Neue Therapien gegen asymptomatische Parasiteninfektion
Der einzellige Parasit Trichomonas vaginalis (T. vaginalis) ist für eine der häufigsten nicht-viralen Geschlechtskrankheiten verantwortlich, die weltweit jährlich etwa 170 bis 180 Millionen Menschen betrifft. Da die Infektion in den meisten Fällen asymptomatisch verläuft, kann sie unbemerkt übertragen werdenund bei Frauen zu Unfruchtbarkeit und Beckenentzündungen, bei Schwangeren zu vorzeitigem Blasensprung und Frühgeburten führen. Für Männer können Prostataentzündungen oder verringerte Spermienbeweglichkeit die Folge sein. Das Trichomonas-Proteasom, ein für den Parasiten lebenswichtiges Enzym, war daher Schwerpunkt des Projekts ProTeCT. Auf Basis von Struktur- und Funktionsanalysen der Proteasomuntereinheiten sollen Inhibitoren entwickelt werden, die einer neuen Generation von Medikamenten gegen Trichomoniasis den Weg ebnen. Da zur Behandlung bislang nur zwei Medikamente zur Verfügung stehen, gegen die der Parasit zunehmend resistent wird, sind neue Ansätze gefragt.
Test von Inhibitoren
Pavla Fajtová, Forscherin an der University of California San Diego testete zahlreiche Inhibitoren auf selektive Hemmung des Trichomonas-Proteasoms, wobei das dreijährige Projekt durch die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen unterstützt wurde. Für Krebstherapien sind Proteasominhibitoren, die die krankheitsauslösende Aktivität des Proteasoms hemmen, bereits in Untersuchung, und drei dieser Substanzen sogar schon zur Behandlung eines Knochenmarktumors (multiples Myelom) zugelassen. „Unser Ziel war, zwischen der Substratspezifität von T. vaginalis und dem menschlichen Proteasom zu unterscheiden, um Inhibitoren zu entwickeln, die nur das Trichomonas-Proteasom angreifen, aber keine toxische Wirkung auf den Menschen haben“, erläutert sie. Der selektive Schwerpunkt beim Test zahlreicher Inhibitoren lag also darauf, dass sie das menschliche Proteasom nicht schädigen.Diese Arbeit begann Ende 2019 und nahm zwei Jahre in Anspruch. „Da wir glücklicherweise auch auch an mehreren COVID-Proteasen forschten, konnte unser Labor trotz der COVID-Pandemie weiterarbeiten“, so Fajtová.
Spezifische inhibitorische Wirkung
Das Projekt entdeckte einen spezifischen Inhibitor, der selektiv auf Trichomonaden abzielt. Voraussetzung für weitere und wirksamere Inhibitoren gegen das T. vaginalis-Proteasom sind jedoch Strukturanalysen des Proteasoms und der Untereinheiten, gegen die der Angriff gerichtet sein muss. „So wollte ich Methoden entwickeln, mit denen sich die Aktivität jeder Proteasomuntereinheit einzeln bestimmen lässt“, erklärt Fajtová.„Diese Informationen sind wertvoll, denn ein Inhibitor, der an mehr als nur eine Untereinheit binden kann, ist noch schlagkräftiger gegen den Parasiten.“ Das Projekt entwickelte drei verschiedene, jeweils für eine Untereinheit spezifische Substrate und untersuchte sie im Detail.
Interne Struktur und Funktion der Untereinheiten
In einem strukturbiologischen Labor am Institut für Organische Chemie und Biochemie der Tschechischen Akademie der Wissenschaften in Prag, Tschechien, erweiterte Fajtová ihren Kenntnisstand über das Expressionssystem von Baculoviren und die Struktur großer Proteine mit mehreren Untereinheiten und nutzte hierfür Verfahren der Kryo-Elektronenmikroskopie (Kryo-EM). Das Baculovirus-Expressionssystem kommt bislang zur Massenproduktion rekombinanter Proteine in Insektenzellen zum Einsatz, da herkömmliche Labormethoden auf Basis von Zellkulturen hierfür nicht ausreichend Material liefern. „Dort im Labor hatte ich Gelegenheit, ein vollständig aktives Proteasom rekombinant zu exprimieren, was für meine Forschung ein Wendepunkt war. Da ich Proteasome zuvor nur direkt aus T. vaginalis-Parasiten hergestellt hatte, waren Proteinreinheit und Ausbeute nun deutlich besser“, erklärt Fajtová. „Diese Methode war ein Fortschritt – und zuvor kaum denkbar – sodass die Reinheit des Enzyms nun für die Kryo-EM und anschließende Bestimmung der 3D-Struktur ausreichte“, ergänzt sie. „Da Struktur, Form der aktiven Untereinheiten und Inhibitorpräferenzen nun bekannt sind, lassen sich auf dieser Basis Inhibitoren der zweiten Generation entwickeln.“ Und Fajtová fasst zusammen: „Ich war überrascht, dass es tatsächlich funktioniert: die Enzymhemmung ist für den Parasiten tödlich. So könnten diese Forschungen auch über Trichomonas hinaus relevant werden.“ Sie merkt an, dass diese Strategie auch gegen andere Plasmodien wie den Malariaparasiten eingesetzt werden kann.
Schlüsselbegriffe
ProTeCT, Trichomonas vaginalis, Geschlechtskrankheit, Proteasom, Inhibitoren, multiples Myelom, Kryo-EM, Parasit, Malaria
