Analyse eines multifunktionalen Biomoleküls
Glutamatcarboxypeptidase II (GCPII) ist ein an die Zellmembran gebundenes Zink-Metalloenzym, das bis in den extrazellulären Raum hineinreicht. Seine katalytische Aktivität initiiert den exzitatorischen Neurotransmitter Glutamat, und seine Inhibitoren verhindern offenbar Neurotoxizität beim Tiermodell. GCPII wird auch als Prostata-spezifisches Membranantigen bzw. PSMA bezeichnet. Es wird sehr stark in der Prostata exprimiert, und seine Expression ist bei Prostatakrebs etwa um das 10-fache hochreguliert. Damit ist es sowohl eine Zielstruktur für Bildgebungstechniken wie auch Therapien. GCPII wird auch mit bestimmten Arten von Tumorgefäßen assoziiert. Allerdings ist seine normale Funktion außerhalb des Nervensystems kaum geklärt, was noch dadurch erschwert wird, dass ähnliche Moleküle vorhanden sind. Das EU-finanzierte Projekt GCPII_SYSTEM (Design and development of novel reagents, tools, and techniques targeting human glutamate carboxypeptidases II and III) untersuchte die Rolle von GCPII und seiner Homologen/Paralogen im physiologischen und pathologischen Zustand. Hauptziel der Studie war die Identifizierung von GCPII-spezifischen Liganden. Das Team analysierte 22 Röntgenkristallstrukturen von Komplexen zwischen GCPII und niedermolekularen Inhibitoren (d.h. Liganden, die daran binden und damit seine Funktion hemmen). Die Forschungsergebnisse wurden in fünf Publikationen unabhängiger Fachzeitschriften vorgestellt und können die strukturbasierte Wirkstoffforschung entscheidend fördern. Ein umfassendes In-vitro-Screening von mehr als 50.000 Substanzen aus kleinen organischen Molekülbibliotheken ergab mehrere "Hits", die dann Struktur-Wirkungs-Analysen unterzogen wurden. Schließlich wurden 1 Million Substanzen aus der virtuellen Zinkbibliothek gescreent und davon etwa 100 in vitro getestet. Die besten Hits hemmten die GCPII-Aktivität, was zeigt, dass sich die Methode für das Screening vieler potenzieller Moleküle eignet, um den kleinen wirksamen Prozentsatz zu ermitteln. In anderen Untersuchungen identifizierte das Team ein kleines künstlich erzeugtes Liganden-bindendes Protein mit sehr hoher Affinität für GCPII in nativer Konformation für die gezielte Bildgebung bei Prostatakrebsuntersuchungen. Derzeit werden GCPII und ähnliche Moleküle an vielen Tiersystemen getestet, um die Funktion außerhalb des Nervensystems zu bestimmen. Die Ergebnisse von GCPII_SYSTEM lieferten wichtige Erkenntnisse zur Rolle von GCPII und seiner Analoga. Kleine und große Moleküle, die das Enzym binden, könnten sich für künftige Anwendungen in der zielgerichteten Krebstherapie und Bildgebung eignen.
Schlüsselbegriffe
Liganden, Neurotoxizität, GCPII, Prostata, Membranantigen, Krebs
