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Anti-Infektiva

Analyse der Wirkmechanismen von Anti-Infektiva

Anti-Infektiva wirken idealerweise auf solche Strukturen in den Zellen der Pathogene, die in menschlichen Zellen nicht vorhanden sind. In Pilzen sind das derzeit vor allem die Biosynthesewege von Zellwand- und Zellmembran-Bestandteilen, da menschliche Zellen keine Zellwände besitzen und die Zellmembranen kein Ergosterol enthalten. Außerdem werden immer wieder mikrobielle Sensorsysteme als mögliche Angriffspunkte für Wirkstoffe diskutiert.

Mit Hilfe von Sensorproteinen erkennen Mikroorganismen Veränderungen in ihrer Umgebung, wie zum Beispiel Nährstoffmangel, Zellwandschädigungen oder osmotischen Stress, und regulieren über die zugehörigen Signaltransduktionskaskaden die Anpassung an diese Veränderungen. Damit sind diese Sensorsysteme für das Überleben der Mikroorganismen unter sich verändernden Umgebungsbedingungen essentiell. Außerdem sind die Sensorproteine häufig Histidinkinasen, die nach Phosphorylierung den Phosphatrest auf ein Regulatorprotein übertragen. Diese sogenannten zwei-Komponenten-Systeme gibt es in menschlichen Zellen nicht.

Auch Pilze, wie Candida albicans, besitzen Histidinkinasen. Die Signaltransduktionskaskaden führen zur Aktivierung von weiteren Proteinkinasen, die zum Beispiel Anpassung an Stressbedingungen und  Wachstum und Zellteilung regulieren. Wir konnten zeigen, dass es landwirtschaftlich genutzte Fungizide, wie zum Beispiel Fludioxonil, und antimykotische Naturstoffe, z.B. Ambruticin, gibt, die auch auf Candida albicans wirken, und ihre Wirkung über die Histidinkinase CaNik1 vermitteln. Dies führt zur Aktivierung einer Proteinkinase-Kaskade, die in der Kinase CaHog1 endet. Diese Kinase aktiviert dann unter anderem Transkriptionsfaktoren und reguliert so Stressabwehrreaktionen. Diese Stressabwehr ist so effizient, dass die Fungizide alleine in C. albicans kaum zu einer Wachstumsreduktion führen. In Kombination mit anderen Stressbedingungen, wie zum Beispiel Eisenmangel, wird der Organismus dann jedoch geschwächt. Diese Vorgänge untersuchen wir derzeit detaillierter, um mögliche therapeutische Strategien zu entwickeln, da sich die oben erwähnten Substanzen als nicht – toxisch für menschliche Zellen erwiesen haben.

Uns ist es außerdem gelungen, die Histidinkinase CaNik1 in der nicht-pathogenen Bäckerhefe zu produzieren. Diese ist normalerweise für Substanzen, wie Fludioxonil und Ambruticin resistent, da ihr der Angriffspunkt fehlt. Wird die Kinase CaNik1 aber mit ihrer Hilfe hergestellt, reagiert die Bäckerhefe konzentrationsabhängig mit einer Wachstumsinhibierung auf die Anwesenheit dieser Wirkstoffe. Erste Untersuchungen zur Relevanz einzelner Proteindomänen  von caNik1 deuten darauf hin, dass nicht die eigentliche Kinasedomäne für die Wechselwirkung mit den Wirkstoffen wichtig ist, sondern benachbarte Domänen mit vermutlich regulatorischer Funktion.

Die weiteren Untersuchungen zielen auf strukturelle Analysen der Protein-Substanz-Wechselwirkungen, um so eventuell effektivere Substanzen entwickeln zu können. Außerdem etablieren wir dadurch Werkzeuge, um die Funktion des Proteins CaNik1 auch in Candida albicans  studieren zu können.

Beteiligte Gruppen

Geldgeber / Förderer

HZI - Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung