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Die Medizinische Chemie im Goldenen Zeitalter der Biologie Lehren aus der Steroid- und Peptidforschung.

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Die Medizinische Chemie im Goldenen Zeitalter der Biologie :
Lehren aus der Steroid- und Peptidforschung **
Von Ralph Hirschmann *
In memoriam M a s Tishler (1906- 1989)
Die Zusammenarbeit zwischen Biologen und Chemikern hat Medikamente hervorgebracht,
die fur die Gesellschaft von enormem Nutzen waren und sind. Durch diese Wechselwirkung
werden zwei Vorzuge synergetisch kombiniert : die Exaktheit der chemischen Konzepte und die
FChigkeit der Biologen. Ergebnisse aus mehreren Forschungsgebieten in iibergreifenden Theorien zu vereinigen. Die resultierenden Beitrage fur die medizinische Praxis haben die Hlufigkeit von Erkrankungen und die Sterblichkeitsrate erniedrigt und die Lebensqualitat erhoht.
Auf der Grundlage der Arbeiten von Chemikern wie Robinson, Prelog, Woodwurd und Puuling
hat die Medizinische Chemie die rationale Entwicklung von Medikamenten, besonders von
Enzym-Inhibitoren. in einem Mane vorangetrieben, das noch vor zwanzig Jahren undenkbar
schien. Einige der wichtigsten Beitrige der Medizinischen Chemie zur Gesundheit von Menschen und Tieren sind unmittelbar auf die innovative Anwendung struktureller und elektronischer Konzepte. auf die Weiterentwicklung instrumenteller Methoden und auf spektakulire Fortschritte in der Biologie zuruckzufiihren. Jedoch nutzen medizinisch orientierte
Chemiker bisher erst einen Bruchteil der Moglichkeiten, welche die ,,Doppelhelix-Revolution"
der fiinfziger Jahre eroffnet hat. Die Abschnitte 4, 5 und 6 dieses Aufsatzes demonstrieren die
Art des Wechselspiels zwischen Molekularbiologie und Chemie besonders deutlich.
The most .fundamental and lasting objective of'sydiesis
is not production of' new compounds,
but production of properties.
George S . Hammond
Norris Award Lecture 1968
1. Einleitung
Dieser Veroffentlichung liegt die Annahme zugrunde, dan
die fruchtbare Zusammenarbeit zwischen Biologen und Chemikern die Entdeckung und Entwicklung von Medikamenten vorantreibt. IJm diese Zusammenarbeit zu optimieren,
sollten Chemiker erkennen konnen, welche biologischen
Probleme sich effektiv und von Grund auf durch die Chemie
losen lassen -, die. als Wissenschaft von den Molekiilen, eine
zentrale Rolle fur das Verstindnis des biologischen Geschehens auf molekularer Ebene spielt. Hier moge der Hinweis
geniigen. dalj mehr als vierzig biologische Zeitschriften das
Wort .,molekular" im Namen enthalten. Mit dem Ausdruck
,.Medizinische Chemie" werde ich das Interessengebiet all
jener namhaften Cherniker an Hochschulen, an Forschungsinstituten und in der lndustrie bezeichnen, die zu den biomedizinischen Wissenschaften undioder zur Entdeckung
von Medikamenten beigetragen haben. Nach meiner Ansicht waren die C'hemiker durch die Entwicklungen in der
Molekularbiologie, die auf die Entdeckung der Doppelhelix
zuriickgehen. zwar tief beeindruckt, doch haben sie nie den
Stolz und die Selbstachtung empfunden. die ihnen aufgrund
ihrer beachtlichen Beitrige zur Medizin und ihrer entscheidenden Rolle bei der ,,Helix-Revolution" in der Biologie
zus te hen wiirden .
['I
[**I
Prof. Dr. R. Hirsthmann
Department of Chemistry. University of Pennsylvania
Philadelphia, PA 19 104-6323 (USA)
Dieser Aufsatl baaiert zum Teil aufzwei Vorrrigen: der Medicinal Chemistry Award Lecture (1986) und der Nichols Award Lecture (New York
Section of the American Chemical Society, 1988).
Diese Veroffentlichung sol1 einen Uberblick iiber die auBergewohnlichen Errungenschaften der letzten vierzig Jahre
in der Biomedizinischen Chemje geben. Die behandelten Beispiele haben mich besonders interessiert. wurden also nach
subjektiven Gesichtspunkten ausgewihlt, iiberwiegend aus
den Gebieten der entziindungshemmenden Steroide (Glucocorticoide) und der groDen und kleinen Peptide.
Drei maljgebende Entwicklungen Ende der vierziger und
Anfang der fiinfziger Jahre lassen die letzten vierzig Jahre als
einen geeigneten Zeitrahmen fur diese ubersicht erscheinen.
Erstens wurde Sir Robert Robinsons elektronische Interpretation der Organischen Chemie in die Medizinische Chemie
eingefiihrt ; diese Interpretation bildete bereits die Basis fur
die mechanistische Betrachtungsweise der Organiker. Zweitens etablierte sich in den fiinfziger Jahren die Sfrukturchemie, die auf die entscheidenden Arbeiten von Puuling, Prelog
und Woodward zuriickgeht, als ein weiterer Stiitzpfeiler der
Medizinischen Chemie. HCtte ich diese letzten vierzig Jahre
hingegen von einem anderen Standpunkt aus betrachtet
(z. B. P-Lactam-Antibiotica anstelle von Glucocorticoiden),
dann wiren zwar immer noch dieselben Prinzipien und Strategien - elektronische und strukturelle - relevant; ich wurde
dann aber auch die Entdeckungen von Fleming, FIorey,
Chain, Abraham und die Synthesen von Woodward, Sheehan,
Christensen, Morin und vielen anderen diskutieren.
Drittens waren in den letzten vierzig Jahren beispiellose
Entwicklungen physikalischer Methoden zur Charakterisierung von chemischen Verbindungen zu verzeichnen. So hat
die Medizinische Chemie z. B. in der Steroidforschung
enorm von der zunehmenden Anwendung der UV-Spektroskopie (Dannenberg,Dorfman. Gillam, Woodward), der Mol-
rot at ionsd i fferenzen (Barton, Broude, D jerassi, Wallis.
Young) und der Massenspektrometrie (Djcrassi) sowie der
Rotationsdispersion (Djorussi). der IR-Spektroskopie
(Cookson, R N . Jones, Dohriner. E. R. Krrt=c~nc~llenhogm)
und schlieljlich der NMR-Spektroskopie (Shoolerj~)profitiert.
Form der Organischen Chemie ein. Damit konnte er beweisen, daB esoterische Reaktionen, die in Universitltslaboratorien entdeckt worden waren. sich sehr effektiv im Technikumsmanstab oder sogar im industriellen Malktab
reproduzieren lieBen. so daB man medizinisch und damit
auch sozial wertvolle Verbindungen herstellen konnte.
Tishler schuf damit enorme Moglichkeiten fur die pharmazeutische Industrie.
2. Die Cortison-Ara
Die Entdeckung von HencA et al.['l. daB Cortison 1 eine
enorme Wirkung bei Patienten mit rheumatoider Arthritis
hat. eroffnetc die Cortison-Ara der fiinfziger Jahre. Neben
seiner groBen medizinischen und physiologischen Bedeutung
hatte Cortison einen grol3en EinfluB auf die Chemie im allgemeinen und speziell die Medizinische Chemie. Isolierung und
1
0
2
Charakterisierung dieses Glucocorticoid-Steroidhormons rnit den Namen Wintersteiner. Reichstein und KenduN verbunden - wiiren herausragende Leistungen. Splter stellte
man fest. dall Cortison 1 und Cortisol 2 in vivo ineinander
umwandelbar sind. und daB Cortisol die biologisch aktive
Verbindung ist.
2.1. Die Synthese als Herausforderung
Cortison wurde erstmals von Sarett synthetisiert[21.Um
die 37-Stufen-Synthese von Cortison aus Cholsiure 3 in
kommerziellem MaBstab zu ermoglichen, fiihrte Tishler bei
Merck die prozeDorientierte Forschung als hochentwickelte
Die Partialsynthese von I nutzte Erkenntnisse BUS den
Arbeitskreisen vieler namhafter Organiker. die auf dem Gebiet der Steroid-Synthese arbeiteten. Dazu zlhlten Bergmann, Djerassi, Fieser. Gallagher. Juliun, van de Kump, Kendull. Marker, Muttox, Myvstre, Miescher. Reichstein, Riegel,
Robinson. Rosenkranz, RufiPka, Sureti. Schwenk, Turner,
Wullis, Wettstein, Woodwurd und all ihre Mitarbeiter. Wie
Fieser und FieserI3] 1959 in ihrer bekannten Steroid-Monographie berichteten. forderten die Tagungen, die vom National Research Council unterstiitzt wurden. die Zusammenarbeit vieler erfolgreicher Arbeitsgruppen. Zunlchst wurde
kein Cortison 1 synthetisiert. sondern Kendalls Verbindung A 4. Im Februar 1944 begannen Tish1c.r und drei
Mitarbeiter mit der Produktion von 4. Bis zum Sommer 1945 hatten sie 100 g der Verbindung hergestellt. In Zusammenarbeit rnit Kendall wurde im Marz 1946 rnit der Herstellung von Cortison im LabormaBstab begonnen.
Hieran waren drei Chemiker und ein Laborant beteiligt;
Vorstufen fur die Synthese lieferte die Technikumsanlage.
Insgesamt wurden 576 kg Cholsaure 3 umgesetzt. Das Hormon Cortison stand etwa zwei Jahre spater (im April 1948)
zur Verfiigung. und noch im selben Monat begann Hench["
an der Mayo-Klinik mit seiner klassischen klinischen Studie.
Ursprunglich war eine Testreihe rnit 25 g Cortison vorgesehen, um die Moglichkeiten der Verbindung abschatzen zu
konnen. Durch die groBen Erfolge der prozeBorientierten
Forschung, welche die Ausbeuten um mehr als zwei Zehnerpotenzen erhohen konnte, waren gliicklicherweise mehr als
25 g zuginglich. Dies stellte sich als entscheidend heraus,
denn - wie Tishler berichtete - benotigte man ca. 100 g des
Ralph Hirschniann ist Research Prqf&.sor .fur Chemie an der University of Pennsylvania in
Philudelphia. Gleichzcitig ist er an dcr M d i c a l Univcwity of' South Carolina in Charleston als
Universitatsprofi.ssor.fiir Biomedizinische Forschung tiitig. Er irwrde 1922 in Deutschland geboren, kam 1937 in die U S A , HYI ('r 1943 eincw A . B. vom Oherlin CoIIqe erhielt, undnahm, nach
clreijihrigem Militurdienst in div US-Amwe wiihrend cles 2. Weltkriegs. win Hauptstudium an
der University of Wisconsin in Mudison uuj: Dort promovicrte er 1950 unter Williani S. Johnson.
Noch im glcichen fulir nahni er eine Stellung hei M u c k & Co. an. nw er es his :urn Senior Vice
President hrachte; 1987 trat er in dcti ,, Ruhcstand" (sielie ohen).
1306
Hormons. um seine niitzliche Wirkung nachweisen zu konnen. Insgesamt wurden 938 g Cortison hergestellt! Die Produktion der ersten 1000 kg Cortison aus Gallensauren konnte in der Technikumsanlage in ca. 30 Monaten durchgefiihrt
werden. Abgesehen von den aunergewohnlichen chemischen
und technischen Leistungen scheint es im Riickblick bemerkenswert. daR - ungeachtet des Interesses der Air Force an
Nebennierensteroiden - Merck die Produktion bereits aufnahm. bevor sich der erste klinische Erfolg an Arthritispatienten einstellte; und dies, obwohl weder Kendulls Verbindung A 4 noch Reichsteins Substanz S 5 eine nennenswerte
biologische Aktivitat hatten. Tatsachlich waren alle am Forschungsprogramni Beteiligten tief enttiuscht. als sich 4 als
biologisch inaktiv erwies.
2.2. Elektronische und strukturelle Aspekte
Aufbauend auf Hassels Untersuchungenf4] iiber die Stereochemie von Cyclohexan mit seinen sich ineinander umwandelnden Wannen- und Sesselformen leistete Sir Derek
BartonL5]
in den fiinfziger Jahren einen einzigartigen Beitrag
zum Verstindnis des chemischen Verhaltens von Steroiden.
Er zeigte. daR dieses Verhalten von der Geometrie des Molekiils beeinflufit wird, d. h. davon. o b die Substituenten axial,
aquatorial und/oder pseudoaquatorial angeordnet sind. Mit
ihren starren Geriisten wurden Steroide ein Testgebiet fur die
Konformationsanalyse. Schon friiher hatte Reichstein beobachtet. daR es zwei Arten von 2- und von p-Substituenten
gibt. Sozusagen iiber Nacht konnte durch Bartons Erkenntnisse die groBe Zahl von scheinbar nicht zusammenhangenden Beobachtungen systematisiert werden. beispielsweise
der Befund, daR ein 3 p-Hydroxy-Substituent der Allopregnan-Reihe (A/B trans) sich chemisch ebenso verhalt wie ein
3cl-Hydroxy-Substituent in der Pregnan-Reihe (A/B cis).
Beide sind iiquatoriale Substituenten (Abb. 1). Mit Bartons
5
4
Me
Die Kompliziertheit der Cortisonsynthese regte viele fiihrende Industrie- und Hochschulchemiker dazu an. nach anderen Edukten. nach einfacheren Synthesewegen und spater
auch nach analogen Verbindungen mit geringeren Nebenwirkungen zu suchen. Dieses Interesse fiihrte in vielen Arbeitskreisen zu neuartigen Entwicklungen in der Chemie. vor
allem in der Schweiz. in GroRbritannien, in den Vereinigten
Staaten und in Mexiko. In der ersten Halfte der fiinfziger
Jahre wurden auf den ..Gordon Research Conferences on
the Chemistry of Steroids" (jetzt ,,Conference on Natural
Products") auch die Untersuchungen zahlreicher weiterer
Organiker diskutiert. Dazu zahlten Bernstein, Bowers, Chemerda. Fried, Hiwhest, Hershherg. Heusser. Herzog, H.
Hirschmann, Hogg, Johnson, Lauhach, Oliveto, Ringold.
Schneider. Sondhcimer, Stork, Tauh und Wendler. Es war
eine ungewohnlicli aufregende Zeit. in der man gespannt auf
die neuesten Ergebnisse der anderen Arbeitsgruppen wartete.
