Vortrag Gruppe 13 Topoisomerase Inhibitoren Flashcards
Topoisomerase 1
Was macht sie?
Spaltet einen single DNA Strang und führt die Enden nachdem der noch ungeschnittene Strang durchgegeben wurde wieder zusammen.
Sinn -> Spannung in der DNA aufheben, die bei der Replikation zu Supercoiled Strukturen (DNA in sich selbst verdrillt) auftritt
https://www.youtube.com/watch?v=EYGrElVyHnU
Topoisomerase 2
Was macht sie?
Spaltet die Supercoiled Struktur von DNA auf (DNA Doppelstrangbruch) um die Spannung zu nehmen. (Geht von 8 gewundener DNA Doppelstrang zu = ungewundener DNA Doppelstrang)
https://www.youtube.com/watch?v=EYGrElVyHnU
Wie ist die Konzentration von Topoisomerase bei Tumor Patienten?
Topoisomerasen spalten und ligieren DNA Stränge. Wie kann man dies bei Tumor Patienten ausnutzen?
Konzentration an Topoisomerase erhöht
Inhibiere die Topoisomerase
- > Erlaube Spaltung der DNA, aber verhindere Ligation
- > Mehr DNA Bruchstücke und Zelltod
Wie heißen die beiden Subtypen der Topoisomerase II?
Gyrase und Topoisomerase IV
Worauf wirkten Fluorchinolone?
Werden als “Gyrasehemmstoffe” bezeichnet und inhibieren Topoisomerase IV und Gyrase.
Ist es nicht gefährlich für einen Patienten Topoisomerase zu hemmen, wenn man es gegen Bakterien einsetzen will?
Die Topoisomerase von Mensch und Bakterium unterscheiden sich stark genug um eine selektive Inhibiton von Bakterien Topoisomerase zu ermöglichen.
Erklären Sie die Resistenzmechanismen, die Bakterien gegenüber Antibiotika entwickeln können (allgemein, nicht nur gegen Fluorchinolone).
(5 Stück nennen)
- Modifizierung der Zielstruktur durch z.B. Punktmutation
- Zielmolekül wird herunterreguliert -> Herabgesetzte Wirkungskapazität Arzneistoff
- Verminderte Aufnahme -> Membranveränderung
- Verstärkte Ausschleußung -> Effluxpumpen
- Enzymatische Modifizierung: Inaktivierende Enzyme (Z.B. β-Lactamasen bei Penicillinen)
Wie wirken Fluorchinolone auf Topoisomerasen?
Fluorchinolone bilden zusammen mit der DNA, dem Enzym (Gyrase/Topoisomerase IV) einen ternären Komplex unter Mg2+-Stabilisierung.
Fluorchinolone stabilisieren den Cleavage Complex und verhindern anschließend das Wiederverschließen der zuvor durch die Topoisomerase induzierten Strangbrüche.
Durch die Hemmung der Religation bleiben der DNA-Strangbrüche bestehen, was zur Blockade der DNA-Replikation, DNA-Fragmentation und schließlich zum Zelltod der Bakterienzelle führt.
Welche Unterschiede gibt es zwischen der Topoisomerase II (Gyrase) und der Topoisomerase IV?
Gyrase -> Einführung negative Supercoils verantwortlich
Kann verknüpfte DNA Ringe auflösen
Topoisomerase IV -> Trennung der Bakterienchromosomen nach DNA-Replikation
Für was sind die einzelnen Bereiche des Fluorchinolone verantwortlich?
Warum ist die Ketosäurefunktion bei den Fluorchinolonen wichtig für die Wirkung?
Chelatisiert ein Mg2+-Kation und bildet infolge dessen wasservermittelte H-Brücken zu Resten in der QRDR (quionolne resistance determining region) von GyRA
Warum muss Stickstoff im Fluorchinolone an ein anderes Molekül gebunden sein?
Weil es sonst zu einer Tautomerisierung kommen und sich damit eine HydroxyCarbonsäure bilden könnte.
Frage für die Praxis: Warum sollen Fluorchinolon-Antibiotika nicht zusammen mit Milchprodukten eingenommen werden?
Fluorchinolone bilden mit mehrwertigen Kationen (Ca2+, Mg2+, Fe3+, Al3+) schlecht resorbierbare Chelatkomplexe (= Pharmakokinetische Interaktion). Infolge der Bildung von Chelatkomplexen und der verminderten Resorption von Antibiotikum können subtherapeutische Blutspiegel des Antibiotikums resultieren, was zum Wirkungsverlust und zur Begünstigung der Entstehung antibiotikaresistenter Bakterien führen kann.
Welchen Einfluss hat die QRDR (quinolone resistance determining region) auf Fluorchinolone?
Wie kann man dieses Problem versuchen zu beheben?
Bei Fluorchinolonen wird eine zunehmende Resistenzentwicklung beobachtet, die Großteils auf eine Target-basierte Resistenz durch Mutationen in der GyrA/ParC-QRDR-Region (quinolone resistance determining region) zurückzuführen ist.
Dabei kommt es zu einer Aminosäuresubstitution in der DNA-Gyrase und Topoisomerase IV bei Resten, welche die Wasser-Metallion-Brücke der Fluorchinolone an das Enzym vermitteln. Als Folge von Mutationen in der QRDR resultiert eine Störung der Chinolon-Bindung an ihr Target und damit eine zunehmende Resistenzentwicklung gegenüber klassischen Fluorchinolon-Antibiotika, was den bisherigen und auch den zukünftigen Einsatz von Fluorchinolonen bei bakteriellen Infektionen einschränkt und weiter bedroht.
Um das Problem der zunehmenden Resistenzentwicklung gegenüber Flurochinolonen durch die Target-basierte Resistenz in der QRDR der Zielenzyme zu adressieren, versuchten die Autoren des Papers Inhibitoren zu identifizieren, die den DNA-Gyrase-/Topoisomerase IV-Clevage Complex binden und stabilisieren können ohne die Wasser-Metallion-Brücke in der GyrA/ParC QRDR-Region.
Was bedeutet „scaffold morphing“ und wie wurde es in diesem Paper umgesetzt?
Scaffold morphing ist die systematische Veränderung der Struktur an einem Molekülgrundgerüst.
Beispiel ist das Chinolin welches als Grundgerüst gedient hat und an welches Reste angefügt wurden.
Was ist eine Nebenwirkung dieser Verbindung?
Wirkt als hERG-Kanal Inhibitor im Herzen -> Führt zu QT-Zeit Verlängerungen -> Gefährliche Herzrhythmusstörungen
Weshalb hat sich Verbindung 34 als ungeeignet bei der Behandlung von Infektionen des Urogenitaltraktes erwiesen?
Weil die Verbindung stark pH abhängig ist und im Urogenitaltrakt bei einem pH von 5,8 ein starker Wirkungsverlust stattfindet.
