Karakteriserede lægemidler viser uventede virkninger

Da Alexander Flemming i 1928 opdagede en skimmelsvamp på en kulturplade, der var tilgroet med bakterier, han forventede ikke at finde et af de mest udbredte aktive stoffer:penicillin. Tilfældige opdagelser og identifikation af aktive ingredienser fra traditionelle midler, såsom opiumsvalmuens morfin, har formet opdagelsen af ​​ny medicin i lang tid.

Moderne opdagelse af medicin - fra tilfældighed til system

I mellemtiden der er foretaget store udviklinger inden for kemi og molekylærbiologi, som muliggør en systematisk og målrettet søgen efter potentielle aktive stoffer i moderne lægemiddelforskning. Først, fremskridt inden for organisk og især kombinatorisk kemi gjorde det muligt at producere enorme stofbiblioteker og teste dem for deres farmakologiske effekt i high-throughput tests. Efter teknologiske fremskridt som sekventering af det menneskelige genom og udviklingen af ​​nye metoder inden for molekylærbiologi muliggjorde identifikation af sygdomsrelaterede cellulære processer og deres molekylære nøglespillere. Dette banede vejen for moderne lægemiddelopdagelse, hvor store biblioteker af molekyler screenes på en high-throughput måde for deres indflydelse på relevante målmolekyler, mest proteiner. Identificerede stoffer, såkaldte hits, er optimeret i deres kemiske struktur til at lede strukturer, der allerede er effektive i små doser og absorberes godt og fordeles i kroppen.

Ingen effekt uden bivirkninger

Denne målbaserede lægemiddeludvikling er meget succesfuld til at identificere nye lægemiddelkandidater, der forhindrer målproteinerne i at fungere eller interagere med andre proteiner. Imidlertid, potentielle lægemiddelkandidater er sjældent specifikke og virker meget ofte også på beslægtede proteiner, der har en lignende funktion eller struktur. "Det er ikke ualmindeligt, at en oprindeligt lovende lægemiddelkandidat uventet viser alvorlige bivirkninger i en senere fase af sin langvarige udvikling, dermed begrænse eller endda forhindre dets kliniske anvendelse, " siger Slava Ziegler.

På jagt efter ukendte bioaktiviteter

For at spore mulige bivirkninger under lægemiddeludvikling, potentielle lægemiddelkandidater screenes i assays for deres effekt på kendte proteinklasser, biologiske processer og visse cellulære egenskaber. Imidlertid, disse tests kan kun afspejle den forventede bioaktivitet, da antallet af kendte målmolekyler i cellen er begrænset. Såkaldte profileringstilgange giver nu mulighed for at detektere et bredere spektrum af aktivitet. Disse objektive test undersøger indflydelsen på hundredvis af cellulære eller genetiske parametre, der er registreret i et stofs profil, der sammenlignes med profiler af referencestoffer med kendte effekter.

Når stofprofiler matcher

I deres seneste undersøgelse, gruppen af ​​Herbert Waldmann og Slava Ziegler kombinerede to af disse profileringstilgange for at identificere bioaktive stoffer fra et bibliotek med omkring 15.000 naturlige produkt-inspirerede molekyler og sammenlignede dem med profilerne af kendte, aktive forbindelser. Anvendelse af Cell Painting Assay, hvor funktionelle områder af cellen farves og derefter mikroskopisk undersøges for ændringer, en stor klynge af stoffer med lignende profiler blev identificeret. Imidlertid, det var ikke muligt at forudsige klyngens virkningsmåde, da de tilhørende referenceforbindelser havde forskellige aktiviteter eller målmolekyler. Med en efterfølgende søgning ved hjælp af proteomprofilering, hvor mængderne og dermed reguleringen af ​​tusindvis af proteiner blev undersøgt, forskerne var i stand til at indsnævre klyngen til en fælles aktivitet - modulering af kolesterolhomeostase - en uventet biologisk aktivitet for de fleste referencestoffer i klyngen.

To fluer med et smæk:Identifikation af nye bioaktiviteter og bivirkninger

Men hvordan kan stoffer med meget forskellige målmolekyler udløse den samme effekt? Forskerne afslørede, at de fleste forbindelser i klyngen ophobes i lysosomet, en organel, hvor kolesterol lagres midlertidigt for dets videre funktion i cellen. Lysosomet har en lavere pH -værdi end resten af ​​cellen, og dette er afgørende for funktionen af ​​de lysosomale fordøjelsesenzymer, der behandler fremmede og cellens egne biomolekyler. I lysosomet, stofferne fra den beskrevne klynge øger pH-værdien og forstyrrer dermed funktionen af ​​denne organel og, i særdeleshed, kolesterolbalancen i cellen. Det faktum, at forbindelserne akkumuleres i lysosomet, skyldes ikke et specifikt målmolekyle i lysosomet, men deres kemiske og fysiske egenskaber, som de har opnået gennem deres strukturelle optimering for forbedret opløselighed.

"Interessant nok, forstyrret kolesterolbalance er allerede blevet forbundet med nogle lægemidler på markedet, såsom antipsykotika", bemærker Tabea Schneidewind, første forfatter til undersøgelsen. "Med kombinationen af ​​de to søgestrategier, vi kan slå to fluer med ét smæk:afsløre ukendte bivirkninger og identificere nye aktive stoffer og virkemåder," siger Slava Ziegler.

Målretning af kolesterol-homeostase kan muligvis også forstyrre SARS-CoV-2-infektioner

Påvirkning af kolesterol-homeostase synes at være et fællestræk for mange forbindelser og bør tages i betragtning ved vurdering af bivirkninger af aktive stoffer. Imidlertid, den observerede aktivitet er ikke i sig selv uønsket. I øjeblikket, lægemidler og forbindelser med kendte virkningsmekanismer bliver intensivt undersøgt for hæmning af SARS-CoV-2-infektion af værtsceller, og mange forbindelser i vores klynge er blevet identificeret for at undertrykke denne proces. Interessant nok, membrankolesterol og dermed korrekt kolesterolhomeostase er afgørende for Sars-CoV-2-infektion som vist i flere undersøgelser. Vores data forklarer sandsynligvis årsagen til disse forbindelsers aktivitet mod virussen:de ændrer kolesterolbiosyntese og lokalisering i celler, som hæmmer Corona-Virus-infektion", siger Slava Ziegler.