DaO die Umwandlung der Gallensauren in Cortison so
kompliziert ist. erwies sich am Rande jedoch als sehr niitzlich. Bei der Suche nach alternativen Edukten und kiirzeren
Synthesewegen konnten Mikrobiologen nimlich zeigen vor allem bei Upjohn. Squibb und Pfizer daR mikrobielle
H
H
H
y
a:
HO
Abh. I , Die 3P-Hydroxygruppc in der Alloprcgnan-Reihe (links) und die
Hydroxygruppe in der Pregnan-Reihe (rechts) sind iiquatorial angeordnet
Konzepten konnten Hirschmann et al.Ihlerkliren, warum
Solvolyse des 12 P-Mesylats von Rockogenin iiber eine zum
damaligen Zeitpunkt beispiellose Umlagerung zu einem CNor-D-homo-Ringsystem fiihrt und warum es nicht zu einer
Methylwanderung oder einer Dehydratisierung ohne Umlagerung kommt (Abb. 2). Dies war eine der ersten, wenn nicht
die erste Umlagerung iiberhaupt, bei der stereoelektronische
Kontrolle nachgewiesen wurde16a1. Dadurch konnten wir
auch einen moglichen Weg fur die Biosynthese des Alkaloids
Jervin 8 vorschlagen.
-.
6
7
Transformationen das Repertoire des Chemikers unschatzbar erweitern konnen. Zwei der wichtigen Analoga aus der
Anfangszeit. Prednisolon 6 und 9u-Fluorcortisol 7, waren
das Ergebnis zufallig beobachteter mikrobieller Transformationen.
8
Abb. 2. Die solvolytische Umlagerung des IZP-Mesylats von Rockogenin verl i u f t untcr slereoelektronischer Kontrolle[6a] und ermoglich! Ruckschlusse
auf die Biosynthese von Jervin 8.
1307
Die Erkenrttnisse von Burron und Robinson zusarnrnen mit
den Effekten der sterischen Hinderung, die vor allem von M .
Ne~t~mati
und H . C. Brown untersucht wurden, ermoglichte
es den Chemikern, die Struktur-Aktivitats-Beziehungen
(SARs) bei Steroiden zu erkliiren. Man konnte nun verstehen, warum die iiquatorialen 2a-, 6 a - und auch die 16a-Methylsubstituenten die biologische Aktivitiit von Cortisol steigerten. wohingegen die axialen 2 P- und 6 P-Substituenten
diese Aktivitit verminderten (Numerierung siehe 2). Die Aktivitiitssteigerung durch die 2 a - und 6a-Substituenten wurde
auf eine verringerte Metabolisierung des a.P-ungesattigten
3-Ketons zuriickgefuhrt. Die axialen 2 P- und 6P-Methylgruppen beeintriichtigten dagegen die Bindung der 11 P-Hydroxygruppe an den Glucocorticoid-Rezeptor. Fried bei
Squibb erkliirte die SARs einer 9a-Halogen-Substitution auf
der Basis elektronischer Effekte"]; auch sterische Effekte
konnten bei grol3en 9s-Substituenten eine Rolle spielen. 9 a Fluorcortisol 7 ist zehnmal wirksamer als Cortisol 2;
dies wurde der grol3eren Aciditiit der wichtigen 11 P-Hydroxygruppe zugeschrieben''J. Mit abnehrnender Elektronegativitiit und zunehmender GroOe des Halogens nimmt
die Wirksarnkeit a b : 9%-Chlor 4.7; 9a-Brom 0.28; 9a-Iod
0.1 (Cortisol = 1). Dan eine Methylgruppe sowohl in 16aals auch in 16 P-Stellung die Wirksamkeit steigert. iiberrascht nicht. wenn man bedenkt. dal3 im funfgliedrigen
Ring D beide Substituenten quasiiiquatoriale Positionen einnehmen. Die C-17-Seitenkette wird dadurch vor einer Metabolisierung geschiitzt. ohne daD die Bindung der 11 P-Hydroxygruppe an den Rezeptor beeinfluBt wird. Interessanterweise konnten W i w h et al.['I durch kristallographische Untersuchungen an 7 zeigen. dal3 der 9 a-Fluor-Substituent auch Ring A strukturell beeinfluk
Durch die kreative Anwendung elektronischer und sterischer Konzepte war es Chemikern in der pharrnazeutischen
Industrie miiglich. die Anzahl der Verbindungen, die synthetisiert und getestet werden munten. um von einer ..Leitstruktur" zu einem Kandidaten fur klinische Versuche zu gelangen. 7u verringern. Sareti nannte dies den ..minimal systematischen ,\nsatz" zur Entdeckung von Medikarnenten.
2.3. Biologische Aspekte
Schon bald stellte man fest. da13 Cortison zahlreiche Nebenwirkungen hatte. beispielsweise Calciumverlust, eine negative Stickstoffbilanz, Salz- und Wasserretention in den
Nieren und gelegentlich unerwiinschte psychische Effekte.
Anfangs uberraschte dies, da in den vierziger Jahren mehrere
Vitaminmangel-Krankheiten ohne Nebenwirkungen geheilt
werden konnten. indem man pharmakologische Dosen des
fehlenden Vilarnins verabreichte. Zu Anfang hofften Biologen und Cherniker. daD man durch Synthese wirksamerer
Derivate den therapeutischen Index (T. I.) von Cortisol verbessern konnte. Erhohte Wirksamkeit bedeutet kleinere Dosen und liiI3t weniger Nebenwirkungen erwarten. Ungliicklicherweise erwies sich diese Vorstellung als illusorisch.
Synthetische Analoga aus der Anfangszeit wie 2a-Methyl- und 99-Fluorcortisol 7 wirken zwar stiirker entziindungshernrnend als Cortisol. haben aber keinen hoheren
T. I. Im Gegenteil: Die unerwunschte Salzretention stieg sogar starker a k die erwiinschte entziindungshemmende
Wirkung.
1308
Prednisolon 6. 1955 von flcrshbug, flerzug und ihren
Mitarbeitern bei Schering entdecktl']. ist ein Gegenbeispiel.
6 1st das erste Glucocorticoid von klinischer Bedeutung, das
eine verstiirkte entziindungshemmende Wirkung und einen
hoheren T. I. als Cortison/Cortisol aufweist, denn die Salzretention ist geringer.
Diese Ergebnisse waren in zweierlei Hinsicht fur MedizinCherniker und fur Biologen eine Lehre: Erstens, daB bei der
Behandlung eines Patienten mit einer pharmakologischen
Dosis eines Hormons dann mit Nebenwirkungen zu rechnen
1st. wenn die Krankheit nicht auf einem Mangel dieses Hormons beruht. Zweitens, daU durch die Synthese von Analoga
eines Naturstoffs wie Cortisol oder eines beliebigen anderen
potentiellen Medikarnents der therapeutische Index nur
dann verbessert werden kann. wenn erwiinschte Wirkung
und Nebenwirkungen durch unterschiedliche Rezeptoren
ausgelost werden[l"]. Der Befund. dal3 der 2 r-Methyl- und
der 9a-Fluor-Substituent sowie die 1,2-DoppeIbindung in 6
die entziindungshemmende Wirkung anders beeinflufiten als
die Salzretention. lien darauf schlienen. da8 diese spezielle
Nebenwirkung durch einen anderen Rezeptor hervorgerufen
werden konnte. Diese wichtige Entdeckung konnte den Biologen deshalb gelingen. weil die Chemiker ihnen Verbindungen mit neuartigen Eigenschaften herstellten. Eine weitere
Stutze dieser Idee bot die etwa zur selben Zeit von Reichsi~in
et al." ' I durchgefiihrte Isolierung und Charakterisierung
von Aldosteron 9, dem Steroidhormon, das den Salzhaushalt reguliert.
Der Begriff Rezeptor[12d1
war fur das Gebiet der Pharmakologie von LangIoj~['"']definiert worden. Auf molekularer
Ebene war ,,Rezeptor" jedoch eine ,.black box". Sobald ein
gewisses molekulares Verstindnis vorhanden war. verwendete man die chemischen Narnen wie etwa Trypsin. statt
Umschreibungen wie ..der Rezeptor fur Lysin enthaltende
Peptide".
Eine grone Zahl hochwirksamer Analoga wurde in der
Industrie synthetisiert und viele davon wurden klinisch wichtige Produkte. Dan man die verbleibenden Nebenwirkungen
von Cortison nicht ausschalten konnte. legte nahe. da8 diese
durch denselben Rezeptor hervorgerufen wurden wie die erwiinschte entziindungshemmende Wirkung. Diese Interpretation wurde jedoch meines Wissens darnals nicht explizit
formuliert. flirsclimann und Sureit et al. versuchten daher in
den fiinfziger Jahren das Problem, ein sichereres Glucocorticoid zu finden, von einer anderen Seite her zu losen. ,.Rational" gesehen sollte es moglich sein, lutcnir Mrdikamcntc zu
verabrei~hen['~].
Wir wollten ein biologisch inaktives Steroid (die Vorstufe eines Medikamentes) entwerfen und synthetisieren, das dann am Entziindungsherd sclcktiv oder zumindest vorzug.sit.c,i.sc, in das aktive Steroid umgewandelt werden
wiirde. Das 21 -( N-Acetylglucosamid) 10 von Prednisolon
wurde unter der Annahme, daD es biologisch inaktiv sei.
synthetisiert. Weiterhin verrnutete man. da8 es voriugs~t~eisc~
in entziindeten Gelenken durch N-Acetylglucosaminidase in
die aktive Verbindung 6 umgewandelt irerden wiirde. Diese
Erwartungen waren dadurch begriindet, dan die 21-Ether
der Glucocorticoide inaktiv sind. und daD der N-Acetylglucosaminidase-Spiegel in den Fliissigkeiten entziindeter Gelenke hoher ist als in denen normaler Gelenke oder im Plasma. Unsere Erwartungen erfiillten sich zumindest teilweise.
Das Glycosid 10 wies bei Tieren einen hoheren T. I. auf als
Prednisolon 6. Mangels oraler Bioverfiigbarkeit waren klini-
sche Versuchsreihen an Menschen mit dieser Verbindung jedoch nicht gerechtfertigt. Trotzdem wurde das Konzept der
,,latenten Medikamente" - d. h. scllektive Umwandlung einer
inaktiven Vorstufe in das aktive Medikament am Zielort seitdem immer wieder angewendet.
NHAc
9
10
Chernerda. Poos, Hirschrnann et al.["] berichteten iiber die
erfolgreiche Synthese des fur die Medizin wichtigen. wasserloslichen 21-Phosphatesters von Cortisol. der sowohl intravenos verabreicht werden konnte als auch zur Anwendung
am Auge geeignet war. Die Synthese erwies sich als nicht-trivial, da die in potentiellen Vorstufen vorhandene 17r-Hydroxygruppe zur Bildung des unerwiinschten 17r.21Epoxids neigte[lsl.
1963 stand fest, dal3 ein Sauerstoffatom an C-3 fur eine
anabolisch-androgene oder progestative Wirksamkeit von
Steroiden nicht erforderlich ist. Dagegen schien ein umfangreiches Datenmaterial die Vermutung zu stiitzen. dal3 eine
0x0-Gruppe an C-3 die Bedingung fur eine entziindungshemmende Wirkung sei. Dennoch synthetisierten Hirsch~ u n nSteinberg,
,
Tishler et al,[I6lPregnadienderivate wie 11
und 12 mit anelliertem Pyrazolring. die sich als hochwirksam
herausstellten. In der Tat erwiesen sich die Phenylpyrazole
N
N
x
H
11
nicht benotigt, wenn ein anderer Substituent. z. B. ein aromatischer Ring. der irgendwo im Molekiil eingefiihrt wird.
komplementiir zum Rezeptor ist. Im allgemeinen haben
diese neuartigen Strukturen neue Einblicke in die Wechselwirkung von Steroiden rnit Rezeptoren gewiihrt.
Mitte der fiinfziger Jahre sollten die bei Syntex unter Dierassi und Rosenkrund'B1und die bei Searle unter Colron und
Riegel["I durchgefiihrten Untersuchungen iiber die Progestine 17r-Ethinyl-19-nortestosteron 13 und dessen Isomer
mit 5( 10)-Doppelbindung grol3e Bedeutung erlangen. da
diese Verbindungen als oral wirksame Ovulationshemmer
eingesetzt werden konnen. In den USA verwendete pharma-
12
vom Typ 12 als die bis jetzt am stiirksten wirksamkeitssteigernden ,.Pharmacophore" bei den entziindungshernmenden Steroiden. Da eines dieser Phenylpyrazole in Frankreich
als Medikament zugelassen wurde, konnte man die Entdekkung dieser Verbindungsklasse als ,.irrationale und dennoch
erfolgreiche Entdeckung eines Medikaments" betrachten.
oder aber als Mahnung dafiir nehmen, dal3 es manchmal
sinnvoll ist, allgemein anerkannte. aber unbewiesene Dogmen zu hinterfragen. Anfangs fiihrten wir["] die hohe Wirksamkeit der Pyrazole auf die Elektronenverteilung um die
3-Position zuriick. Spater jedoch schien es uns wahrscheinlicher, dal3 es sich hier um ein friihes Beispiel fur andere oder
zusltzliche Bindungsstellen handelte, ein Thema, das wlhrend der vergangenen zwanzig Jahre in der Medizinischen
Chemie immer wiederkehrte, jedoch meines Wissens hauptslchlich im Zusammenhang mit Antagonisten diskutiert
wurde. Nach diesem Konzept wird eine funktionelle Gruppe,
der man die biologische Wirksamkeit zuschreibt (wie etwa
der 3-Oxofunktion eines Glucocorticoids). dann iiberhaupt
zeutische Prlparate enthalten ein Progestin und ein Ostrogen. Diese Arbeiten erinnern uns - falls dies notig sein sollte
- nachhaltig daran, dal3 medizinisch orientierte Chemiker
imstande sind. Verbindungen rnit Eigenschaften zu synthetisieren. die nicht nur tiefgreifenden EinfluD auf die Medizin.
sondern auch auf die Gesellschaft haben.
2.4. Neuere Entwicklungen
Anfang der sechziger Jahre schienen die chemischen Moglichkeiten der entziindungshemmenden Steroide weitgehend
ausgeschopft zu sein. Im klinischen Bereich waren Steroide
damals nicht mehr die Mittel der Wdhl fur die Behandlung
der meisten entziindlichen Krankheiten. Andere Aspekte der
Steroidchemie und der Medizinischen Chemie entwickelten
sich jedoch weiterhin hervorragend. Die aufsehenerregenden
biomimetischen Cyclisierungen von W S . Johnson et al. gelten inzwischen als klassische Beispiele"ol. Bemerkenswert
sind auch Arbeiten im Zusammenhang mit Vitamin D. die in
den siebziger Jahren grol3es Interesse fanden. Untersuchungen in zahlreichen Arbeitskreisen. darunter denen von
HaussIer["l. Kodicek und Lnu~.son[221.
