Systematische Entwicklung neuer Wirkstoffe für die kausale Therapie von Prionkrankheiten

Transmissible Spongiforme Enzephalopathien (TSE) stellen eine Gruppe von Erkrankungen des zentralen Nervensystems (ZNS) dar, welche sowohl im Tierreich als auch beim Menschen vorkommen und mit einem stets tödlich verlaufenden, neurodegenerativen Krankheitsprozess einhergehen. Sie sind gekennzeichnet durch die Fehlfaltung und Aggregation des wirtseigenen Prion-Proteins und lösen die Bovine Spongiforme Enzephalopathie (BSE) bei Rindern, die Traberkrankheit (Scrapie) bei Schafen und Ziegen und die Creutzfeldt-Jakob-Erkrankung (CJK) beim Menschen aus. Trotz intensiver Forschung stehen bisher weder wirkungsvolle Therapeutika noch geeignete Prophylaktika zur Verfügung. Ziel dieser Arbeit war daher die Identifizierung neuer Wirkstoffe zur Linderung, Behandlung und/oder Verhütung von Prion-Erkrankungen. Der erste Teil der vorgelegten Arbeit basierte auf dem Einsatz eines am FLI durch GEISSEN (2011) etablierten in vitro-Screeningmodells, welches auf der Verwendung permanent Scrapie-infizierter Zelllinien und dem Nachweis der Hemmung der PrPSc-Akkumulation und/oder der Destabilisierung bereits bestehende PrPSc-Aggregate durch ein Dotblot-System, beruht. Mittels dieses zellbasierten Hochdurchsatzverfahrens wurde eine Substanzbibliothek (DIVERset 2, ChemBridge), welche einen Pool von 10.000 strukturell unterschiedlichen Substanzen mit potentieller biologischer Aktivität umfasst, auf potentielle Wirkstoffe getestet. Insgesamt konnten 52 hochwirksame Substanzen, die die Konversion undAkkumulation des Prion-Proteins hemmen und/oder bestehende PrPSc-Aggregate auflösen, ermittelt und 7 inhibitorische Strukturmotive identifiziert werden. Um die Wirksamkeit auch im lebenden Organismus zu testen, wurden im zweiten Teil dieser Arbeit die in vitro identifizierten Substanzen im Tiermodell überprüft. Die Auswahl der Substanzen für die in vivo-Testung erfolgte anhand der durch die mittlere inhibitorische Konzentration (IC50) determinierten Wirkstärke. Insofern wurden ein Diphenylpyrazol-Derivat (DPP-1), vier Piperazin-Derivate (PD 1-4) sowie 14 weitere im Zellkulturversuch hochpotente PrPSc-Inhibitoren in vivo überprüft. Die Substanzen wurden, nach Abklärung der Unschädlichkeit für den Gesamtorganismus (Toxizität), an Scrapie-infizierten Mäusen getestet. So konnte das therapeutische Potential von Piperazin-Derivaten im Mausmodell bestätigt und die therapeutische Wirksamkeit des Diphenylpyrazol-Derivates (DPP-1) bei einer intraperitonealen Applikation als auch nach oraler Gabe gezeigt werden. Dies weist neben der signifikanten Wirksamkeit auch auf eine hinreichende orale Bioverfügbarkeit und eine potentielle Blut-Hirn-Schranken-Gängigkeit des Pyrazol-Derivates hin. Zudem erzielte das eingesetzte Pyrazol auch im prophylaktischen Applikationsmodell eine signifikante Verlängerung der Inkubationszeit und bestätigte damit sein Potential Prion-Erkrankungen sowohl im peripheren als auch im neuronalen Gewebe zu behandeln. Zur Bestimmung potentieller molekularer Wirkungsmechanismen der gefundenen Substanzen wurden im Rahmen dieser Arbeit weitere in vitro-Untersuchungen durchgeführt. Da keine direkte Interaktion der identifizierten Pyrazol-, und Piperazinverbindungen mit PrP/PrPSc-Aggregaten gezeigt werden konnte, beruht ihre TSE inhibitorische Wirkung vermutlich auf einem indirekten Wirkungsmechanismus, wie der Wechselwirkung mit Ko-Faktoren der Protein(-fehl)faltung und/oder Prionenaggregation, der Beeinflussung neuroinflammatorischer Prozesse und/oder der Funktion als Antioxidationsmittel. Schließlich konnte auch die orale Wirkung von Helmkrauttee im Mausmodell durch eine signifikante Verlängerung der Inkubationszeit gezeigt werden. Hierbei induzierten auch die reinen Inhaltstoffe des Tees, die Flavonoide Baicalin und Baicalein, einen direkte Hemmung der PrP-Akkumulation in vitro. Zusammenfassend gelang somit mittels in vitro-Verfahren die Identifizierung von neuen Substanzklassen gegen Prion-Erkrankungen, deren therapeutische und gegebenenfalls sogar prophylaktische Wirksamkeit auch im Tierversuch bestätigt werden konnte. Über den Einsatz bei TSE-Erkrankungen hinaus bestehen vielleicht weitere Einsatzmöglichkeiten bei anderen Protein-Fehlfaltungskrankheiten wie z.B. Morbus Alzheimer oder Huntington. So wurde die neue Substanzklasse der Diphenylpyrazole von WAGNER (2013) in einem Mausmodell für Morbus Parkinson eingesetzt, wodurch signifikante therapeutische Effekte erzielt wurden.