ein Cluster von fünf Proteinen identifiziert, die auf unterschiedlichen Aktivierungsstufen das Komplementsystem inhibieren. Diese Proteine stellen vielversprechende Kandidaten für die Entwicklung von in vitro-Diagnostika dar. Zwei Testsysteme (Line immunoblot und ELISA) zur Diagnose des epidemischen Läuserückfallfiebers wurden bereits entwickelt und evaluiert.

Immunfluoreszenz-mikroskopische Aufnahme von B. recurrentis.

Schematische Darstellung der Komplementinaktivierung auf der Oberfläche von B. recurrentis.

Wissenschaftliches Ziel:

Der Fokus dieses Projektes liegt auf der funktionellen und strukturellen Charakterisierung weiterer Komplement-inhibierender Proteine von Borrelia recurrentis sowie der Optimierung der bestehenden Testsysteme und der Entwicklung eines point-of-care Antigen-Schnelltests.

 

DRUID-Kooperationspartner:

B2 Ziebuhr lab, C2 Kempf lab, C4 Steinhoff lab, D1 Steinmetzer lab, E3 Rahlfs/Przyborski, Gold Standard Diagnostics (früher NovaTec)


Literatur C3: [1] Cordes et al. (2005) Nat Struct Mol Biol 12:276-277; [2] Röttgerding et al. (2017) Sci Rep 7:303; [3] Nguyen et al. (2018) Front Cell Infect Microbiol. 8:23; [4] Walter et al. (2019) Front Immunol 10:2722; [5] Röttgerding and Kraiczy (2020) Front Immunol 11:1560; [6] Schmidt et al. (2021) Sci Rep 11:4964.

Bartonella bacilliformis Pathogenitätsfaktoren als diagnostische und therapeutische Targets

Projektbeschreibung

Bartonella bacilliformis ist der Erreger der Carrión-Krankheit, eine in den Anden Südamerikas endemisch vorkommende und vektorübertragene Infektionserkrankung. Infektionen mit B. bacilliformis führen zu einem schweren hämolytischen Fieber mit hoher Letalität. Die Inhibition der bakteriell vermittelten Hämolyse stellt einen vielversprechenden Therapieansatz dar. Zwei Pathogenitätsfaktoren spielen bei der Hämolyse eine zentrale Rolle, von denen mindestens eines ein potentielles drug target darstellt. Bislang ist der Mensch der einzig bekannte Reservoir-Wirt für B. bacilliformis und es wird angenommen, dass asymptomatisch Infizierte die Quelle neuer Ausbrüche sind. Die Identifizierung asymptomatischer Träger ist daher von besonderer Bedeutung für die Infektionskontrolle. Hierfür wurde eine Alphaversion eines B. bacilliformis IgG ELISAs und Lineblots entwickelt.

Rasterelektronen-mikroskopie eines, durch B. bacilliformis, infizierten Erythrozyten.

B. bacilliformis NovaLisa® KIT.

Wissenschaftliches Ziel:

Ziel des Projektes ist es, die beiden Pathogenitätsfaktoren in Hinblick auf Hämolyse zu untersuchen, um neue Antivirulenzstrategien zu entwickeln. Die Alphaversion des B. bacilliformis IgG ELISAs und Lineblots soll, in Kooperation mit unseren Partnern aus Lima/Peru, in Feldstudien evaluiert werden.

 

DRUID-Kooperationspartner:

A7 Przyborski, C1 Bender / Hildt, E7 Locker, Gold Standard Diagnostics (früher NovaTec)


Literatur C2: [1] Garcia-Quintanilla et al. (2019) Parasites&Vectors 12(1):141, [2] Riess et al. (2004) J Exp Med 200:1267-78, [3] Dichter et al. (2019) Microbiology Res Announc, DOI: 10.1128/MRA.01377-19, [4] Dichter et al. (2021) Lancet Microbe 2:e685–94.

Posttranslationale Proteinmodifikationen als Achillesferse pathogener RNA-Viren

Projektbeschreibung

Viren sind aufgrund ihres relativ kleinen Genoms stark von Funktionen der Wirtszellen abhängig. Viele dieser Funktionen werden durch zellkodierte, post-translationale Proteinmodifikationen reguliert, gegen die eine beträchtliche Anzahl pharmazeutischer Inhibitoren verfügbar ist.