D e L ~ c a [ und
' ~ ~ Norerreichten ihren Hohepunkt in der Entdeckung, dal3
Vitamin D, 14 nach der Resorption aus dem Darm von einem Enzym der Leber in Position 25 zu 15 und anschlienend
14
15
von einem Enzym der Niere in lr-Position zu 16 hydroxyliert wird. Dieser dihydroxylierte Vitamin-D,-Metabolit initiiert die Calcium-Absorption. Nach diesen biochemischen Errungenschaften. die in der Charakterisierung von
1309
16 gipfelten, leisteten Organiker entscheidende Beitrige zur
ten, die sich gegenwirtig in einem fortgeschrittenen kliniLosung der sich ergebenden Syntheseprobleme. Unter andeschen Versuchsstadium befinden. Diese Verbindung wurde
rem sind hier Arbeiten in den Laboratorien von H e s . ~ ~ ~ von
~ ~ Rasmiisson
.
et al.[331
entworfen und synthetisiert, um die
DeClerq[261.D ~ u h e n [ ~ 'Muzi~r['81
],
und U . ~ k o v i c [ ~zu
' ] erUmwandlung von Testosteron 21 zu Dihydrotestosteron 22
wihnen. Diese Forscher sowie Srk-i1301
und viele andere hazu verhindern. Im Gegensatz zu 21 stimuliert 22 ProstataHyperplasie, hat aber beim erwachsenen Mann keinerlei
ben auch dazu beigetragen. die Rolle von 1 a.24(R).25-Trihydroxyvitamin D, 17 zu kliren.
wiinschenswerte Wirkungen. Dieser ausgesprochen ,,rationale" Ansatz, ein Medikament zur Verkleinerung einer vergoBerten Prostata zu finden, wurde zuerst in den fiinfziger
Jahren von Glen Arrh bei Merck vorgeschlagen.
Andere interessante Steroide sind Inhibitoren der Placenta-Aromatase des Menschen. Antiostrogene ohne agonistische Wirkung und Verbindungen (21 -Aminosteroide), die
vor einem Trauma des zentralen Nervensystems schiitzen
konnen.
AbschlieBend sei bemerkt, daB die Molekularbiologie fur
die Steroidforschung und deren Umfeld richtungsweisend
16
17
geworden ist : Man versucht, auf molekularer Ebene zu verstehen, warum intrazellulire Steroid-Rezeptorproteine und
ihre Hormon-Liganden die Effizienz der Transkription von
Steroidhormon-Antagonisten und Enzym-Inhibitoren,
ganzen Netzwerken spezifischer Gene verindern konnen[341.
die mit Steroiden in Beziehung stehen, finden weiterhin unEs wird interessant sein, in welchem AusmaB diese Untersuvermindertes Interesse. Dariiber hinaus hat die Aufklarung
chungen zu unserem Verstandnis der SARs von Steroidhorder Cholesterin-Biosynthese aus Acetat kiirzlich zu einem
monen und ihren Antagonisten beitragen konnen, besonders
der wichtigsten Medikamente gefiihrt, das in den achtziger
wenn kristalline Rezeptoren zur Verfiigung stehen werden.
Jahren zugelassen wurde: Lovastatin 18a. das die CholesteInteressant, obgleich nicht iiberraschend, ist der Befund, daB
rin-Biosynthese inhibiert. Seine Einfiihrung auf dem Markt
die cDNAs verschiedenartiger Steroid-Rezeptoren drei in
wurde 198713'] als ein signifikanter Fortschritt fur die Behohem MaBe konservierte Regionen a u f w e i ~ e n [ ~Uber
~"~.
handlung von Hypercholesterinimie gefeiert (vgl. Abdie Einheitlichkeit der Struktur von Hormon-Rezeptoren
schnitt 5; dort wird auch 18b besprochen).
des Zellkerns wurde kiirzlich zusammenfassend berichtet[35hl.
-
10a, R = Me
18b, R H
3. Crone und kleine Peptide:
Proteine und Hormone
Mifepristoii 19[321
1st ein Progesteron-Antagonist, der von
Rousell-Uclal' entwickelt wurde. Die Verabreichung dieses
Steroids, kombiniert rnit einer kleinen Dosis Prostaglandin,
stellte sich als sichere und effektive Methode des Schwangerschaftsabbruchs heraus. Das Medikament wurde in Frankreich unter strenger Indikationsstellung verschreibungspflichtig zugelassen.
Proscar 20, ein Inhibitor der 5a-Reduktase der menschlichen Prostata, zihlt zu den vielversprechenden Medikamen-
Sowohl Steroide als auch Peptide sind in Physiologie und
Medizin von groBter Bedeutung. Die Peptidforschung begann vor etwa 90 Jahren, als Franz Hofmeistrr und Emil
Fischer (der damals den Nobel-Preis fur seine Arbeiten iiber
Zucker und Purine erhalten sollte) 1902 in Karlsbad unabhangig voneinander berichteten, daB Proteine aus Aminosluren aufgebaut sind, die iiber ,,Peptidbindungen" (Bezeichnung nach Fischer) miteinander verkniipft sind. Fruton
hat sich mit den beiden Wissenschaftlern und rnit dieser Tagung befaBt[361.Trotz Fischers hohen Ansehens fand dieses
Forschungsgebiet jahrzehntelang nur wenig Anklang; viele
Vollblut-Chemiker aus der Organischen und der Medizinischen Chemie begegneten der Peptidforschung sogar bis weit
in die fiinfziger Jahre mit Geringschltzung. In den letzten
Jahren ist die Peptidforschung nun aber explosionsartig expandiert. Warum also entwickelte sie sich zu Beginn so langSam? Ich meine, daB mehrere Faktoren dazu beigetragen
haben :
Zum einen hielten Organiker die Peptidchemie, vor allem
weil sich das Muster des Amidgeriistes standig wiederholt,
fur langweilig. Zum anderen kommt bei den meisten Organikern ein Gefiihl des Unbehagens auf, wenn siees mit wasserloslichen organischen Verbindungen zu tun haben, denn normalerweise ist die wiBrige Phase diejenige, die verworfen
wird. Auch die pharmazeutische Industrie verhielt sich reser-
ANHtB"
19
21
1310
20
22
viert. zum einen niangels ausreichender oraler Bioverfiigbarkeit der Peptide. zum anderen, well die biologische Halbwertszeit der Peptide meistens unakzeptabel kurz ist. Der
Verdacht, dal3 Peptidhormone ein Gernisch chemisch verwandter Substanzen sind. wirkte zusitzlich abschreckend.
Als daher Sunger et al. 1955 die Sequenz von Rinder-Insulin[371aufklaren konnten. war dies ein Durchbruch - zum
Teil auch deswegen, weil nun bewiesen war, daW RinderInsulin ein ebenso wohldefinierter Stoff wie Benzoesiure
und Cholesterin ist.
Trotz des Zogerns der Organiker. die Peptidchemiker als
..ordentliche Mitglieder" ihrer Disziplin zu betrachten, belegt die fruhe Geschichte der Peptidforschung die auBerordentliche Kreativitit und das enorme Geschick ihrer Pioniere. zu denen Fisclier. Bergmurm. Zcwus und Curtius gehoren.
Tatsichlich weist die Geschichte der Peptidforschung zahllose hervorragende Beitrige zur Organischen Chemie auf; die
Namen ihrer Urheber konnen aber hier aus Platzgrunden
nicht alle genannt werden[*l.
3.1. Strukturbestimmung und Synthese von
Peptidhormonen
1953 gelang clu Vigncwtddie Isolierung, Charakterisierung
und Synthese der Peptidhormone Oxytocin 2313" und Vasopressin (gezeigt ist Arginin-Vasopressin 24)[391,wofur ihm
der Nobel-Preis verliehen wurde. Die Charakterisierung dieser beiden Hormone war eine herausragende Leistung. wenn
wir bedenken. da13 es sich bei den Verbindungen um cyclische
Peptide handelt und d a b die Strukturen ohne Hilfe des Edm ~ n - A b b a u shestimmt
[ ~ ~ ~ werden muDten. Die Synthese dieser Hormone in reiner Form war eine gleichermaDen beachtliche Leistung. da Widunds Methode der gemischten
Anhydride. die Verwendung aktiver Ester, die auf die Pionierarbeiten von Wielund, Sc/ztt,j,:c.r. Bodunszk.v. G. Anderson und anderen zuriickgeht, sowie die Carbodiimid-Methode von Shidiun sich erst Jahre spiiter allgemein durchgesetzt
hatten.
durch Benzyloxycarbonyl geschiitzt, das durch katalytische
Hydrierung entfernt werden konnte, da ACTH nur eine
schwefelhaltige Aminosiure. ein Methionin. in der N i h e des
N-Terminus enthilt. Die Synthese des reinen Peptids aus 39
Aminosiuren 1st ein Meilenstein.
H.Ser.Tyr.Ser.Met.Glu.His.
Phe-Arg-TrpGly Lys-Pro-ValGlyLys .Lys-ArQ-Arg.Pro-Val-
a
30
-Lys-Val-Tyr-Pro-Asp-GlyAla-Glu-Asp .Gln.Leu.Ala-GIu-Ala.Phe -Pro-Leu -Glu-Phe.OH
25
Spiter stellte man f e ~ t l ~daB
~ l das
, synthetische Peptid mit
der C-terminalen Aminoduresequenz von 25 unter schwach
alkalischen Bedingungen nicht desamidiert wird; naturliches
Schweine-ACTH wird dagegen vollstindig desamidiert.
Dariiber hinaus konnte die sehr schnell verlaufende Desamidierung anhand der Struktur 25 nicht hinreichend erklirt
werden. Deshalb wurde die fur Schweine-ACTH ursprunglich vorgeschlagene S t r ~ k t u r [ ~r' le ~ i d i e r t l ~wobei
~ ] , Asp in
Position 25 durch Asn und Gln in Position 30 durch Glu
ersetzt wurde. Die abgeanderte Struktur erkliirt. warum Ammoniak unter milden Bedingungen abgespalten wird: Es ist
bekar~ntl~~
daO
] . Asn-Gly-Bindungen Succinimid bilden
(Abb. 3).
n
il
0
H C y s -Tyr-.X -Gin- Asn--Cys. Pro-Y-GlyNH,
II
II
23,X = Ite, Y = Leu
24. X
=
Phe. Y
=
Arg
-A--Cd-
Du Vignruud und Mitarbeiter gaben der Peptidforschung
durch ihre Ergebnisse mit Oxytocin und Vasopressin einen
enormen Auftrieb (fur medizinisch-chemische Studien an
Oxytocin und Vasopressin siehe Abschnitt 3.3). 1963 waren
die Methoden fur die Darstellung von Peptiden weit genug
entwickelt. um Schwyxr und S i e h c ~ I ~die
' ~ Totalsynthese
eines chemisch homogenen Peptids mit der Sequenz, die fur
Schweine-ACTH 25 vorgeschlagen1421worden war (ein Hormon aus 39 Aminosiuren). zu ermoglichen. Die Synthese
wurde schrittweise vom C- zum N-Terminus durchgefuhrt
(keine Fragment- Kondensationen). mit Reinigungsoperationen nach jedem Syntheseschritt. Jede Aminosiure wurde
['I
Einen guten Uberhlick giht ein gerdde erschienenes Buch: T. Wieland. M .
Bodanszky : Thcd Uorld of Pepiidrs A Brief //isior? of Prpridc, Chemistrs,
Springer. Heidelberg 1991. Siehe aber auch [3h] und [ I S I ] .
A
+
4-ASp4lY-
Abb. 3. Die Instabilitlt der Asn-Gly-Bindung. ein Fallstrick in der Peptidchemie. Die Dipeptideinheil kommt heispielsweise in ACTH. Ribonuclease A und
in Sekretin vor.
ACTH wurde im klinischen Bereich zur Behandlung von
Entziindungen und fur diagnostische Zwecke eingesetzt. Es
stellte sich heraus, daD das Tetracosapeptidamid, dem die
Aminosiuresequenz 25-39 fehlt. noch ca. 7 5 % der steroidogenen Wirksamkeit des natiirlichen Hormons hat. Dies verdeutlicht. daD eine drastische Verkurzung der Aminosiuresequenz manchmal moglich ist, ohne dabei die biologische
Aktivitit teilweise oder vollig einzubuBen.
Ungeachtet Schwyzers Leistungen bei der Synthese galt es.
Mitte der sechziger Jahre noch viele wichtige und schwierige
Probleme zu losen. Insulin 26 war weiterhin eine Herausforderung. 1955 gelang Sangrr et al.[37]die Stukturaufklirung
1311
von Rinder-Insulin. Hierfiir muBte die Aminosauresequenz
der beiden Polypeptidketten ( A und B) aus iiberlappenden
Fragmenten bestimmt werden. die man durch partielle Saurehydrolyse und partielle Enzymverdauung erhielt. Dariiber
hinaus muRten Asn von Asp und Gln von Glu unterschieden
werden und die eine Disulfidbriicke innerhalb der A-Kette
sowie die beiden Briicken zwischen den Ketten lokalisiert
werden.
r
A
HQly.lle-Val Qlu.Gln-Cys Cys .Ala-Ser-Val.C~s.Ser. Leu.Tyr.Gln.Leu.Glu.Asn.Tyr
\
+n-OH
Cys
/
H-Phe -Val.Asn .Gln*His -Leu-Cys*Gly.Ser-His Leu-Val- Glu -Ala. Leu-Tyr-Leu-Val-Cys Qly-Glu-ArgQly-Phe-Phe-Tyr-Thr.Pro-Lys-Ala-OH
26
B
Lilly und Genentech synthetisierten Insulin aus biotechnologisch erhaltenem Proinsulin. Untersuchungen von Brcindenburg et al.12301
und von M ~ r k u s . s e n [an
~ ~,,Miniproinsuli'~
nen" legten nahz. daB das verbindende Peptid in Proinsulin
bei der Biosynthese lediglich dafiir sorgt, daB sich die erste
Disulfidbriicke zwischen den Ketten in einer monomolekularen Reaktion bildet. Ein entscheidender Beitrag der Molekularbiologie waren die Isolierung, das Klonen und die Expression des Insulinrezeptors sowie die Erkenntnis, daB
dieser Kinase-Aktivitlt aufweist.
Insulin nimmt in den Annalen der Peptidfoschung eine
Sonderstellung ein. Es war das erste komplizierte Peptid von
auBerordentlichzr Bedeutung fur die Medizin (fur den Typ-IDiabetiker lebensrettend). dessen Sequenz man aufklaren
k ~ n n t e [ ~ ' ]Insulin
.
spielte auch bei zahlreichen anderen wissenschaftlichen Entdeckungen eine zentrale Rolle. Es ermoglichte den Nachweis, daB Peptidhormone chemische Reinstoffe sind. und dal3 ein Peptid auch ohne prosthetische
Gruppe eine biologische Aktivitit aufweisen k a n r ~ " ~Insu~.
lin war auch das erste Peptidhormon. das kristallisiert werden konnte (Ahel, 1926)[581.Die Rontgenstrukturanalyse
wurde 1969 von D . C. Hodgkin et al.'5'1 beschrieben. Blundell. Hodgkin et al.[59h1konnten anhand rontgenstrukturanalytischer Untersuchungen zeigen. daB der Austausch des
B10-Histidins sich deutlich auf die Tertiiirstruktur des Hormons auswirkt; dies erklarte auch die geringe Wirksamkeit
von Meerschweinchen-Insulin in Nagetieren oder in deren
Geweben. Human-Insulin. aus Schweine-Insulin erhalten.
war das erste natiirliche Protein, das halbsynthetisch hergestellt wurde (MarkussenIZ3"1).Insulin wurde als erstes klinisch wichtiges Produkt durch DNA-Rekombinations-Technikf5O1erzeugt.
