Wie können neuartige Ansatzpunkte für Wirkstoffe identifiziert werden?

Worum geht es in diesem Forschungsprojekt?

Worum geht es in diesem Forschungsprojekt?

Humane Herpesviren können eine Reihe von Krankheiten wie z.B. Windpocken, Gürtelrose, Herpes-Enzephalitis, Infektionen von Neugeborenen, einige Krankheiten in immundefizienten Patienten sowie das Pfeiffersche Drüsenfieber auslösen. Zwei der humanen Herpesviren, das Epstein-Barr-Virus (EBV) und das Kaposi Sarcoma Herpesvirus (KSHV), werden von der WHO als Klasse 1 krebserregend angesehen und lösen eine Reihe von Krebserkrankungen wie das Nasopharynxkarzinom, Lymphome und das Kaposi-Sarkom aus.

Wir wollen das Portfolio an derzeit verfügbaren antiviralen Wirkstoffen erweitern. Die Verfügbarkeit von zusätzlichen Hemmstoffen, welche entweder die Persistenz-Prozesse oder die Assemblierung des Virus im viralen Lebenszyklus inhibieren, könnten neue therapeutische Optionen ermöglichen und dadurch die virale Replikation in persistierenden Infektionen unterdrücken oder evtl. sogar die Infektion eliminieren.

Wie ist der Stand der Dinge?

Aktuelle Wirkstoffe richten sich gegen die virale DNA Polymerase und unterdrücken dadurch die Replikation des viralen Genoms. Allerdings sind diese Wirkstoffe nicht effizient genug, um die virale Replikation dauerhaft zu unterdrücken oder die Infektion zu eliminieren. Sehr häufig kommt es dadurch zu einer andauernden Expression des viralen Genoms, was zur Krankheitsentstehung beitragen kann. Zum Beispiel kann die Replikation von KSHV durch Cidofovir, Ganciclovir, und Foscarnet eingedämmt werden. Dennoch sind diese Wirkstoffe gegen die meisten KSHV-assoziierten Krankheiten ineffizient, da weiterhin virale Proteine gebildet werden, die zur Tumorbildung beitragen.

Was sind die Projektziele?

Im Rahmen dieses Projektes wollen wir drei neue Punkte im viralen Lebenszyklus als mögliche Ansatzpunkte für Wirkstoffe untersuchen:

  • A | Den CATC-Proteinkomplex (capsid-associated tegument complex ; Virusassemblierung).

  • B | Hilfsproteine der viralen DNA Polymerase (DNA Polymerase accessory proteins, Virusreplikation, allerdings mit einer geringen Wahrscheinlichkeit zur Kreuzresistenz mit anderen Wirkstoffen).

  • C | Die N-terminale Domäne von KSHV LANA (ein Interaktionspartner des Wirtsproteins SMARCAL1; Virusreplikation & Persistenz).

Die Möglichkeit, diese Zielstrukturen anzusteuern, und deren Funktion mit kleinen synthetischen Molekülen zu inhibieren, würde unsere Fähigkeit erheblich verbessern, neue und effektivere Kombinationstherapien zu entwickeln.

Wie kommen wir da hin?

A | Die CATC Struktur konnte vor kurzem für HSV-1 durch Cryo-Elektronenmikroskopie gelöst werden und beinhaltet unter anderem ein essentielles Fünf-Helix-Bündel bestehend aus drei Proteinketten – pUL17, pUL25 und pUL 36 (Dai et al. Science 2018). Diese Protein-Protein-Interaktion ist von hoher Bedeutung für die Bildung und die Struktur des Viruspartikels und ist daher ein attraktives Wirkstoffziel, welches möglicherweise für einen Breitspektrum-anti-herpesviralen Ansatz anwendbar ist.

B | Ein ebenso interessantes und innovatives Zielmolekül kann unter dem Begriff „DNA Polymerase Accessory Proteins“ zusammengefasst werden. Die agieren in der viralen Replikation als Prozessivitätsfaktoren (Weller et al. Expert Opin. Ther. Targets 2013). Diese Proteine, welche im Falle von HSV-1 als UL42 bezeichnet werden, erinnern an humane PCNA DNA-Klammern. Vor kurzem haben Wissenschaftler am HIPS das funktionale bakterielle Homolog DnaN als Antimykotikum-Target identifiziert (Kling et al. Science 2015). Wir wollen nun UL42 und dessen Homologe aus anderen Herpesviren als mögliche antivirale Zielproteine untersuchen, welche ebenfalls einen Breitspektrum-Ansatz erlauben könnten.

