Nordisk Lægemiddelkongres 2002

Transkript

1 Nordisk Lægemiddelkongres 2002 Der bliver brug for farmaceuter som aldrig før NR. 13 JUNI 2002

2 Fra den farmaceutiske grundforsknings frontlinie TEKST: JOURNALIST & LÆGE JAN ANDREASEN, AZYGOS Professor Hans Bräuner-Osborne, Danmarks Farmaceutiske Højskole, blev den 27. maj dr.pharm. ved at forsvare sin afhandling om karakterisering af familie C af G-protein koblede receptorer i hjernen. Model af det ekstracellulære ligand -bindings domæne af en metabotrop glutamat receptor med glutamat bundet. Gennem et unikt samarbejde på et højt internationalt niveau har professor Hans Bräuner-Osborne, og hans forskerkolleger, undersøgt muligheden for at udvikle stoffer, der selektivt binder sig til ideelt set en enkelt subtype af glutamat-receptorerne. Det har givet en større indsigt i, hvordan glutamat binder sig til receptoren, og ved hjælp af krystallisering og avanceret computerkemi er det lykkedes at bekræfte tidligere hypoteser og beregninger for, hvordan glutamat binder sig til receptoren. Som et led i forskningsprojektet er det også lykkedes Hans Bräuner-Osborne at finde tre hidtil ukendte receptorer, der indtil videre beskrives som orphan - receptorer, eller forældreløse-receptorer, da det er ukendt, hvilke stoffer der binder sig til dem. Forskningsgruppen kombinerer forskellige specialiserede discipliner, og det er kun få steder i verden, at denne kombination af ekspertise er samlet under samme tag, som det ses på Institut for Medicinalkemi, Danmarks Farmaceutiske Højskole.»Vi forsøger at udvikle nogle stoffer, der er så selektive, at de kun binder sig til én receptor. Denne skal være involveret i en given sygdom. For at finde ud af, hvilke receptorer der er involveret i en sygdom, skal man have nogle stoffer, der er selektive, og for at lave stoffer der er selektive, skal man vide, hvad man skal lave dem selektive overfor. Det fører til en cirkelslutning,«siger Hans Bräuner-Osborne. Forskerne har gjort sig nogle antagelser om de mest interessante receptorer, men de går ikke specifikt efter én receptor. For et af målene med forskningen er, at få en større viden om gruppen af glutamat-receptorer. TO TYPER AF RECEPTORER Glutamat er hjernens vigtigste stimulerende neurotransmitter og påvirker stort set alle nerveceller i hjernen. Det er i stand til at binde sig til i alt 24 forskellige receptorer, og en korrekt stimulering af receptorerne er af afgørende betydning for, at hjernen fungerer normalt. Overordnet 10