Die Totalsynthese von Insulin auf chemischem Weg wurde
1963 von % a h et al.1451
in Deutschland. 1964 von Kritsovannis et al.[4b1in den USA und 1965 von Wung, Du et al.'471in
China mitgeteilt. Die Ausbeuten waren jedoch gering. Dies
wurde der Tatsache zugeschrieben, daB im letzten Syntheseschritt ..unkontrolliert" drei Disulfidbrucken zwischen der
A- und B-Kette gebildet werden muRten. was zu unerwiinschten Nebenprodukten und Polymeren fiihrt. Interessanterweise konnten Kutsojwznis et al.14" schlieBlich
Ausbeuten von 60-80% fur die simultane Bildung der drei
Cystin-Briicken erzielen, wenn sie die A-Kette im UberschuB
einsetzten. Hohe Ausbeuten fur die Kombination der A- und
B-Kette wurtlen spiiter auch von Wissenschaftlern bei Eli
L i l l ~ [ ~und
' ] Cienente~h['~]
erhalten. welche die Peptidketten
biotechnologisch hergestellt hatten. 1974 gelang Sieher,
Kumher et al.[511
bei Ciba ein weiterer Durchbruch: die Herstellung von kristallinem Human-Insulin durch Totalsynthe3.2. Chemische Synthese von Enzymen
se. bei der die Disulfidbriicken gezielt gebildet wurden. Dies
wurde durch Techniken moglich. die Zervas und P I ~ o t n k i [ ~ ~ ~
Die erste Totalsynthese eines Enzyms (Ribonuclease) gein Griechenland. Hirschmann, Veher et al.1531
bei Merck und
lang Merrfield und Gutte[601und unserer Arbeitsgruppe bei
besonders Hiskey et al. in Chapel
entwickelt hatten.
Merckl6'] gleichzeitig, aber unabhangig voneinander. MerDie anfangs geringe Ausbeute (weniger als 4%) an Insur i j d d und Guttr benutzten die neue Festphasentechnik16*I,
lin, die bei der ..unkontrollierten" Oxidation der reduzierten
wiihrend wir die Fragmentkondensati~nsmethode[~~-~~~
A- und B-Kctte erhalten wurde. sollte sich als Gliick im
verwendeten und N-Carboxyanhydride1681in groBem UmUngliick her;tusstellen. Die geringen Ausbeuten widersprefang als Bausteine einsetzten. Die Entscheidung, Ribonuchen nlmlich A,lfin.wns Prinzip der Selbstorganisation (vgl.
clease zu synthetisieren. statt die Insulinsynthese zu verbesAbschnitt 3.2). nach welchem die korrekte Faltung in der
sern, war von beiden Arbeitsgruppen wohliiberlegt getroffen
Peptidsequenz codiert ist. Sfeiner et al.[551zogen daher in
worden. Insulin war zwar das kleinere und daher vermutlich
Betracht, daR die Biosynthese des Insulins iiber eine einketliweniger problematische Molekiil. weshalb es naheliegend
ge Hexahydrovorstufe. ein Prohormon, verlauft. Tatsachlich
schien. an dieser Stelle fortzufahren : Ausschlaggebend war
konnte SIi,ini,r 1967 ein Proinsulin mit einer Polypeptid-Einzelkette isolizren und zeigen. da13 A- und B-Kette darin
jedoch, daB der Reiz einer Enzymsynthese den einer Hordurch ein Fragment aus 29-35 Aminosiiuren (je nach Spemonsynthese iibertraf.
6 1 Jmit
Die chemischz de-novo-Synthese von Enzymen
zies) verkniipft sind. Weiterhin wies er nach, daB vollstlndig
zufriedenstellender spezifischer Aktivitiit aus den Aminoreduziertes Proinsulin sich in hoher Ausbeute zu Proinsulin
oxidieren IlIJt. und dal3 Proinsulin in vitro in Insulin umgesauren war in zweierlei Hinsicht sehr zufriedenstellend (in
wandelt wertlen kann. Die erfolgreiche Suche nach einem
einer dritten jedoch nicht). Erstens glaubten viele WissenProhormon verdeutlicht noch einmal den EinfluR chemischaftler Mitte der sechziger Jahre immer noch, daB die
scher Experimente (in diesem Fall geringe Ausbeuten bei der
Totalsynthese eines Enzyms auf chemischem Wege nicht
Kombination der beiden Ketten) auf das Verstehen biologidurchfiihrbar war. wenn nicht irgendeine Form eines Temscher Vorglnge (die Entdeckung der Prohormone). Steiners
plats vorhanden sei. Dieser Glauben erhielt sich aufrecht.
Entdeckung des Proinsulins gab der Peptidforschung neue
obwohl Anfinsen und Huber auf brilliante Art und Weise
gezeigt hatten. daB die Primarstruktur eines Proteins auch
Impulse in Richtung Prohormone und spiter in Richtung
die Information iiber seine T e r t i l r ~ t r u k t u r [enthalt.
~~I
Die
Praprohormone. die von Molekularbiologen gern als die
,.Genprodukte" bezeichnet werden. Wissenschaftler bei Eli
Oxidation eines linearen Peptids mit acht Cystein-Resten
1312
fiihrt theoretisch zu 105 fsorneren rnit jeweils vier Cystinnyl(Cbz)-Gruppe an der .+Position von Lysin zu entfernen.
Briicken. Da13 in beiden Totalsynthesen das richtige Isomer
Selbst ein nur teilweiser Verlust der Cb7-Schutzgruppen an
gebildet wurde. war eine enorrne Bestiitigung des Anfinsen/
irgendeiner der zahlreichen Lysin-Seitenketten der RibonuHaber-Prinzips der Selbstorganisation.
clease kann im folgenden Kupplungsschritt zu unerwiinschZweitens war es hochst befriedigend. da13 es 1969 durch
ten Verzweigungen fiihren. Einen allgemein anwendbaren
die gemeinsamen Berniihungen innerhalb der internationa..orthogonalen Schutz" errnoglichten spiiter die gerneinsalen Peptidchemiker-..Community" gelungen war. ein Enzyrn
men Berniihungen von Chernikern wie Curpino. der die
zu synthetisieren - ein in der priparativen Organischen Chesiurestabile und durch Piperidin abspaltbare 9-Fluorenylrnie seit langem angestrebtes Ziel. Zwolf Jahre spiiter berichmethoxycarbonyl(Fmoc)-Schutzgruppe einfiihrte[801; von
tete Yujiin~cr[~~~
iiber die Totalsynthese von kristalliner
Sichcr und Isdin. die die BiphenylisopropyloxycarbonylRibonuclease A rnit konventionellen chernischen Methoden.
(Bpoc)-Schutzgruppe fandenl"], von Hiski,j., dern die selekwobei Trifluorrnethansulfonsiure erstrnals zur Entfernung
tive Cystin-Briickenbildung gelang["l, und von ~ f ~ f ~ l t ? j , [ ~ ~ ] .
von Schutzgruppen eingesetzt wurde.
Den Erwartungen wurde in der Hinsicht nicht entsprochen. daB die chemische Totalsynthese von Enzyrnen weiter3.3. Neuere chemische und biologische Entwicklungen
hin ein miihsarnes Unterfangen blieb. Mit Ausnahrne der
Synthese von kristalliner Ribonuclease A durch Y ~ j i t n u [ ~ ~ ~ Der bedeutendste Fortschritt in der Peptidsynthese seit
irn Jahr 1981 war in der Zeit zwischen 1969 und 1988 trotz
der Einfiihrung der Benzyloxycarbonyl-Schutzgruppe durch
irnrnenser Berniihungen keine weitere Enzyrnsynthese erfolgBergmutin und Zervas und der Azid-Kupplung durch Curtirts
reich. Sowohl unsere Arbeitsgruppe als auch die von Merriwar die von Mc,rr~/ic~ldentwickelte Festphasensynthese["]
von Peptiden. Verbesserungen dieser neuen Technik durch
.field hatte gehofft. daB der Synthese der Ribonuclease die
Merr[field und zahllose Wissenschaftler in aller Welt sowie
Synthese von Enzyrn-Analoga folgen wiirde. die in der NaVerbesserungen der Fragrnentkondensationsrnethode[6'.h71
tur nicht vorkornmen, und daR dies zum besseren Verstiindnis von Struktur und Funktion der Proteine beitragen wiirin Kornbination rnit der Einfiihrung der HF-Reaktion durch
de. Ungliicklicherweise ist die Synthese eines ProteinSakukiburu et al.[841und der Anwendung der HPLC. vorwiegend durch Rivrc,r. in der Peptidsynthese folgten nach. Ende
Analogons unter Urnstiinden eine grol3ere Herausforderung
als die des natiirlich vorkornmenden Produkts. da es keine
der achtziger Jahre schlieBlich standen den Peptidchernikern
Referenzverbindung gibt. urn physikalische, chemische und
Techniken zur Verfiigung, die es errnoglichten. kornplexe
biologische Eigenschaften des synthetischen Produkts verPeptideiProteine rnit etwa 100 Aminosiuren in relativ kurzer
gleichen zu konnen. Reinheitskriterien sind deshalb noch
Zeit zu synthetisieren. Beispielsweise stellten Scrknkibnru et
schwieriger zu er~tellen[~'1.
Dariiber hinaus sind Reinigungsal. das Human-Parathyroid-Horrnon [hPTH(1-84)][84b1soverfahren. die fur die natiirlich vorkommende Substanz entwie das 123 Arninosiiuren enthaltende Angiogenin["'I nach
wickelt wurden - affinitiitschrornatographische Verfahren
der Fragmentkondensationsrnethode her. Die bereits ersind in diesem Zusamrnenhang besonders wichtig - eventuell
wihnte HIV-Protease konnte durch chemische Totalsynthenicht auf das Analogon iibertragbar. Es blieb der Biotechnose in ausreichender Menge fur das dringend benotigte .,Inhibitor-Screening" hergestellt ~ e r d e n [ ~und
~ ] zwar
.
zu einem
logie vorbehalten. die ortsspezifische Mutagenese zu der Methode zu rnachen. deren enorrnes Potential fur die Synthese
Zeitpunkt, zu dern das Virus-Enzyrn durch biotechnologivon Protein-Analoga heute allgemein anerkannt ist. Beische Methoden noch nicht zur Verfiigung stand. Ahnlich
spielsweise zeigen Berichte von B ~ ~ i k o v i d ~F' ~ r, s / i / [ ~ ~ ] , gelang Gursky et al.[851die chernische Synthese von Echistatin, einern sehr effektiven Inhibitor der Thrombocyten-Agund ihren Mitarbeitern. daB
K n o ~ l e s und
[ ~ ~J.~A .
gregation, der aus 49 Arninosiuren besteht und vier Cystindie Synthese von Enzyrn-Analoga tatsiichlich zu einern besseren Verstindnis enzymatischer Mechanisrnen und der ProBriicken enthiilt. Dariiber hinaus konnten die Autoren
entscheidende SchlulJfolgerungen iiber die SARs von neuarteinfaltung beitragt. Riickblickend erwies sich die Pionierartigen Analoga dieses Peptids ziehen. Diese Fortschritte resulbeit von Anfinsen fur die Biotechnologie als genauso wichtig
wie sie es in den sechziger Jahren fur die chernische Synthese
tierten aus jahrelangen Forschungsarbeiten von Physiko-Or~~]
sie erganikern wie Kemp[8b1.B e r ~ o i / o n [und
von Enzyrnen gewesen war[75.2 3 3 1 .
rnoglichten die Entwicklung vieler heute gingiger Verfahren,
1988 beschrieben Nurt und Veber et al.[7h'1die chemische
rnit denen sich in hohen Ausbeuten sowohl KupplungsreakTotalsynthese eines Enzyms rnit 99 Arninosaure-Resten. destionen ohne Racernisierung als auch die Abspaltung von
sen Peptid-Sequenz von Ratner et al. am NIH fur die rnit
AIDS zusarnrnenhingende HIV-Protease vorgeschlagen
Schutzgruppen mit einern Minimum an Nebenreaktionen
durchfiihren lassen. Die Weiterentwicklung der chernischen
worden war. Cileichzeitig berichteten Schneider und
Kent[7hh1
iiber die Synthese eines Analogons dieses Enzyrns,
Synthese von Peptiden und Proteinen nirnrnt unverrnindert
in welchern L-x-Arninobuttersiiure die beiden Cystein-Reste
einen hohen Stellenwert ein. unter anderem weil die Biotechersetzte.
nologie sich bisher auf den Einsatz der zwanzig codierten
Arninosiuren beschriinken rnuBte, obwohl neuere Arbeiten,
Als Merrrfield und Gurte sowie unsere Arbeitsgruppe bei
insbesondere von S ~ h u l r z verrnuten
.
lassen. daB diese HinMerck Schutzgruppen fur die geplanten Enzymsynthesen
auswiihlten. war die allgemein anwendbare Methode des
dernisse iiberwunden werden konnen.
.,orthogonalen Schutzes" noch nicht entwickelt. Entgegen
In den sechziger Jahren wirkten sich die Elektronentheorie
den darnals veroffentlichten Arbeiten gelang es insbesondere
und strukturchemische Konzepte stark auf die Peptidchernie
nicht. die wichtige siiureernpfindliche /err-Butyloxycarboaus. Die Konforrnationsanalyse hatte auf die Peptidfornyl(Bo~)-Schutzgruppe~~~
- 791 von einer a-Arninogruppe
schung einen ebenso groBen EinfluB wie ehernals auf die
abzuspalten. ohne dabei teilweise auch die BenzyloxycarboSteroidforschung. Erkenntnisse iiber die Konforrnation von
1313
Peptiden wurden allerdings durch ihre groRere Flexibilitat
und ihre groBere strukturelle Vielfalt erschwert. Wahrend
also die Konformationsanalyse von Steroiden auf das relativ1891 starre Perhydrocyclopentaphenanthren-Geriist beschrlnkt ist, liegen bei den Peptiden Helices. langkettige
Strukturen. Turns und weitere Kettenfaltungen vor, die sich
weniger leicht klassifizieren lassen. R a n ~ a c h a n d r a n Schc.[~~~,
r ~ g a [ und
~ " B / O U /schufen
[ ~ ~ ~ die Grundlage fur die Konformationsanalyse von Peptiden. Ihre Arbeiten enthalten viele
hochinteressante Ideen zur Losung von Problemen der Peptidkonforrnation und der Proteinfaltung. Goodman[931untersuchte Konformationsiibergiinge in Polypeptidsystemen
und setzte dabei viele physikalische Methoden ein. Schryyxr
wies darauf hin. dafi cyclische Peptide eine konformationsbestimmende Sekundirstruktur haben k o n n t e r ~ lDies
~ ~ ~er.
offnete ein sehr ergiebiges Gebiet fur Konformationsuntersuchungen an cyclischen Oligopeptiden, das intensiv durch
B l o ~ t ~K~~' p~ p~ l. e ~Prrloglqscl,
~ ~ ~ ] . O v c h i n n i k o ~und
[ ~ ~an~~
dere untersucht wurde. Die zunehmenden Moglichkeiten der
NMR-Spektroskopie. Peptidkonforrnationen zu untersuchen. trugen entscheidend zu diesen Leistungen bei. Dies
wird von Ki>ss/cr in einer Ubersicht z~sarnmengefaBt[~'~.
