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10. Vorlesung Modern Methods in Drug Discovery WS05/06 1 Komplexere Krankheiten Malaria ist die...

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10. Vorlesung Modern Methods in Drug Discovery WS05/06 1 Komplexere Krankheiten Malaria ist die Tropenkrankheit Nr. 1 • jährlich 300-500 Millionen Infektionen davon 1-3 Millionen Todesfälle klinische Symptome: Hohes Fieber, Anemie, Acidosis, multiples Organversagen Aufgrund des Lebenszyklus des Erregers Plasmodium flaciparum und der Übertragung durch die Anopheles Fliege ergeben sich mehrere Ansatzpunkte bei der Bekämpfung und der Therapie Lit. D.A.Fidock et al. Nature Rev. Drug Disc. 3 (2004) 509
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10. Vorlesung Modern Methods in Drug Discovery WS05/06 1

Komplexere Krankheiten

Malaria ist die Tropenkrankheit Nr. 1

• jährlich 300-500 Millionen Infektionen davon 1-3 Millionen Todesfälle

klinische Symptome:

Hohes Fieber, Anemie, Acidosis,multiples Organversagen

Aufgrund des Lebenszyklus des ErregersPlasmodium flaciparum und der Übertragung durch die Anopheles Fliege ergeben sich mehrere Ansatzpunktebei der Bekämpfung und der Therapie

Lit. D.A.Fidock et al. Nature Rev. Drug Disc. 3 (2004) 509

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Malaria Erreger: Hämoglobin Abbau

Weitere Erregerim Menschen:

P. vivaxP. malariaeP. ovale

Daneben ca.156Species vonPlasmodium

Plasmodium falciparum Trophozoit

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Lebenszyklus des Malaria Erregers

Quelle: http://www.dpd.cdc.gov/.../body_Malaria_page1.htm

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Bekämpfungsansätze (I)1960-1980 Flächendeckender Einsatz von Insektiziden gegen

die Anopheles Fliege

sehr gute Erfolge mit DDT (Dichloro-Diphenyl-Trichloroethan)

Nachteile:

• Anreicherung von DDT im Fettgewebe bei allen Lebewesen

• Wird praktisch biologisch nicht abgebaut

• Metabolismus zu neurotransmitterähnlicher Substanz (Wirkung als Kontaktinsektizid !)

• Ausbreitung von DDT Resistenzen

Cl Cl

CCl3

Cl Cl

CCl2

DDTDDE (antiandrogen)

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Verbreitung von Malaria (I)

Malaria Riskio Gebiete

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Verbreitung von Malaria (II)

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Verbreitung der Anopheles Fliege

(Anopheles)

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Bekämpfungsansätze (II)

N Cl

NH

N

N

N

NSH

O

O

NH2

O

O

Chloroquine: seit Ende der 1940‘er weltweite Anwendung bei sehr niedrigen Kosten (0.2 US$ pro Anwendung)

Wirkmechanismus (teilweise noch unklar):Bindet an HEM-GruppenHemmung der Glutathion-S-transferase

SulfadoxineAntibakteriell

Pyrimethamineblockiert die Dihydrofolat Reduktasebzw. die Dihydropterat Synthetase

N N

Cl

NH2

NH2

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Resistenzen der Anopheles Fliege

Rot: Gebiete in denen Malaria vorkommt

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Bekämpfungsansätze (III)

N Cl

NHN

OH Cl

Cl

N

N

NH2

H

N

NH2

Alternativen zu chloroquine und sulfadoxine/pyrimethamine

Amodiaquine bzw. Chlorproguanil/Dapsone

Nachteil: Resistenzen zu erwarten, da identische Targets

S

O

O

NH2

NH2

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Bekämpfungsansätze (IV)

Profil für neue Wirkstoffe und Chemoprophylaxe

• Effizient, billig

• Wirksam gegen das seltenere, aber lethale Plasmodium vivax

• Verhindern von Resistenzen durch Kombinationspräparate (mehrere Targets gleichzeitig)

Beispiel für Chemoprophylaxe: Mefloquine (Lariam®)

N CF3

CF3

OHN

H

H

Wirkmechanismus durch Interaktion mit Phospholipiden (Zellmembran, Fettsäuresynthese)

Nur sehr wenige Nebenwirkungen

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Bekämpfungsansätze (V)

OH

Cl

O

O

Beispiel für Kombinationspräparate: atovaquone (Antiparasitisch) mit einem Antibiotikum

Naturstoffabgeleitete Wirkstoffe: Artemisinin → Artemether und Artesunate (bilden in Anwesenheit von HEM-Eisen cytotoxische Radikale)

Nachteil: Metabolismus und dadurch kurze Halbwertszeit

O

O

O O

HCH3

HH

CH3

HCH3

O

O

O

O O

HCH3

HH

H

CH3

H

OCH3

CH3

O

O

O O

HCH3

HH

CH3

HCH3

H O

O

COOH

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Neue Malaria Targets (I)

Lit. D.A.Fidock et al. Nature Rev. Drug Disc. 3 (2004) 509

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Neue Malaria Targets (II)→ Target Identifikation auf genetischer Ebene Homologe Enzyme von bekannten Krankheiten

→ Weiterentwicklung von bereits vorhandenen Pharmaka die gegen andere (infektive) Krankheiten eingesetzt werden:

Dihydrofolat Reduktase → Krebs

Cysteine Protease → Osteoporosis

Protein Farnesyl Transferase → Krebs

Protein Synthese → andere Parasiten

Vaccine: auf der Zelloberfläche exprimierte Proteine→ Sequenzierung von Plasmodium falciparum

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Neue Malaria Targets (III)Sequenzierung von Plasmodium falciparum

25 Mb auf 14 Chromosomen, ca. 5000 Gene 6 Kb Genom des Mitochondrium35 Kb zirkulare DNA des Apicoplast

Änhliche Dimensionen sind auch bei P. yoelii und P. vivax zu erwarten.