3 Mikroskopi-billede af celler, der udtrykker en af de "forældreløse" receptorer på overfladen. Receptorerne lyser grønt op, idet de er fusioneret til et fluoroscerende protein (GFP). udøver glutamat sin effekt gennem to typer af receptorer. De kaldes henholdsvis ionotrope og metabotrope receptorer. De ionotrope receptorer består af en ionkanal, hvorigennem elektrisk ladede atomer strømmer ind i cellerne og fører til en hurtig formidling af signaler til nervecellerne. De metabotrope receptorer tilhører en stor familie af receptorer, der alle formidler deres effekt gennem de såkaldte G-proteiner. G-proteinerne aktiveres, når glutamat binder sig til receptoren. De metabotrope receptorer modulerer nervecellernes aktivitetsniveau og formidler signalerne langsommere. Forhøjede koncentrationer af glutamat fører til kramper og udbredt nervecelledød. Det ses blandt andet under og efter epileptiske anfald, men også i flere neurodegenerative og psykiske sygdomme ses forhøjede koncentrationer i hjernen med en overstimulering af nervecellerne til følge. Derfor er det af interesse at finde stoffer, der kan hæmme en overaktivitet af glutamat. Stoffer, der blokerer de ionotrope receptorer, har vist sig at have mange bivirkninger, og derfor har interessen samlet sig omkring de metabotrope receptorer. Der er i alt klonet otte forskellige metabotrope receptorer for glutamat, kaldet mglur1-8. De metabotrope receptorer består af en kæde, der gennemskærer membranen syv gange. Det er karakteristisk for mglu-receptorerne, at en usædvanlig stor del af receptoren findes på ydersiden af membranen. Den ydre del af receptoren består af to domæner, der tilsammen danner en kløft, hvori glutamat binder. FREM MOD KRAMPESTILLENDE EFFEKT I jagten på udvikling af stoffer, der hæmmer glutamatreceptorerne, har forskergruppen taget udgangspunkt i stoffet ibotensyre. Ibotensyre er et naturstof fra rød fluesvamp, hvis giftighed skyldes blandt andet dets indhold af ibotensyre. Ibotensyre har en kraftig stimulerende virkning på flere typer af glutamatreceptorer, både blandt de ionotrope og de metabotrope receptorer. Ibotensyre består af en femleddet ringstruktur. På denne ring har forskerne sat en række sidekæder af forskellig længde, undersøgt effekten og udfra resultaterne syntetiseret nye derivater. Hans Bräuner-Osborne har testet stofferne på receptorerne. I praksis foregår det på klonede receptorer, idet mange af de 24 receptorer vil være repræsenteret ved et hjernesnit, hvilket gør det umuligt at undersøge for stoffets selektivitet.»derfor har vi klonet en stor del af de 24 receptorer og udtrykt dem i cellelinier. Derved kan vi måle på individuelle subtyper. Når stofferne profileres kan vi se, hvordan de ser ud, og på baggrund af det reaktionsmønster som resultaterne angiver, syntetiserer andre grupper på instituttet nye derivater,«siger Hans Bräuner-Osborne. Ved at forlænge sidekæden på stoffet HIBO, homoibotensyre en syntetisk analog til ibotensyre fandt forskene, at effekten blev mere og mere selektivt jo længere sidekæden blev. Stoffet Butyl-HIBO aktiverer subgruppen AMPA receptorer og hæmmer Gruppe 1 receptorer. Aktivering af AMPA giver kramper. Ved at gøre sidekæden længere dannes stoffet Hexyl-HIBO, og med dette stof ophørte aktiveringen af AMPA og førte i stedet til en krampestillende effekt gennem påvirkning af mglur1/5.»det er en typisk proces for vores arbejde, hvor vi som her ser, at effekten på AMPA receptorerne aftager, mens effekten på de metabotrope receptorer stiger i takt med, at vi ændrer på modelstoffet. Det er et tegn på, at vi er på rette vej. Men vi laver stadig flere derivater for at øge selektiviteten. Processen er et samarbejde mellem farmakologer, kemikere og grupper med speciale i struktur og computerkemi,«siger Hans Bräuner-Osborne. KRYSTALLISERING OG COMPUTERMODELER Den strukturkemiske gruppe laver krystaller af det domæne i receptorerne, som liganderne binder sig til. Det er svært at udkrystallisere proteiner, det kræver, at 11