M u r ~ / i u / l ~ wies
' ' ~ auf die Bedeutung konformationsfixierender Aminosiureseitengruppen zur Identifizierung biologisch
wichtiger Peptidkonformationen hin. Eines der ersten Beispiele fur die Anwendung der Konformationsanalyse cyclischer Peptide auf Probleme der Medizinischen Chemie war
die Untersuchung der Oxytocin-Serie durch Urry. Ohnishi
und W u l / ~ r Neuere.
~ ~ ~ ] . sehr schone Beispiele fur Konformationsanalysen biologisch aktiver. cyclischer Peptide kommen
aus den Arbeitskreisen von
Krss/erl'oolsowie Fesik und RichI'O'l.Die klassische Ubersicht von Rose. Giranalysiert die Konformation aus der
rusch und S~niih'1021
Sicht von ..Turns in Peptiden und Proteinen". Diese Ubersicht ist kurzlich aktualisiert w ~ r d e n [ ' ~ ~ I .
Wie bereits erwihnt (vgl. ACTH und Insulin), erwiesen
sich Peptidhormone, wie auch ihre Steroid-Pendants, fur die
Biologie und Medizin als wichtig. Oxytocin wurde haufig zur
Einleitung der Wehen eingesetzt. Du Vigneaud nahm nach
der Synthese der Neurohypophysen-Hormone medizinischchemische IJntersuchungen vor, die sich rnit dem EinfluR der
Seitenketten auf die biologische Aktivitit beschiftigten. Rudingcv und J o s t in der CSFR zeigten in grundlegenden Studien11041.dafi ein Monocarba-(d.h. Methylen-)Analogon
v o n Oxytocin biologisch aktiv ist. Damit bewiesen sie. daR
weder eine Schwefel-Schwefel-Bindung per se, noch eine re'du:ierharc, cyclische Struktur fur die Aktivitlt benotigt werden. Diese ernpirischen Untersuchungen legten das Fundament fur die anschlieBenden medizinisch-chemischen
Forschungsarbeiten der Prager GruppeIloS1,von Wa/frr['061,
von M ~ n n i g " ~und
' ~ von Hruhj,1'081.
Von klinischem Interesse 1st das Vasopressin-Analogon [l -Desamino,~-Arg~]Vasopressin (DDAVP) 27, das von Hugucwin und Boisson a . ~ [ ' und
~ ~ lauch von Zuord et al.["o] synthetisiert wurde.
Es 1st ein fur den V2-Rezeptor (der Nieren) selek/ives Anti-
H
H
B
HG-C-C-Tyr-Phe-X-
I "
Am-Cys-Pro-D-Arg-GIyh]Y
I
2 7 , X-Gln
28, X = Val
1314
diureticum rnit Langzeitwirkung, das sich fur die Behandlung von Diabetes insipidus eignet. Beziiglich des molekularen Mechanismus der Hormonwirkung ist es interessant.
daR Miinnings Val4-Analogon 28['I 'I, ein wirksamer V,Agonist, auch ein schwacher V,(Vasopressor-Rezeptor)Antagonisi 1st. Bcde>.Hugucwin und Boissonas bei Sandoz in
Basel stellten Vasopressin-Analoga her. die entweder uberwiegend vasopressorisch oder antidiuretisch wirken. Die Fahigkeit der Chemiker, neue Verbindungen zu synthetisieren,
verbesserte wiederum das Verstandnis der Biologen fur Rezeptor-Unterklassen. Es muR betont werden, daD Chemiker
durch die Synthese von Verbindungen mit hoherer Selektivitiit und Wirksamkeit den Klinikern auch bessere Medikamente und den Biologen nutzlichere chemische Sonden zur
Verfugung gestellt haben.
1971 schlugen Urrj?und Walter" "I fur Oxytocin eine dreidimensionale Struktur in Losung vor und ubertrugen damit
strukturchemische Konzepte auf dieses Peptidhormon. Sie
kamen zu zahlreichen Einsichten; so konstatierten sie, dafi es
keinerlei Beweis dafur gibt, daD das Amidgeriist eines Peptid-hormons direkt an der Besetzung eines Rezeptors und
dessen Aktivierung teilnimmt. Sie erkannten ferner. dafi die
Konformation der Hauptkette des Peptids die mogliche
Konformation der Seitenketten beeinflufit. Aufbauend auf
Runiuchundruns theoretischen Berechnungen Anfang der
sechziger Jahre'"] und den spiteren Arbeiten von Gcddes et
al." I 31 vermittelten Wdtrr und Urry der Medizinischen Chemie ein Verstindnis dafur, wie verschiedene Typen von Turns
sich auf die Konformation (iquatorial, pseudoiquatorial,
axial. etc.) der Substituenten an den cr-C-Atomen in den
Positionen i + 1 und i + 2 solcher Turns auswirken (Abb. 4).
I
Abb. 4. Schernatische Darscellung der Seitenkettenorientierung
Turn vom Typ I .
in
einem
p-
Hruby. Miinning, Wuliar und andere machten auf die
wichtige Tatsache aufmerksam, daR in den SARs von Hormon-Agonisten und -Antagonisten erhebliche Unterschiede
auftreten konnen. Dies ist konsistent mit Jmcks einsichtsdie bevoller Analyse der ,.Bindungsenergie-Bilanzen"['
sagt, daR Agonisten eine feste Bindung rnit dem Rezeptor in
der aktivierten Konformation eingehen. wihrend Antagonisten eine feste Bindung rnit dem Rezeptor im Grundzustand
bilden. Franklin[' 14b1 benutzte und erweiterte diese Konzepte in seiner Arbeit uber Bindungsenergien und die Aktivierung von Horrnon-Rezeptoren.
Ungefahr zur selben Zeit. als fJrr.v und Walter die Bedeutung von Wasserstoffbucken zwischen dem Amidgerust der
Peptidhormone und ihren Rezeptoren in Frage stellten,
machte R ~ d i n g e r ~auf
" ~ den
~ kristallographischen Nachweis
Airgiw. Chanr. 103 I l Y Y l l 1305 - 1330
genau dieser Art der Wechselwirkung zwischen proteolytischen Enzymen und ihren SubstrateniInhibitoren aufmerkSam. Dieser Unterschied wurde mir in einer Diskussion mit
D. Rich erstmals deutlich bewulk
Die Forschungsarbeiten von Guillmiitr et a1.l' '. ' 'I, Ri"1 und Schally et al."
"1 in den sechziger und siebTiger Jahren sind fur den stets wachsenden EinfluB der Peptidforschung auf Physiologie und Medizin kennzeichnend.
Ihre Untersuchungen gipfelten in der Isolierung, Charakterisierung und Synthese dreier Hypothalamus-Hormone: Gonadoliberin (GnRH) 29, Somatostatin (SRIF) 30 und Thyroliberin (TRH) 31 (pGlu bedeutet Pyroglutamyl). Fur ihre
Leistungen wurden Guillcmin und Schal/r gemeinsam mit
dem Nobelpreis ausgezeichnet. GleichermaDen wichtig war
die spiter von Rivicv-. Spic~ss.Tllornrr und Vale[12o'sowie
von Guillcvnin et al." 2 1 1 durchgefuhrte Isolierung, Charakterisierung und Synthese des Wachsturnshormon-ReleasingFaktors ( G H R F ) 32 und die des seit langem gesuchten Corticotropin-Releasing-Hormons ( C R F ) 33 durch Vulc. Spic~ss.
Rivior und Risiclr" 'll.
pGlu-His-TrpSer-Tyr-Gly-Leu-Arg-Pro-Gly-NH2
29,GnRH
H.Ala-Gly~ys-Lys-Asn-Phe-Phe-Tr~Lys-Thr-Phe-Thr-Ser~ys.OH
I
I
30, SRIF
31, TRH
32,GHRF
33, CRF
Klinische Untersuchungen haben gezeigt, daB GnRH sowohl fur diagnostische Zwecke nutzlich ist als sich auch therapeutisch gegen IJnfruchtbarkeit anwenden liBt, weil es die
Ausschuttung des luteinisierenden Hormons (LH) und des
follikelstimulierenden Hormons (FSH) anregt. Wie sehr
hiufig. erwies sich die Entdeckung eines reinen Antagonisten. in diesem Fall eines GnRH-Antagonisten, als mindestens genauso bedeutend wie die Entdeckung neuartiger
Agonisten. GnRH-Antagonisten werden als Kontrazeptiva
klinisch getestet['23J.Von Biologen starnmt die interessante
Entdeckung. dal3 Superagonist-Analoga von G n R H sich anFinglich zwar erwartungsgemiB wie wirksame Agonisten
verhalten, spiter jedoch zu einer Rezeptor-Ausdunnungs-
Regulation fuhren. Die langfristige Wirkung ist daher, d a 8
die Ausschiittung von LH und FSH verhinderl wird, eine
Wirkung, die besonders bei der Behandlung von Prostatakrebs interessiert. Superagonisten wie beispielsweise Zoladex
von ICI wurden in mehreren Lindern zugelassen.
Eine wesentliche Entwicklung der siebziger Jahre war die
Isolierung zweier miteinander verwandter Pentapeptide, der
heute wohlbekannten Enkephaline 34 (Met-Enkephalin)
und 35 (Leu-Enkephalin), uber die Hughc,s. Kosferlit: et al.
1975 berichteten11241.Ihre Entdeckung erregte vie1 Auf-
H.Tyr~ly-Gly-Phe-Mel.OH
34
H-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-OH
35
merksamkeit, da Enkephaline die lange gesuchten endogenen Liganden fur den ,.Morphin-Rezeptor" sind. Die Anwesenheit eines Tyrosins in den Enkephalinen veranlaBte
Peptidchemiker. das ,.einzig Logische" zu tun. namlich die
phenolischen Hydroxygruppen des Morphins und der Enkephaline zum Vergleich zu iiberlagern. Leider, wie das so oft
der Fall ist, fehlen den Rezeptoren die ,.Einsichten" der Chemiker, d. h. die Uberlagerung der beiden sauren Hydroxygruppen scheint nicht zu erkliiren, warum Morphin und die
Enkephaline an denselben Rezeptor binden. Auf diese Frage
gibt es noch immer keine Antwort.
Die Hoffnung. ein Analgeticum zu finden. das keine Abhingigkeit erzeugt. fiihrte zu einer intensiven Suche nach
Enkephalin-Analoga mit groBerer Bioverfiigbarkeit sowie
hoherer Selektivitit und Biostabilitit. Tatsichlich sind das
bei Sandoz entwickelte FK 33-824[l2'] und das bei Lilly hergestellte Methkephamid['2h1in vivo stabiler. wirken aber
nicht selektiv und rufen Nebenwirkungen hervor. Um Rezeptorselektivitit zu erreichen, nutzte die Forschung auf
dem Enkephalin-Gebiet, vorwiegend durch Scliiller et
al.[1271
und Hrubjj et a1.[1281,das Prinzip der Konformationsfixierung. Untersuchungen mit klassischen Opiaten sowie
mit synthetischen Enkephalin-Analoga haben gezeigt, daB es
mehrere Unterklassen von Opiat-Rezeptoren gibt. deren
physiologische Funktion jedoch noch nicht verstanden wird.
In der Einleitung habe ich bereits auf den thematisch subjektiven Rahmen dieses Aufsatzes hingewiesen. Daher sei
hier lediglich erwihnt, daD Mrienhqfirs exzellente Ubersicht[lzylvon 1980 iiber Peptid- und Proteinhormone auch
wertvolle Informationen uber weitere Verbindungen enthilt,
z. B. uber Endorphine, Melanostatin, Melanoliberin. Substanz P, Neurotensin, Lipotropin, Melanotropin. Prolactin,
das Wachstumshormon, Parathyrin, Calcitonin, Thymusfaktoren. Glucagon, Gastrin-inhibierende Polypeptide, vasoaktive intestinale Polypeptide, Motilin. Placentahormone,
Relaxin, Angiotensin. die Kinine und Wachstumsfaktoren.
Eine neuere Ubersicht stammt von Schrnidf[1231.
Diese Aufsitze zitiere ich hier. um das Wachstum der Peptidforschung
zu verdeutlichen.
~ ~ ~ ~ ist S R I F 30 ein
Wie bereits von R e i ~ l i l i n Ierwihnt.
wesentliches. regulatorisch wirkendes Peptid mit einem auBerordentlich breiten Wirkungsspektrum. Eine rnogliche klinische Anwendung war fur Akromegalie denkbar. Wie sehr
friih von Lu/i et al. am Karolinska-Institut beobachtet wurde, fordern Wachstumshormone (GH) unter Urnstanden die
Entwicklung der Retinopathie bei Diabetes; dies legte eine
weitere Anwendungsmoglichkeit nahe. Spater wies Unger
1315
darauf hin, daD ein zu hoher Glucagonspiegel zu den Spatfolgen von Diabetes beitragen kann['30b1.Da 30 die Freisetzung von Glucagon sowie von G H unterdriickt, versuchte
ich ein SRIF-Analogon rnit einer Halbwertszeit zu finden,
die es erlaubte, diese Verbindung fur die Behandlung des
juvenilen Diabetes zu testen. Dies war rnit der kurzlebigen
Verbindung 30 nicht moglich.
Veher et al. gingen dieses Problem dadurch an, daD sie
versuchten, lnforrnationen iiber die Konforrnation von 30 an
seinern Rezeptor zu erhalten. Ausgehend von der Beobachtung von Rivier et al.1'3t1,daD ein Somatostatin-Analogon
rnit D-Trp statt Trp' signifikant wirksarner als das Horrnon
~~
Untersuist, und von R a m a ~ h a n d r a n s " ~theoretischen
chungen. die darauf schlienen lienen, daR D-Arninosauren in
(i + 1)-Position P-Turns stabilisieren, schlugen &her et
al.[t331ein Modell rnit Trp in einer (i + 1)-Position vor (36,
Abb. 5). Dieses Modell lhnelte in vielerlei Hinsicht der Konformation von SRIF in Losung, die Holladuy und Puerl['341
schon friiher vorgeschlagen hatten, unterschied sich jedoch
beispielsweise insofern, als das von Merck entwickelte Modell nahelegte, daB die Abstande zwischen den Seitenketten
von Asn' und Thr12 sowie von Phe' und Phe" irn Bereich
der Bindungslangen liegen. Dies wird durch die gestrichelten
Linien in Abbildung 5 angedeutet. Die Relevanz dieser Abstande wurde systernatisch untersucht, indern entsprechende
bicyclische Verbindungen entworfen, synthetisiert und biologisch getestet wurden, in denen Asn5/Thr12 oder Phe6/Phe"
durch eine C'ystin-Briicke ersetzt waren. Eine noch starkere
Fixierung der Konforrnation konnte in 37, einer dritten bicyclischen Verbindung, erreicht werden.
fi
i
i+3
Phenylalaninreste den P-Turn durch eine ,,fischgratenartige"
Stapelung der Phenylringe stabilisieren konnen. Verrnutlich
wird der P-Turn. der in SRIF durch Phe' und Phe'l stabilisiert ist. in 37 durch die Cystin-Briicke stabilisiert. Klinische
Untersuchungen rnit 38 wurden abgebrochen. da bei Testpersonen bereits nach kurzzeitiger Einnahrne der Verbindung Steatorrhoe (Funktionsstorungbei der Resorption von
Fetten) beobachtet wurde. Dariiber hinaus sank. wenn das
Medikarnent zur Schlafenszeit verabreicht wurde. der Insulinbedarf am folgenden Morgen nicht im erhofften AusrnaD.