Lit. S.L.Hoffman et al. Nature 415 (2002) 702

http://www.ncbi.nlm.hih.gov/Malaria/

http://plasmodb.org (Annotiertes Plasmodium Genom)

Metabolische Pfade von P. falciparum:

http://sites.huji.ac.il/malaria/ (mit EC Nummern)

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Komplexere KrankheitenFettleibigkeit (engl. obesity)

typische Symptome:

• Übergewicht

• erhöhte Cholesterinwerte → Arteriosklerose

• Bluthochdruck

ErhöhtescardiovaskuläresRisiko

Der Zusammenhang konnte über das genetisch bedingte Fehlen von Cholesterinrezeptoren (Hypercholesterolaemia), sowie besonders Cholesterinreicheres Futter im Tierversuch hergestellt werden.

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10. Vorlesung Modern Methods in Drug Discovery WS05/06 17

Regelung des Cholesterin-Pools

OH

OH

COOH

Lit. F.Rinninger & H.Greten Dtsch. Ärztebl. 102 (2005) A516 J.A.Tobert Nature Rev. Drug Disc. 2 (2003) 517

Acetyl-CoA

HMG-CoA

HMG-CoAReduktase

Mevalonat

andere Steroide Squalen

LDL 70% HDL 30%

CholesterinEigentliches target

Zellmembran(Flexibilität)

Statine

Endogene Biosynthese

HDL Rezeptor

LDL Rezeptor

Darm NPC1L1Transporter

Ezetimib

Cholesterin aus der Nahrung

Gallensäuren

Aufnahme

OH

COOH

O

SCoA

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10. Vorlesung Modern Methods in Drug Discovery WS05/06 18

Hemmung der HMG-CoA Reduktase (I)

O

O

H

OH

H

O

O

compactin

O

O

H

OH

H

O

O

lovastatin

Compactin (aus Penicillium citrinum) und Mevinolin (=lovastatin) (aus Aspergillus terreus) wurden als erste Inhibitoren entdeckt.

Lit. J.A.Tobert Nature Rev. Drug Disc. 2 (2003) 517

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Hemmung der HMG-CoA Reduktase (II)Der eigentlich wirksame Bestandteil ist der Metabolit

O

COOH

SCoA

OH

CH3

OH

COOHOH

CH3

HMG-CoA

mevalonic acid

HMG-CoAReductase

cholesterolbiosynthesis

OOH

HO

H

CH3

H

CH3

OCH3

O

CH3

lovastatin

OH

COOHOH

H

H

CH3

H

CH3

OCH3

O

CH3

active metabolite

mevinolin

ester cleavage

Ki = 1 nM

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Marktpotential von StatinenMarktvolumen von Cholesterinsenkern

Lit. J.Quirk et al. Nature Rev. Drug Disc. 2 (2003) 769

Umsatz in Milliarden US$ für USA, Frankreich, Deutschland, Italien, Spanien, England und Japan, (Marktanteil in %)CEPT= cholesteryl ester transferase protein

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10. Vorlesung Modern Methods in Drug Discovery WS05/06 21

Weitere Statine

O

O

H

OH

H

O

O

simvastatin (Merck & Co)

OH

O

H

H

O

OH

HOOCOH

pravastatin (Sankyo)

OH

N N

F

NSO

O

OHHOOC

rosuvastatin (Astra-Zeneca)

OH

OHHOOC

N

F

fluvastatin (Sandoz)

N

OH

OHHOOC

O

N

F

H

atorvastatin (Warner-Lambert)

OH

OHHOOC

N

F

O

cerivastatin (Bayer)

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Weitere Lipidsenker (I)

Ezetimibe inhibiert den Cholesterin Transporter

Lit. Van Heek Brit.J.Pharmacol. 129 (2000) 1748.

LDL 70% HDL 30%

Cholesterin

NPC1L1Transporter

Ezetimib

Cholesterin aus der Nahrung Aufnahme

N

O

F OH

OH

F

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Weitere Lipidsenker (II)

Avasimibe inhibiert die Acetyl-Coenzym-A-Cholesterin- Acetyltransferase (ACAT-Inhibitor)

O

O

SO

N

O

H

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10. Vorlesung Modern Methods in Drug Discovery WS05/06 24

Weitere Lipidsenker (III)

OH

H

H

CH3

H

NO

N

furazabol

H

H

H

H

OH

cholesterol

Kompetetive Cholesterinanaloga

H

H H

O

O

Cl

clomestrone

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Opinion drugs vs. life style modification

„obesity is a form of depression in which the eating is an antidepressant“

Fat storage is most efficient to preserve energy

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Anorexic drugs (I)

Lit. B.L.Roth et al.Nature Rev. Drug Disc. 3 (2004) 353.

Aufgrund ihres komplexen Affinitätsprofils bezüglich einer ganzen Reihe von Rezeptoren modifizieren psychoaktive Wirkstoffe auch das Appetitverhalten

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Anorexic drugs (II)Prominente Beispiele für psychoaktive Wirkstoffe mit appetitzügelender (Neben-)wirkung:

Methylphenidate (Ritalin®) ADHD

Atomexetine (Strattera®) Aufmerksamkeitsdefizitsyndrome

Fluoxetin (Prozac®)

Lit. M.Garland, P.Kirkpatrick Nature Rev. Drug Disc. 3 (2004) 385.

Marktvolumen für ADHD Pharmaka in Millionen US $


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