Rift Valley Fever Virus (RVFV) ist ein in Afrika endemischer, Mücken-übertragener Zoonose-Erreger. In einem typischen RVFV-Ausbruch sterben Tausende Nutztiere und Hunderte Menschen. In der vorherigen Förderperiode haben wir mittels einer high-throughput Screening Plattform einen pro-viralen Wirtszellfaktor für RVFV identifiziert, der an posttranslationale Proteinmodifikationen bindet. Inhibition dieses Faktors führte in human-Organoiden zu einer deutlichen Reduktion der viralen RNA-Synthese und der Virusproduktion. Zudem ergaben Proteom-Analysen, dass ein RVFV-Protein posttranslational so modifiziert wird, dass der neue Wirtsfaktor binden kann, und dass die Mutation dieser Modifikationsstelle die virale RNA-Synthese reduziert.

 

Wissenschaftliches Ziel:

Das geplante Projekt zielt darauf ab, essentielle Interaktionen von VP40 mit sich selbst durch synthetische Peptide oder kleine Moleküle zu hemmen und dadurch die Virusvermehrung zu blockieren. Eine der wesentlichen Herausforderungen dieses Projektes ist die Identifizierung von zellgängigen nicht (zyto)toxischen Inhibitoren.

 

DRUID-Kooperationspartner:

A1 Becker, A2 Grünweller, B2 Ziebuhr, C1 Bender/Hildt, D1 Friebertshäuser/Steinmetzer, E3 Rahlfs/ Przyborski, E4 Spengler, E6 Schiffmann, E7P Krijnse Locker


Literatur A3: 1. Wuerth & Weber (2016) Viruses 8, 174*. 2. Barr, Weber, Schmaljohn (2020) Fields Virology, vol 1, p 706-749*

Interaktionen von Ebola-Virus-Proteinen als Ziele antiviraler Strategien

Projektbeschreibung

Elektronenmikroskopische Aufnahme von Ebolavirus infizierten Zellen. Die langgestreckten Viruspartikel werden von der Oberfläche der Zelle freigesetzt (roter Pfeil). ©Schauflinger

Das Ebolavirus (EBOV) verursacht schweres Fieber mit einer außerordentlich hohen Sterblichkeit. Das Matrixprotein VP40 von EBOV spielt eine Schlüsselrolle im viralen Replikationszyklus, der durch Homooligomerisierung des Proteins gesteuert wird. Die Dimerisierung von VP40 ist entscheidend für den Transport des Proteins zur Plasmamembran, wo die Dimere polymerisieren und zur Bildung von Filamenten führen, die die Knospung des Virus ermöglichen. Die VP40-Oktamerisierung führt zu einer Herunterregulierung der viralen RNA-Synthese. Aufgrund ihrer zentralen Rolle als Bausteine von Oligomeren höherer Ordnung stellen Dimere ein vielversprechendes Ziel für antivirale Medikamente dar. Mit Hilfe eines fragmentbasierten Ansatzes wurden kleine Moleküle identifiziert, die an VP40-Kristalle binden und zu Leitverbindungen weiterentwickelt werden sollen, um die VP40-Oligomerisierung und damit die Virusreplikation zu hemmen.

Hochauflösende Kristallstruktur des dimerischen Matrixproteins VP40 des Ebolavirus. ©Anke Werner

Wissenschaftliches Ziel:

Das Projekt zielt darauf ab, identifizierte Leitmoleküle zu antiviralen Medikamenten zu entwickeln, wobei strukturbasiertes Wirkstoffdesign – eine Kombination aus Proteinkristallographie und in silico-Methoden – sowie Zellkulturexperimente unter BSL4-Bedingungen zur Validierung eingesetzt werden.

DRUID-Kooperationspartner:

B1 Diederich/Kolb lab, A4 Heine/Reuter lab, D1 Steinmetzer lab, E3 Rahlfs/Przyborski lab

Literatur A1: 1. *Hartlieb et al. (2007) PNAS 104: 624-9 2. *Hartlieb et al.(2003) J. Biol. Chem. 278: 41830-6 3. *Hoenen et al. (2005) J Virol. 79: 1898-905 4. *Möller et al. 79, 14876-86 (2005) J Virol5. Hoenen et al. (2010) J Virol 84: 7053-63. 6. *Gomis-Ruth et al. (2003) Structure 11: 423-33.