Dies erinnert uns daran, daB es bei der Entdeckung von
Medikarnenten sehr oft einfacher 1st. wissenschaftlich erfolgreich zu sein - positive Ergebnisse in Tierversuchen inbegriffen - als in der Klinik zu bestehen. Baum et al.['3'a.b1 bei
Sandoz synthetisierten Ocreotid 39'' 36c1. ein cyclisches Octa-
D-Phe-Cys-Phe-D-Tyr-Lys-Thr-Cys-Thr-ol
39
peptid, bei dern die anfiingliche Steatorrhoe nach Iangerer
Verabreichung wieder verschwand. Ocreotid wurde durch
die FDA als Wirkstoff gegen Akrornegalie und zur Behandlung von Patienten rnit rnetastatisierenden carcinoiden und
vasoaktiven Turnoren zugelassen, die intestinales Peptid
ausscheiden.
3.4. Peptidmimetica
Eine hervorragende Leistung in der Medizinischen Chernie waren die Arbeiten von Evans, Anderson, Bock, Freidinger. Veher et al.I'37a1,
die zurn Design und zur Synthese von
40a fiihrten. 40a 1st ein selektiver. wirksarner, oral verabreichbarer, peptidrnirnetischer Antagonist des Peptidhorrnons Cholecystokinin (CCK, als hochaktives Decapeptid 41
gezeichnet).
i+l
i+2
36
8
(CbGC~*Phe-D-jrp
'N-C y-Thr-Lys
H
37
Phe-Val-Lys
38
Abb. 5 . Die fur 30 vorgeschlagene Konformation[l33] a n seinem Rezeptor
weist den in 36 dargestellten P-Turn auf. F u r d a s Vorhandensein eines P-Turns
spricht der Befund. daL7 Asn'iThr" oder Phe"/Phe" durch eine Cystin-Brucke
ersetzt werden konnen. was durch die gestrichelten Linien angedeutet is!. Das
bicyclische Analogon mi! der am stirksten fixierten Konformation ist 37. Die
Korrektheit des obigen Modells wird auDerdem uberzeugcnd durch die hohe
Aktivit:! des cyclischen Hexapeptids 38 gestutzt.
DaD die hohe Aktivitat in allen drei bicyclischen Strukturen erhalten blieb. war eine starke Stiitze des obigen Modells.
Dies veranlaDte schlieDlich Freidinger, Veher, Nu11 und
Hirschmann et al.['351.das cyclische Hexapeptid 38 zu entwerfen und zu synthetisieren. 38 enthalt zwar nur zwei der in
30 vorhandenen 14 Arninosauren, ist aber 50- bis lOOrnal
wirksarner als das Hormon 30. Es 1st interessant, daR der
Ersatz von €'he6 und Phe" in 30 durch eine Cystin-Briicke
ein Analogon ergibt, das wirksarner 1st als SRIF selbst: Rivier und Vale hatten nlrnlich gezeigt, daB der Austausch von
Phe' oder von Phe" einen Aktivitatsverlust von 97-99%
bedingt. Dieses Paradoxon lief3 verrnuten, daI3 die beiden
1316
Die Wissenschaftler gingen dabei von einer scharfsinnigen
Strukturanalyse[137b1 des Cholecystokinin-Antagonisten
Asperlicin 421137c1
aus, einer Leitstruktur die beirn Screening
von Pilzrnetaboliten gefunden worden war. Sie folgerten.
daB eine Verbindung, in der die Strukturelernente von
Diazepam und D-Tryptophan kornbiniert sind, an den CCK-
Rezeptor binden konnte. Der Erfolg mit 40a gab ihnen
recht. Die strukturellen Ahnlichkeiten zwischen CCK 41 und
Gastrin 43 ermoglichten es ihnen erfreulicherweise, daraufhin auch selektive Gastrin-Antagonisten'1381 vom Typ
4 0 b zu entwerfen und zu synthetisieren. Es scheint ein wichtiges und allgemein giiltiges Konzept zu sein. da13 zwei Hormone oder Neurotransmitter rnit ihnlicher Struktur wahrscheinlich auch Chnliche Rezeptoren haben (vgl. dazu auch
Abschnitt 2.3).
verlust erzielen. (ICso ist die Konzentration eines
Antagonisten. bei der die maximale Wirkung des Agonisten
um 50% herabgesetzt wird.) DuP 753 45. derzeit im klinischen Versuchsstadiurn, 1st oral wirksam und hat keinerlei
agonistische Aktivitlt. Es wird interessant sein. etwas iiber
die klinische Wirkung von Renin-Inhibitoren und von Angiotensin-11-Antagonisten zu erfdhren (vgl. Abb. 6. Abschnitt 4.2) und diese rnit der Wirkungderetablierten Inhibitoren des Angiotensin-Converting-Enzyms (ACE) zu
vergleichen.
Ein weiteres Beispiel einer typischen durch Screening gefundenen Leitstruktur ist das fungizide Medikament
Ketoconazol 46, das nach Biswonarh et aL1I4I1ein GnRHAntagonist 1st. 44 und 45 enthalten keine Amidbindung, 46
nur eine. Alle Verbindungen sind oral bioverfiigbar. Die Anzahl solcher nicht-peptidischer Antagonisten von Peptidhorrnonen/Neurotransrnittern wlchst stetig.
42
Beim Design von Peptidmirnetica haben viele Arbeitskreise
den
Austausch jeweils einer Amidgruppe durch amidahnR
liche
Gruppierungen
wie die Carbonylrnethylen-lsostere.
I
pGlu~Gly.Pro~Trp.Leu.Glu~Glu~Glu~Glu~Glu~Ala~Tyr~Gly.Trp.Me~As~Phe~NHz
Amine,
Vinylenderivate,
Carbonyldifluorrnethylene und Cy43, R = H,SO,H
clopropan-Isostere untersucht. Eine Stabilisierung der
bioaktiven Konformation durch Cyclisierung[". 14'1 kann
Die Entdeckung von Asperlicin 42 f l l t in den Bereich
ebenfalls zur Kategorie der Modifizierung einer Amidbineines der gegenwiirtig aktivsten Forschungsgebiete der Pepdung gehoren. Durch die ..isostere Methode" gelang es in
tidchernie. der Peptidrnimetica. Treibende Kraft dieser Forder Tat, Verbindungen mit signifikant hoherer Biostabilitit
herzustellen. Hervorragende Beitrage hierzu leisteten Baraschungsrichtung ist der Wunsch nach nicht-peptidischen
ny. Brurlhur!. Coy, Goodman, Hoover, Martin, Morgan, NaVerbindungen. die an Peptid-Rezeptoren binden. jedoch eine
bessere Bioverfiigbarkeit und Biostabilitat und moglichergel, Rich, Rodriguez. Roscn. Saro. Spatola, S x l k e . Tllorsetr.
Wyvratr und andere. Eine Ubersicht stammt von Spa~oweise eine hohere Selektivitat als endogene oder synthetische
la[1431.
Die Methode des Austausches isosterer Gruppen lil3t
Peptidliganden aufweisen.
irn allgemeinen bei einern neuen Peptid keine Vorhersage zu.
Peptidmimetica konnen entweder durch umfangreiches
welche spezielle Peptidbindung durch welche rnimetische
Screening von chemischen Verbindungen aus ProbesammGruppe ersetzt werden kann. Nur wenige aktive Verbindunlungen von Bakterienkulturen oder von Pilz-Metaboliten
gen, in denen mehr als zwei Arnidgruppen ersetzt wurden,
etc. entdeckt oder durch Design entwickelt werden. Zu den
sind bekannt.
peptidrnimetischen Verbindungen, die durch Screening entEin komplernentirer Ansatz ist das Design neuer Geriistdeckt wurden, gehoren das bereits erwihnte Pilzprodukt
strukturen. So beschrieben Nagai und Sato['44a1
die SyntheAsperlicin 42 und Verbindungen aus Probesammlungen. z. B.
1-Benzylimidazole wie S-8308 44. das nach Furukawa et
se eines bicyclischen Dipeptidderivats 47. das die i- und
a1.[1391ein Angiotensin-11-Antagonist ist. Chiu, Duncia, Tim( i + 1)-Position eines P-Turns rnodelliert, ohne dal3 an diesen
Positionen Seitenketten eingebaut sind. Die Verbindungen
mermans et al.[1401bei du Pont untersuchten diese typische
47 52 enthalten jedoch die funktionellen Gruppen. um sie
peptidrnirnetische Testverbindung in einer Reihe bedeutender rnedizinisch-chemischer Studien und konnten eine verbesserte Wirksamkeit (IC5,, irn nM-Bereich) ohne Spezifitlts-
CI
-yNLOH
47
44
48
45
49
46
50
als 0-Turn-Mirnetica in antiparallele P-Faltblatter einzuverwendete den starren Tricyclus 48 sobauen. Feigcd[144b]
wie das Biphenylderivat 49. um einen p-Turn zu simulieren.
1317
dies wiederuni ohne Einbau von Seitenketten. Entsprechend
synthetisierten Kemp et al.[iJsldie rnirnetische Verbindung
50. Olson et a1.1146151 und Kuhri et al.[1471
52. Sowohl 51 als
auch 52 enthiilten einen Phenylrest als Seitenkette.
51
52
Hirsclimann. Nicoluou et al.[iJxlberichteten iiber das Design der peptidrnirnetischen Verbindung 53. in der ein b-Turn
durch ein p-r)-Glucosegeriist ersetzt wurde, das die drei kritischen Seitenketten ( i . i + 1 und i + 2) des P-Turns eines
hochaktiven cyclischen Hexapeptid-Analogons 38 von SRIF
enthilt. RcGiiic und Ruynor['"l stellten fest, da13 53 an einen
endokrinen (Hypophyen-)SRIF-Rezeptor rnit einern IC,,
von 1 p~ gebunden wird. 53 enthllt jedoch keine Gruppierung fur den Einbau des P-Turn-Mimeticurns in ein Faltblatt. In den Grundziigen lhnelt das Design von 53 dern von
54. das Olsotr et al.['4y"1bei Hoffrnann-LaRoche (Nutley)
etwa zur selben Zeit beschrieben. Sie verkniipften die Seitenketten des tripeptidischen Thyrotropin-Releasing-Horrnons
( T R H ) rnit einern Cyclohexanring. Die Roche-Verbindung
hat keinerlei endokrine Aktivitit. wirkt jedoch. oral verabreicht, bei Tierversuchen gegen eine cognitive Dysfunktion.
In Einklang tlarnit bindet 54 an die schwach affinen TRHRezeptoren irn ZNS. jedoch nicht an die hochaffinen c d o krincv Rezeptoren irn hypophysiren Bereich des Starnrnhirns J9b1.
'
/
Ph
53
54
Es mu13 nicht extra erwihnt werden, dafl Biologen sowie
Organiker wlhrend der letzten vierzig Jahre durch die Fortschritte auf ihren jeweiligen Forschungsgebieten Beitrlge zu
den biornedizinischen Wissenschaften geleistet haben. Hier
moge der Hinweis geniigen. dan Strukturbestirnrnung und
Totalsynthese von Steroid- und Peptidhorrnonen ohne vorherige Isolierung dieser Molekiile nicht rnoglich gewesen wiren. und dan die Isolierung hiufig von hiologisthcw Tests
geleitet wurde. Biologen haben also den Grundstein fur einige der grol3eri Errungenschaften in der Naturstoffsynthese
durch Cherni ker wie Corc,j,. DunisliclfSkj,, ciir Vigncmrrd,
Esciicwmosc~r. M/: S. Johnson, Kishi. Musurnune, Stork und
Woocilt~~rd
gelegt. Diese Cherniker wiederurn haben durch
ihren starken EinfluD auf Synthesernethoden und strukturel1318
le Konzepte dazu beigetragen. die Voraussetzungen fur viele
der in diesern Aufsatz erwahnten Leistungen in der Medizinischen Chernie zu schaffen. Durch die Verleihung des NobelPreises 1990 an Corej.[isolwurde auch die Bedeutung chemischer Methodik und Synthese fur die biornedizinischen
Wissenschaften gewiirdigt.
Die spektakullren und Technologie-intensiven Errungenschaften der jiingsten Vergangenheit sollten uns nicht die
weiter zuriickliegenden. auflerordentlichen Leistungen von
Wissenschaftlern vergessen lassen, die sehr kornplizierte Problerne ohne rnoderne Techniken losen konnten. Viele Beispiele hierfiir finden sich in Frutoris Aufsitzen. aus denen das
Zusarnrnenspiel zwischen Biologie und Chernie in der Zeit
von 1800 bis 1950 hervorgeht" 'I1. Man betrachte beispielsweise die Aufklirung der rnolekularen Grundlage der
Sichelzellenanimie. Schon 1910 hatte Junies B. Hi,rric.k['
irgendeinen Zusarnrnenhang zwischen der Krankheit und einer eigenartigen. verlingerten Form der roten Blutkorperchen verrnutet. 1949 beobachtete Litius Puuliti,y[is 3 1 einen
Unterschied in der elektrophoretischen Beweglichkeit zwischen norrnalern und Sichelzellen-Hirnoglobin und fiihrte
dies auf Unterschiede in den ionisierbaren Gruppen zuriick.
1957 schlienlich fand K M . I i ~ g r u n i [eine
' ~ ~Erklirung
~
auf
rnolekularer Ebene. indern er die Trypsin-Verdauung von
norrnalern und anornalern Hirnoglobin verglich : Von nahezu 300 Arninosiuren 1st eine einzige Glutaminsiure durch
Valin ersetzt - eine Entdeckung. die ihrer Zeit weit voraus
war.
4. Die Entdeckung von Medikarnenten irn
Goldenen Zeitalter der Biologie
Es ist wiinschenswert. den Begriff .,Medikarnent" irn hier
verwendeten Sinne zu definieren. Aktivitit in relevanten invitro- und in-vivo-Tests bedeutet nicht. dafl eine Verbindung
ein Medikament ist. Ein Medikarnent ist eine Substanz. die
durch eine staatliche Stelle in einern Land rnit einem hohen
rnedizinischen Standard zugelassen wird. Manch eine vielversprechende Verbindung hat in Sicherheitsstudien oder in
der Klinik wegen zu geringer Bioverfiigbarkeit. 7u schneller
Metabolisierung oder wegen je nach Spezies unterschiedlicher Wirkung etc. versagt. Eine aktive Verbindung zu entdecken, 1st relativ eincdch, ein wichtiges neues Medikarnent
zu entdecken. bleibt weiterhin unglaublich schwierig.
