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Projekt A2 - elF4A-spezifische RNA-Helikase Inhibitoren als potenzielle Breitband-Therapeutika gegen RNA-Viren

Projektleiter
Projektbeschreibung

Der dramatische Ausbruch des Ebolavirus (EBOV) in West-Afrika in den Jahren 2014 -2015 sowie das Auftreten des Zikavirus in Lateinamerika 2016, zeigen eindringlich die enorme medizinische Notwendigkeit zur Entwicklung von Impfstoffen und antiviralen Medikamenten gegen neu- und wiederauftretende, humanpathogene Viren. Besonders wichtig ist dabei die Entwicklung von Medikamenten mit einem breiten Wirkspektrum, weil Viren in der Lage sind sich durch Mutationen schnell zu verändern. Im Idealfall kann ein antiviraler Wirkstoff nicht nur ein einzelnes Virus sondern eine ganze Virusfamilie hemmen. Die meisten bisherigen antiviralen Medikamente inhibieren definierte Strukturen im Virus selbst und sind deshalb hochspezifisch für ein bestimmtes Virus.

Ein wichtiges Ziel antiviraler Forschung ist die Identifizierung humaner Wirtsproteine und Funktionen, die Viren für ihren Lebenszyklus unabdingbar benötigen (z.B. den zellulären Proteinbiosynthese-Apparat), deren Hemmung aber zu keiner übermäßigen Toxizität beim Menschen führt. Ein Beispiel für einen geeigneten Wirtsfaktor könnte die DEAD-Box RNA-Helikase eIF4A sein, die durch den Naturstoff Silvestrol spezifisch und potent blockiert wird. Das aus der Pflanze Aglaia foveolata und verwandten Arten stammende Silvestrol erhöht dabei die Affinität von eIF4A zur mRNA, wodurch eine Entwindung von RNA-Sekundärstrukturen in 5'-untranslatierten Regionen (5'-UTRs) nicht mehr stattfindet. Eine Bindung des 43S Präinitiationskomplexes an entsprechende mRNAs ist nicht mehr möglich wodurch deren Translation effizient unterbunden wird. Silvestrol wird seit einigen Jahren erfolgreich in der Krebsforschung eingesetzt, da es die Translation von Proto-Onkogenen mit strukturierten, langen 5´UTRs inhibiert. Viele virale mRNAs, z.B. die von Filo- oder Coronaviren, besitzen ebenfalls stark strukturierte 5´UTRs. Daher könnte eIF4A zur Synthese viraler Proteine notwendig sein.gruenweller.text.image0

In einer aktuellen Studie konnten wir nachweisen, dass die Ebolavirus-Titer in infizierten menschlichen Makrophagen und die virale Proteinsynthese durch Silvestrol-Behandlung effizient reduziert werden1. In weiteren Vorarbeiten konnten wir zudem zeigen, dass Silvestrol sehr potente, antivirale Eigenschaften gegen Zika-, Corona-, Picorna-, Chikungunja- und Hepatitis E-Viren in infizierten Zellen besitzt und dabei nur eine geringe Zytotoxizität aufweist. Die Wirksamkeit zeigte sich dabei bereits bei niedrigen nanomolaren Silvestrolkonzentrationen. Die Expression der viruseigenen Proteine wurde stark gehemmt, während zelluläre Proteine so gut wie unverändert gebildet wurden. Dies steht im Einklang mit der beobachteten geringen Toxizität von Silvestrol in primären Zellen und in verschiedenen Maus-Modellsystemen.

Im Rahmen des Projektes A2 möchten wir folgende Aspekte bearbeiten: (i) Analyse der antiviralen Breitbandwirkung. Zu den Viren, die wir analysieren gehören die (+)-RNA-Viren Zika-, Hepatitis E- (Prof. Hildt), Chikungunja-, RS- (Prof. Schnierle) und Semliki-Forest-Viren (Prof. Ziebuhr) sowie die (-)-RNA-Viren Bunya- (Prof. Weber), Influenza- und Lassa-Viren (Prof. Ziebuhr). Bisher wurden bereits Ebola- (Kooperation Prof. S. Becker), Corona-, Rhino- und Polio-Viren (Kooperation Prof. Ziebuhr) als Silvestrol-sensitiv identifiziert. (ii) Identifizierung viraler RNA-Strukturen und Sequenzmotive, die eine Silvestrolwirkung vermitteln. Dazu werden wir systematisch Mutagenese- und Deletionsexperimente in einem etablierten dualen Luziferaseassay durchführen. (iii) Erstellen eines Toxizitätsprofils von Silvestrol durch vergleichende Proteomics-Analysen mittels SILAC-Technologie (Stable Isotope Labeling by Amino Acids in Cell Culture) oder Label-free MS (Dr. Linne). (iv) Die Helikase eIF4A als neues Target zur Entwicklung antiviraler Wirkstoffe. Basierend auf Computer-gestütztem Drug Design werden neue eIF4A-Inhibitoren, die einer chemischen Synthese gut zugänglich sind (Kooperation Prof. Schlitzer), charakterisiert.

 

Literatur A2: 1. Biedenkopf N et al. (2016) Antiviral Res.;137:76-81.*

* eigene Publikation