4 de er rene, og at der er store mængder til rådighed. Proteinerne dyrkes i stor mængde i E.coli og krystalliseres som proteiner. Ved røntgenkrystallografi kan man beregne, hvordan proteinet har set ud. Indtil videre er det lykkedes for to af de 24 receptorer. Ved hjælp af avanceret computerkemi er det muligt at forudsige nye modelstoffer ud fra de foreliggende resultater og fra forskernes forståelse af receptoren.»det er næsten det ultimative at få et billede af receptoren. Der er dog det problem, at krystallografien kun fanger receptoren i ét billede, så man ser ikke den dynamik, der ellers er i receptoren. En sidekæde bevæger sig jo men krystallen fanger den alene i én position. Det kan der tages højde for ved computerkemien. Men jo mere fleksibilitet du indfører, jo større computerkraft kræver det så det er en begrænsende faktor,«siger Hans Bräuner-Osborne. Krystallografien og computerkemien har givet forskerne svar på flere spørgsmål, som de før havde et indirekte svar på gennem for eksempel beregninger og mutationer af receptorerne. FORÆLDRELØSE RECEPTORER Tredje del af Hans Bräuner-Osbornes afhandling omhandler fundet af tre orphan-receptorer. Tre forældreløse receptorer, hvoraf den ene sidder i hjernen, mens de andre er repræsenteret i flere forskellige organer. Indtil videre er det ukendt, hvilket stof, eller stoffer, der binder sig til de tre receptorer, og hvad deres funktion er. Det er afkodningen af det humane genom, der har gjort det muligt at identificere de nye receptorer. Den gruppe af glutamat-receptorer, som Hans Bräuner- Osborne har forsket i, er i familie med hinanden. Ud fra deres aminosyresammensætning kan man se et mønster, der antyder, at de på et tidspunkt har haft en fælles stamreceptor. Ved at søge i databasen for afkodningen af det humane genom fandt Hans Bräuner-Osborne nogle områder, hvor aminosyresekvensen lignede glutamat-receptorernes. Disse områder klonede han.»herved fandt jeg de tre nye receptorer men ingen af dem var glutamat-receptorer, desværre. Men de er helt klart fjernt beslægtede med glutamat-receptorerne.«kloningen af disse receptorer er sket i konkurrence med forskningsgrupper fra blandt andet GlaxoSmith- Kline. Sidste år var Hans Bräuner-Osborne i Schweiz hos Novartis for at screene receptorerne for potentielle ligander fra Novartis stofbibliotek. Men det gav ikke noget svar på en mulig ligand.»receptorerne er interessante, fordi vi har nogle indicier for, at de er med til at udvikle kræft. Men det De kemiske strukturer af glutaminsyre, ibotensyre og HIBO analoger. 12

5 HANS BRÄUNER-OSBORNE Krystaller af glutamat receptoren GluR2 co-krystalliseret med agonist. Billede fra Strukturkemi gruppen på DFH. 1988: Stud.pharm. Lavede speciale i USA om klonede receptorer 1993: Cand.pharm. er svært at sige noget sikkert, før vi har nogle stoffer, der påvirker dem. I øjeblikket afventer forskellige forskningsgrupper nye interessante fund, men her på instituttet er vi nok nået så langt, vi kan med at undersøge receptorerne,«siger Hans Bräuner-Osborne. Det humane genom projekt har ført til, at man har identificeret flere hundrede receptorer, hvor man ikke kender hverken liganden eller funktionen. For at lave en stor screening af mulige ligander kræver det, at man virkelig tror på sit target, for det er økonomisk krævende at foretage en stor screening samt knockout undersøgelser. 1993: Ph.d. studerende. Fik som opgave at opbygge en molekylærfarmakologisk afdeling på Institut for Medicinalkemi, 1996: Ph.d. Forskningsadjunkt, 2000: Forskningslektor 2001: 1/2 års ophold hos Novartis i Schweiz. FORENKLING AF NATUREN Glutamat er som nævnt involveret i mange sygdomme. Hidtil har det ikke været muligt at blokere receptorerne, fordi de påvirker andre betydningsfulde processer. Ved selektivt at blokere nogle af undergrupperne tror forskergruppen på, at det er muligt at modulere glutamatsystemet. Men det er et uafklaret spørgsmål, om det klinisk set bedste resultat opnås ved, at enkelte receptorer påvirkes. Hvis man ser på de aktuelle lægemidler, der i dag er til rådighed, så er mange af dem rimelig uspecifikke og påvirker en lang række receptorer. Og spørgsmålet er, om de virker bedre ved at påvirke receptorerne selektivt.»ved en kompleks sygdom som skizofreni, depression eller angst er det jo spørgsmålet, om sygdommen kan forklares ud fra én receptortype. Men som forsker vil vi gerne gøre det så simpelt som muligt men sådan er naturen ikke indrettet,«slutter Hans Bräuner Osborne. 2002: Udnævnt til professor d. 1. januar og fastansat på Institut for Medicinalkemi, 2002: Dr. pharm. Yderligere information om Hans Bräuner- Osbornes arbejde kan ses på hjemmesiden: 13