Die hochinteressanten neueren Entwicklungen in der Rezeptor-Forschung, die nachfolgend erortert werden sollen.
wurden durch zwei bedeutende Entdeckungen errnoglicht,
die 1953 die neue Ara der Biologie einleiteten. Es war das
Jahr. in dern Junic1.s D . Wursorr und Fruiicis Crick die Doppelhelix-Struktur der DNA postulierten und ferner die Theorie
aufstellten, dal3 die Sequenz der Nucleotideinheiten in der
DNA eine codierte genetische Information trigt. Es war
auch das Jahr. in dern Fridcrick Snngcr die Struktur des
Insulins aufklirte. Diese beiden Entdeckungen legten nahe['"], da13 ein Zusammenhang zwischen Nucleotid- und
Peptidsequenz besteht. Innerhalb eines Jahrzehnts fiihrte
dies dazu. dal3 man die genetischen Code-Worter verstehen
konnte. welche die Arninosiuresequenz von Proteinen bestirnrnen. Sornit erwies sich die Entdeckung der DNA-Doppelhelix-Struktur als revolutionires Ereignis in dcr Biologie,
das die gesamte biomedizinische Forschung entscheidend
belebte.
Die Bedeutung der Doppelhelix fur die biomedizinischen
Wissenschaften kann gar nicht genugend hervorgehoben
werden. Die Entdeckung der Doppelhelix war vor allem ein
Werk der physikalisch-chemisch orientierten Naturwissenschaften. Welche Rolle die Rontgenstrukturanalyse. die chemische Analyse (die Informationen uber das Verhiltnis der
DNA-Bestandteile lieferte) und das chemische Konzept der
Komplementaritit dabei spielten. ist bekannt. Eine weitere
Rolle kam den Biochemikern zu. bevor die Biotechnologie
zum Zuge kommen konnte. Sie entdeckten viele der Enzyme,
die heute fur die Praxis der Gentechnologie selbstverstandlich sind. wie Restriktions-Endonucleasen. Ligasen. Polymerasen. Transkriptasen und Reverse Transkriptasen. Entsprechend lieferten Chemiker die Methoden zur Mikrosequenzanalyse von Peptiden und Proteinen und zur Synthese von Nucleinsiiren. Diese Verfahren werden heute alle als
selbstverstindlich hingenommen. Ich zogere aber nicht
zu sagen. dalj die Molekularbiologen auf dem besten Wege
sind. fur die von biologisch orientierten Chemikern entwikkelten Methoden Gegenleistungen zu erbringen : Molekularbiologen haben Moglichkeiten geschaffen. die die medizinisch orientierten Chemiker gerade erst zu nutzen beginnen.
Als Illustration sei genannt. dalj die Biotechnologie die Entdeckung und die Synthese von Proteinen, z. B. Rezeptoren
und deren Unterklassen, erleichtert.
4.1. Komplementaritat und rationales Design
von Medikamenten
Der Begriff Komplernenturitut, der gleichbedeutend ist mit
molekularer Erkennung. wurde hier bereits zweimal verwendet. Wie Arnrtt. Hurvej. und R o . ~ c ~ [kurzlich
' ~ " ~ betonten
... . .molecular recognition has become one of the most evocative buzz terms in the chemistry of the late 1980s, with
enzymes as the model of perfection for catalytic efficiency
and specificity". Die Autoren fuhren als nachstes Enzymmimetica als Beispiele des Designs von kunstlichen Rezeptoren
an. wie Pederwns und Crams Kronenether, Lehns Cryptanden. Breslorvs Cyclodextrine und Reheks Hohlraummolekule. Stark vereinfacht ist molekulare Erkennung das,
worum sich Biochemie und Bioorganische Chemie im wesentlichen drehen. Deshalb erscheinen mir die FiIle besonders bemerkenswert, bei denen molekulare Erkennung keine
Rolle spielt. Es besteht sogar Grund zur Annahrne, dal3 das
Konzept der Koniplementaritit uns in nicht allzu ferner Zukunft vorhersagen lil3t. daB ein bestimmtes Gen durch ein
ganz bestimmtes Protein reguliert werden kann; dies sollte
durch die Analyse der Daten gelingen, welche die Polymerase-Kettenreaktion liefert.
Ein weiteres beliebtes und moglicherweise iiberstrapaziertes Schlagwort ist rationales Design von Medikamentm. Von
Patchett stammt eine sehr nutzliche Unterscheidung zwischen rationaler Entdeckung und rationalern Design von
Medikarnenten. Wie in diesem Aufsatz wiederholt gezeigt
wird, spielt das Suchtestverfahren. hiufig als Antithese einer
rationalen Vorgehensweise betrachtet, fur die Entdeckung
von Medikamenten weiterhin eine wesentliche Rolle. Auf der
anderen Seite 1st die Identifizierung der Zielrnolekule wie
Enzyme, Rezeptoren, Transportproteine etc. fur solche
Screenings jetzt wesentlich mechanismusorientierter, technisch ausgereifter und damit ..rationaler". Zusitzlich hat die
Einfuhrung von Rezeptor-Verdrangungstests die Moglichkeiten der Suchtestverfahren enorm erweitert. Mischungen
von Mikroben- und Pilzprodukten konnen heute genauso
schnell auf ZNS-Aktivitit oder Entzundungshemmung getestet werden. wie dies vor vierzig Jahren fur den alleinigen
Zweck, neue Antibiotica zu entdecken. moglich war. Eine
andere neue. sehr wertvolle Entwicklung beruht auf der
Fihigkeit von Chemikern und Molekularbiologen. in kurzer
Zeit umfangreiche Polypeptid- und Polynucleotid-Bibliotheken zusammenzustellen. Fur den schnellen Zugriff gibt es
ausgereifte Methoden. Es bleibt die Aufgabe der Medizinischen Chemie. aus Suchtestverfahren erhaltene Leitstrukturen derart zu modifizieren. dal3 Kandidaten fur klinische
Untersuchungen erhalten werden. Hierfur sind computergestutzte Molecular-Modeling-Techniken von enormem
Nutzen.
Ein typisches Beispiel der rationalen Etitdeckung von Medikamenten ist die Beobachtung von D. Wood (1940). dalJ
die durch Sulfonamide bewirkte Hemmung des Bakterienwachstums durch p-Aminobenzoesiure kompetitiv aufgehoben werden kann. Diese Beobachtung bewies. dal3p-Aminobenzoesiure ein Wachstumsfaktor 1st und fuhrte zur
Synthese vieler strukturell verwandter Antimetaboliten. Das
1947 von S i q y r . Smith und Hultyuist synthetisierte Aminopterin (4-Aminopteroylglutaminsiure), ein Antimetabolit
der Folsaure. deren Struktur gerade erst aufgeklirt worden
war. sei als weiteres Beispiel der rationalen Entdeckung von
Medikamenten genannt. Splter fand man, daB Aminopterin
das Wachstum bestimmter Tumoren inhibieren kann. Die
Synthese von Methyldopa. einem der am haufigsten verschriebenen Antihypertensiva der letzten vierzig Jahre illustriert sowohl die gut begrundete Auswahl einer Verbindung
als Syntheseziel durch Pfivter und Stein als auch den bewul3ten Einsatz von Testreihen durch Udenfriond und
S'oerdsrnu am NIH. Viele der hier zitierten Analoga von
Steroid- und Peptidhormonen dienen als weitere Beispiele.
Das rationale Design von Medikamenten impliziert dagegen. dal3 das Zielobjekt Enzym oder Rezeptor in struktureller und mechanistischer Hinsicht ausreichend detailliert
charakterisiert worden 1st. Ein Chemiker mul3 diese Informationen verwenden konnen, um eine Leitstruktur fur Suchtests zu perfektionieren. oder urn Molekule de novo zu entwerfen, die ausschlieBlich an das Zielprotein binden und
dieses inhibieren (oder aktivieren). Ein derartiges Design,
welches sich lediglich auf strukturelle Informationen uber
das Makromolekul stutzt. ist bisher nicht realisiert worden.
sondern noch ein zukiinftiges Ziel. Forschungsleiter der
pharmazeutischen Industrie, die dafur zu sorgen haben, dal3
stindig ein ausreichendes Reservoir an Produkt-Kandidaten
vorhanden ist, investieren daher nur wenig in das de-novoDesign von Verbindungen.
4.2. Enzym-Inhibitoren
Enzym-Inhibitoren sind das Gebiet der Medizinischen
Chemie, auf welchem die Entdeckung von Medikamenten
auf dem Weg des rationalen Designs am weitesten fortgeschritten ist. Untersuchungen in Arbeitskreisen wie denen
von Aheles. Benkovic. Bloch. Bruice. Cleland, Fersht. Jencks,
1319
Knorch~s.Rosc.. Sunti. Walsh und Wcstheimer haben unser
Verstlndnis tler Enzymmechanismen enorm erweitert. Eine
zentrale Stellung nimmt das Konzept ein. daB ein Enzym
reaktionsbeschleunigend wirken kann. indem es die Energie
des Ubergangszustandes der zu katalysierenden Reaktion
senkt. Das Design von Enzym-Inhibitoren war erfolgreicher
als das von Hormon-Antagonisten, weil man bei EnzymInhibitoren das Konzept des Ubergangszustand-Analogons
(TSA) nutzen kann. Pauling beschrieb die Anwendung des
TSA-Konzepts auf das Design von Enzym-Inhibitoren vor
mehr als vierzig J a h r e ~ ~ ' ' ~..This
' ~ : picture of the nature of
enzymes ma) well make us optimistic about the future of
chemotherapeutics. for it predicts that for every enzyme,. . .
it would be possible to find an inhibiting molecule that is
more closely complementary in structure to the enzyme than
is the substrate itself. and which would accordingly be an
effective inhibitor. The picture even presents us with ideas as
to the nature of substances that would be effective inhibitors they should resemble the activated complex."
Wo1fi.nrk.n.der die Bedeutung von Paulings Thesen erkannte. hat ihre vielversprechenden Moglichkeiten erfolgreich erforscht. Byers und Wolfi.ndenwiesen darauf bin" s81.
daB ,.unusual potency is expected of inhibitors bearing a
structural resemblance to chemically activated intermediates
in catalysis or incorporating the binding characteristics of
several reactants in a single inhibitor molecule."
Wolfendm entwarf und synthetisierte (R)-2-Benzylbernsteinslure. die sich als wirksamer Inhibitor von Carboxypeptidase A erwics. Daraus schloB er, daB der Inhibitor der Gesamtheit der Substrate fur die Ruckreaktion gleicht, d. h. der
Gesamtheit der Produkte. Das Konzept der Gesamtheit der
Substrate untl Produkte und das TSA-Konzept haben sich
als auBerordentlich nutzlich fur die Entdeckung wirksamer
Enzym-Inhibitoren herausgestellt. Beispiele wirksamer
TSA-Inhibitoren von Enzymen schlieBen das Fermentationsprodukt Pepstatin (siehe unten) und phosphorhaltige
Inhibitoren ein, die von zahlreichen Arbeitskreisen beschrieben wurden. darunter denen von Bartlctt. Patcherr und
Thorsrlt, Porroghesc sowie Petrillo und Wulsh.
Das Design von Captopril 55 und Enalapril 56. Inhibitoren des Angiotensin-Converting-Enzyms(ACE), 1st der bisher beachtlichste Beitrag des Pauling-Wolfenden-Konzepts
fur die medizinische Praxis. Diese ACE-Hemmer haben die
0
II
HSCH2-CH(CH3)-C.Pro-OH
55
0
It
C6H,CHzCHzCH(COZEt)-NHCH(CH3)-C-Pro-OH
56
Behandlung \.on Bluthochdruck und Herzinsuffizienz revolutioniert und weltweite Forschungsarbeiten stimuliert.
Hierzu gehorten die Isolierung des biologisch inaktiven Decapeptids Angiotensin I (Abb. 6) in Cleveland und die des
stark blutdrucksteigernden Octapeptids Angiotensin 11. Das
Enzym ACE kann in Slugetieren Angiotensin I in Angiotensin I1 ~ m w a n d e l n [(Abb.
l ~ ~ ~6).
Mediziner an einer brasilianischen Universitlt entdeckten
in Schlangengift eine Reihe von Peptiden. welche die hypotensive Flhigkeit des Plasma-Nonapeptids Bradykinin ver~ t l r k e n ' ~ ~indem
'].
sie Kininase I inhibieren. Zwischen diesen scheinbar unzusammenhlngenden Untersuchungen in
Cleveland und Sudamerika wurde eine Beziehung herge1320
stellt. als ACE von Biochemikern an der Tulane University
und am Albert Einstein College of Medicine gereinigt und
charakterisiert wurde. und als Untersuchungen an amerikanischen. brasilianischen und britischen Universitlten zeigten, daB ACE identisch mit Kininase I1 ist und sowohl das
blutdrucksenkende Bradykinin als auch Angiotensin I spaltet. wobei das blutdrucksteigernde Angiotensin I1 entsteht
(Abb. 6).
-
blockmrt durch
ACE-lnhtbiloren
Rmn
Angiotensin I
blockiert durch
Rerun-1nhibttor.n
Bradykinin
-
-
blockmrl d u d
ACE-Inhibitor.,
ACE
H.Ay-Aq-Vat-Tyr-ile-His-Pm-Phe
Angiotensin I1
ACE
.OH
H.Aq-Pm.Pro-Gly-Phe.OH
+
H e r -pro.OH
blockierl durch
Angiotensm-11Antagonisten
Abb 6. ACE-lnhibitoren. LU denen auch die Peptide gehoren. welche die Wirksamkeit v o n Bradykinin steigern. hemmen die Bildung des blutdrucksteigernden Angiotensins I I . Sie blockieren weiterhin die Metabolisierung von Bradykinin. einem hypotensiv wirkenden Peptid. Die Pfeile reigen die Stellen an. an
denen die eniymatische Spaltung stattfinder. Renin-Inhibitoren hemmen die
Bildung von Angiotensin I und damil indirekr auch von Angiotensin 1 1 .