C | KSHV LANA ist essentiell für die latente virale Replikation und Persistenz. Die AGs Schulz und Empting haben bereits erfolgreich die C-terminale DNA-Bindedomäne mit einem Fragment-basierten Ansatz addressiert. Dabei waren wir in der Lage, kleine Moleküle, die die DNA-Protein-Interaktion im niedrigen mikromolaren Bereich inhibieren, mit Hilfe biophysikalischer Methoden zu identifizieren und danach medizinalchemisch zu optimieren (Kirsch et al. 2019). Nun wollen wir andere Bereiche des LANA-Proteins untersuchen, welche näher am N-Terminus sind. Dabei wollen wir feststellen, ob dadurch eine Interferenz mit der viralen Replikation und Persistenz möglich ist. Vorläufige Daten der AG Schulz deuten darauf hin, dass diese globuläre Domäne eine Plattform für die Interaktion mit einer zellulären Helicase bildet.

Leitung des Projekts D3

Projekttitel: Addressierung innovativer Zielmoleküle zur Hemmung Herpesviraler Infektionen

Dr. Martin Empting

Projekte: C3, D3

CV & Contact

Prof. Dr. Thomas F. Schulz

Projekte: D1, D3

CV & Contact

Prof. Dr. Thomas Krey

Projekte: B10, D1, D3

CV & Contact

Prof. Dr. Beate Sodeik

Projekte: A4, D2, D3

CV & Contact

Publikationen des Projektes D3

Targeting the Kaposi Sarcoma Herpesvirus ORF 21 tyrosine kinase and viral lytic reactivation by tyrosine kinase inhibitors approved for clinical use. Beauclair G, Naimo E, Dubich T, Rückert J, Koch S, Dhingra A, Wirth D, Schulz TF. J Virol. 2019 Dec 11. pii: JVI.01791-19. doi: 10.1128/JVI.01791-19. [Epub ahead of print]

Publikationen, die vor dem Start von RESIST veröffentlicht wurden:

Hellert J, Weidner-Glunde M, Krausze J, Lünsdorf H, Ritter C, Schulz TF*, Lührs T* (2015) The 3D-structure of Kaposi’s sarcoma herpesvirus LANA c-terminal domain bound to DNA. Proc Natl Acad Sci USA. 112: 6694-9.

Kirsch P, Jakob V,. Oberhausen K, Stein SC Cucarro I, Schulz TF, Empting M*, Fragment-Based Discovery of a Qualified Hit Targeting the Latency-Associated Nuclear Antigen of the Oncogenic Kaposi’s Sarcoma-Associated Herpesvirus/Human Herpesvirus 8, Journal of Medicinal Chemistry (2019), 62, 3924-3939.

A Buch, O Müller, L Ivanova, K Döhner, D Bialy, JB Bosse, A Pohlmann, A Binz, M Hegemann, CH Nagel, M Koltzenburg, A Vieho-Borbolla, B Rosenhahn, R Bauerfeind & B Sodeik* (2017), Inner tegument proteins of Herpes Simplex Virus are sufficient for intracellular capsid motility but not for axonal targeting, PLoS Pathogens 13(12):e1006813.

Zhang G, Chan B, Samarina N, Abere B, Weidner-Glunde M, Buch A, Pich A, Brinkmann MB, Schulz TF (2016) Cytoplasmic isoforms of Kaposi Sarcoma Herpesvirus LANA recruit and antagonize the innate immune sensor cGAS. Proc Natl Acad Sci U S A. 113: E1034-43. doi: 10.1073/pnas.1516812113.

Abere B, Mamo TM, Hartmann S, Samarina N, Hage E, Rückert J, Hotop SK, Büsche G, Schulz TF (2017) The Kaposi Sarcoma-associated herpesvirus (KSHV) non-structural membrane protein K15 is required for viral lytic replication and may represent a therapeutic target. PLoS Pathogens. 13(9):e1006639. doi: 10.1371/journal.ppat.1006639.

Publikationen des Projektes D3