Fruhe Studien durch Skeggs legten nahe, daD ACE eine
Metalloprotease 1st. Ferreira und Rocha Siha sowie Erdtjs
und Whales hatten daher Thiole eingesetzt, um die Wirkung
von Bradykinin zu steigern. Ein wesentlicher Fortschritt war
es, als Lipscomb et al. die Gruppen der oben erwihnten Carboxypeptidase A genau identifizieren konnten, die direkt mit
Zink(rr) wechselwirken. Ondetri, Citshman et al.[*601bei
Squibb. die die Relevanz des von Wol/i.nden synthetisierten
Carboxypeptidase-A-Inhibitorsfur das Design eines Inhibitors der Carboxydipeptidase ACE erkannten und von den
Schlangengift-Inhibitoren mit ihren C-terminalen Prolingruppen wuBten. entwarfen und synthetisierten daraufhin
Captopril 55 und wiesen seine blutdrucksenkende Wirkung
in Tieren nach. Fur die Behandlung von Bluthochdruck war
dies der Beginn einer neuen Ara. Die Nebenwirkungen. die
bei wenigen Patienten nach Verabreichung von Captopril
festgestellt wurden, z. B. Hautausschlag oder Geschmacksverlust, erinnerten an die Nebenwirkungen von Penicillamin.
so daD es sinnvoll schien. sie den in 55 und in Penicillamin
vorhandenen Mercaptogruppen zuzuschreiben. Weltweite
Anstrengungen folgten, um ein Mercaptomimeticum zu finden, das Zink-Ionen genauso gut bindet wie die Mercaptogruppe, ohne daB dabei die orale Bioverfugbarkeit leidet.
Solch ein Mimeticum wurde zwar nicht gefunden, jedoch
bekamen Patchert et al. dieses Problem mit vie1 Raffinesse in
den Griff. Sie nahmen den teilweisen Verlust an Wirksamkeit
hin (um drei GroBenordnungen), der aus dem Austausch der
Mercapto- durch eine Carboxygruppe resultierte, konnten
A n g m Chwi 103 ( 1 9 9 1 ) 1305- 1330
jedoch die Wirksamkeit wieder steigern (urn drei Grol3enordnungen), indem sie eine Phenethylgruppe einbauten, die
vermutlich die S,-Bindungsstelle erkennt. Bildung des
Monoesters ergab die Vorstufe des Medikaments 56, das eine
gute Bioverfiigbarkeit aufweistl'"I.
Alles in allem veranschaulicht das ACE-Beispiel sehr
schon die erfolgreiche internationale Interaktion zwischen
Chemikern. Biochemikern, Rontgenkristallographen und
Biologen an Hochschulen und in der Industrie. Es ist eines
der zahllosen Beispiele dufur. iluJ xeierlei unhedingt notwendig is1 : liocliwer~ige.Iung\ri.stige Grimrllugen~~rschung
durch
und die Fuhigkeit der Incinzelne Hochsdiitl- Wi.s.srti.sclic~~iler
dustrie. durcli ihre gleichrungige Forschungsurheit diese
Grundlager!fbrsc,hungin Proilukte von .so:ialem Wert umzusetZen.
Instruktiv ist der vollig andere klinische Status von ReninInhibitoren. Renin 1st eine in Siiugetieren vorkommende
Aspartat-Protease, die das Protein Angiotensinogen zu Angiotensin I spaltet (Abb. 6 ) . Wie zu erwarten, wirken ReninInhibitoren blutdrucksenkend. An der Hochschule und in
der Industrie war die Suche nach Renin-Inhibitoren von hervorragender Qualitat. Von fundamentaler Bedeutung war
dabei eine Erkenntnis, zu der die Arbeitskreise von Marcinisz j . n I L h 2 ] Murshu1/[1631
.
und Rich['b41etwa gleichzeitig kamen. namlich dal3 Statin [( 3S,4S)-4-Amino-3-hydroxy-6-methylheptansiiure (Sta)] in Inhibitoren der Aspartat-Protease
von Saugetieren, beispielsweise in Pepstatin. als ein Ubergangszustands-Bioisoster fungiert. Boger et al.11651
erkannten, dal3 der Statinrest eine Dipeptideinheit ersetzt. Medizinisch orientierten Chemikern zahlreicher Arbeitskreise
gelangen daraufhin Design und Synthese einer Reihe wirksamer Inhibitoren des Htrmun-Renins. Bis heute wurde jedoch
kein Renin-Inhibitor zugelassen, da das Doppelproblem der
oralen Bioverfiigbarkeit und einer adaquaten biologischen
Halbwertszeit bisher nicht gelost wurde. Dies erinnert uns
daran. daO die Binverfiigbarkeit selbst heute noch ein gewaltiges Hindernis fur die Entdeckung von Medikamenten sein
kann.
Das Design von ,.mechanism based"-Enzym-Inhibitoren["'] 1st eine intellektuell hochbefriedigende Leistung und
geht auf die Pionierarbeiten von Bloch, Aheles, Rando und
Wulsh zuriick. Im allgemeinen, aber nicht notwendigerweise,
werden diese Inhibitoren kovalent gebunden. Zwei solcher
Inhibitoren gehoren seit kurzem zu den Medikamenten, d. h.
sie sind fur die therapeutische Verwendung zugelassen. Der
eine ist Vigabatim 57. ein selektiver, enzymaktivierter, irreversibler Inhibitor der GABA-Transaminase. der zur Behandlung von Epilepsie eingesetzt wird, der andere 1st Ornidyl 58, der zur Behandlung der Schlafkrankheit verwendet
5. Welche Dienste hat uns die Chemie
in neuerer Zeit erwiesen?
Ich werde mich darauf beschriinken, die wihrend der letzten zwanzig Jahre entdeckten Verbindungen der ,,ersten Generation" zu nennen, die haufig als bahnbrechend fur die
Therapie betrachtet werden.
1 ) In Abschnitt 4.2 habe ich bereits die Entdeckung von
Captopril 55 und den neuartigen biochemischen Mechanismus der Blutdrucksenkung erwihnt. Captopril ermoglicht
eine effektive Therapie eines signifikant breiter gefacherten
Patientenstammes als friiher verwendete Antihypertensiva,
was nahelegt. daR es nach einem grundlegenden pathophysiologischen Mechanismus wirkt. Wegen seiner relativ wenigen Nebenwirkungen und seiner Fahigkeit, die Haufigkeit
von Schlaganfillen und Herzanfillen zu verringern, bedeutet
seine Entdeckung einen enormen Fortschritt fur die Medizin.
2) GleichermaRen bedeutend waren Isolierung sowie chemische und biochemische Charakterisierung des PilzmetaboIiten Lovastatin 18a durch Alberts. Patchel[, Monughan,
Albers-Schiinherg et al.131"1.Dieser Inhibitor der HMGCoA-Reduktase hemmt die Bildung von Mevalonat. der
ersten Zwischenstufe der Cholesterin-Biosynthese, aus 3-Hydroxy-3-methylglutaryl-CoenzymA (HMG-CoA). Von Bedeutung ist, dal3 Lovastatin den Cholesterinspiegel im Plasma drastisch senkt. Mit dem Low-Density-Lipoprotein
(LDL) assoziiertes Cholesterin ist der pathogene Hauptfaktor fur Atherosklerose. die Hauptvoraussetzung der koronaren Herzerkrankung (CHD: coronary heart diesease). Eine
Abnahme des LDL-Cholesterinspiegels urn 1 /o' vermindert
das CHD-Risiko um 2%. Lovastatin war der erste EnzymInhibitor dieser Art, der von einer staatlichen Stelle zugelassen wurde. Interessanterweise konnten Brown und Goldstein
et al. zeigen, daR 18b indirekt wirkt. indem es auf dern
Transkriptionsniveau die Synthese der LDL-CholesterinRezeptoren ~ t i m u l i e r t [bl.~ ' Das um ein Methylgruppe armere Mevastatin 18 b (Compactin) war schon friiher von
Endo et al.11671
bei Sankyo beschrieben worden, die vom
gleichen biochemischen Prinzip ausgingen. Bei Mevastatin
hatten sich jedoch Schwierigkeiten bei der Sicherheitsbeurteilung ergeben, was uns nochmals daran erinnert. dal3
der Weg von einer in vitro und in vivo aktiven Verbindung zu
einem zugelassenen Medikament sehr unsicher und langwierig ist.
3 ) Die Entdeckung von Cimetidin 59 bei S K F (GB) zur
sicheren Behandlung von Zwolffingerdarm- und MagengeMe
\
n
59
wird. Er wirkt dadurch , dal3 er die Enzyme blockiert, die die
Bildung der Peptide und damit die Vermehrung der Trypanosomen katalysieren, die durch die Tsetse-Fliege iibertragen
werden. Weiterhin wurde bei einigen Medikamenten
nachtriglich erkannt, daR sie zur Kategorie der Enzym-Inhibitoren gehoren, die iiber den Reaktionsmechanismus wirken" '61.
schwiiren bildete den Hohepunkt der Suche nach Verbindungen, die den Histamin-Rezeptor vom Subtyp (H,) blockieren. der an der Magensauresekretion beteiligt ist. Seine
Entdeckung durch
und Ganellin[168b1,
einen
Pharmakologen bzw. einen Cherniker. orientierte sich an
den Prototypen Burimamid und Metiamid, die zuvor vom
gleichen Team gefunden worden waren. Cimetidin verringert
die Morbiditat durch die Geschwure, die Schmerzen und die
1321
Notwendigkeit teurer Krankenhausaufenthalte erheblich.
Somit sind Cimetidin und die Verbindungen der zweiten Generation sowohl fur den Patienten als auch fur die Gesellschaft von groBem Nutzen. Black wurde fur seinen Teil bei
der Entdeckung von Cimetidin und fur den bereits fruher
von ihm entdeckten P-adrenergenen Blocker Propranolol
1988 mit dem Nobel-Preis ausgezeichnet.
4) Synthetische P-Blocker werden seit langem als kardiovaskular wirkende Medikamente eingesetzt. Die spltere Entdeckung. da13 einer darunter, Timolol 60[16y1,
der von Wasson et al. bei Merck (Kanada) synthetisiert wurde. ein
sicheres und wirksames Mittel fur die auBerliche Behandlung
von Glauconien ist. war ein weiterer Durchbruch in der Therapie. Die Verbindung hat die Erwartung, die Behandlung
des Weitwinkelglaucoms zu revolutionieren, erfullt : Sie verlangsamt das Fortschreiten der Krankheit.
das ebenfalls durch Suchtestverfahren an Pilzmetaboliten
entdeckt wurde. Obwohl die Verbindung noch nicht fur therapeutische Zwecke zugelassen wurde. sol1 sie hier diskutiert
werden. Sowohl 62 als auch 63 inhibieren die durch T-ZellRezeptoren vermittelte T-Zell-Aktivierung und hemmen auf
zellullrer Ebene bemerkenswert lhnliche Schritte der
Signalubertragung. Mit beiden sollten sich eine Reihe von
Krankheiten mit immunologischer Atiologie erfolgreich behandeln lassen; deshalb wird intensiv versucht. sichere Analoga zu finden und biochemische Mechanismen zu identifizieren. Beide Immunsuppressiva wurden auch synthetiSiertl' 74. 1 7 5 1
62
60
\
5 ) Die Entdeckung von Acyclovir 61, eines gegen Herpes
wirksamen Medikamentes, durch Schaefer, Elion et a1.l' 70a1
an den Wellcome Research Laboratories (USA) stellte einen
wirksamen Inhibitor der Replikation des Herpes-simplexVirus bereit. Acyclovir ist die Vorstufe eine Medikamentes.
die nur durch die virale Thymidin-Kinase, nicht jedoch
durch die Human-Thymidin-Kinase, an der primlren Hydroxygruppe phosphoryliert wird. Das Triphosphat, das aus
diesem Monophosphat durch Enzyme der Wirtszelle gebildet wird, hernmt die virale DNA-Polymerase effektiver als
die Polymerase der Wirtszelle. Diese doppelte Spezifitat garantiert offensichtlich einen gunstigen T. I. Die Entdeckung
von Acyclovir baute auf den fruheren Antimetabolit-Untersuchungen von Elion und Hilchings auf. die dafur 1988 mit
dem Nobel-Preis ausgezeichnet wurden" 7 0 b - d 1 .
0
61
6) Der Pilzmetabolit Cyclosporin 62[17'.]'71
hat die
Uberlebensquote nach Organ- und Knochenmarktransplantationen erheblich vergroBert, da er die Wdhrscheinlichkeit
einer durch T-Zellen ausgelosten, schnell eintretenden Abstolhng drastisch verringert. Dieses cyclische Peptid, das
von Riiegger et al. bei Sandoz (Basel) isoliert und chemisch
charakterisiert wurde, gilt an einer wachsenden Zahl von
Behandlungszentren weltweit als immunsuppressives Mittel
der Wahl.
Spater wurde ein weiteres wirksames Immunsuppressivum, Fujisawas FK-506 63, von Tunaku et al.['731isoliert
und charakterisiert. 63 1st ein 23-gliedriges Macrolidlacton,
1322
63
Cyclophilin wurde als ein Rezeptor fur Cyclosporin nachgewiesen[I7'l. T'kalzashi et al.['77a1und (7. Fischer et al." 7 7 h 1
fanden. daB Cyclophilin eine Peptidyl-Prolyl-cis/trrms-Isomerase ist. Fischer et al. konnten dieses Enzym als erste
Schrei!~er['~'~
i s ~ l i e r e n [ ' ~ ' 'es
~ ;wird auch von Harrison[17s1,
und Walsh et a1.11801
untersucht. Durch Synthese von Cyclosporin-Analoga versuchen die Arbeitskreise von Rich[I8l a ]
und Siga11'81b1
zu kllren, inwiefern dieser Rezeptor fur die
immunsuppressive Aktivitat von Cyclosporin relevant 1st.
Interessanterweise handelt es sich bei FKBP, einem FK-506bindenden Protein, das von Siekierka et al.[1821,Schreiher
et al.['831
und Tropschug et al.[184iuntersucht wird. ebenfak
urn eine Prolin-Isomerase. Cyclosporin hemmt die Isomerase-Aktivitit von Cyclophilin, FK-506 die von FKBP.
Diese inhibitorische Aktivitat scheint jedoch die immunsuppressive W i r k ~ n g [ ' ~ ~dieser
" , Verbindungen nicht vollig zu
erkllren. Vor kurzem untersuchten Moore et al.['83d1und
Michnick et al.1183e1
die Struktur von FKBP in Losung. Van
D u y e et al.12401gelang es. die Struktur des FKBP/FK-506Komplexes rontgenstrukturanalytisch aufzuklaren. Hierdurch wurde gezeigt, daB die Konformation von freiem FK506 (die bereits bekannt war['731),erheblich von der des
gebundenen FK-506 abwich. Zusammen verdeutlichen diese
Studien in besonderem MaBe die Moglichkeiten der Chemie,
sich mit Problemen auseinanderzusetzen. die fur die Biologie
und Medizin von groBter Bedeutung sind.
AnRrti. Chmi. 103 i l Y 9 I J 1305 1330
7) Die Menschheit profitiert auch enorm von den bei
Merck[’8s1entdeckten Avermectinen. Diese wurden aus einer Fliissigkeit isoliert. die von einer Streptomyces-Kultur
gebildet wurde. welche von einer Actinomycetenkultur des
Kitasato-Instituts abstammte. Die Avermectine bilden eine
Verbindungsgruppe mit einem breiten Wirkungsspektrum
gegen Parasiten. Chemisch sind sie mit den Milbemycinen
verwandt, die bereits friiher bei Sankyo entdeckt worden
waren, als man nach Fermentationsprodukten rnit Pestizidwirkung suchte. Die Forschung bei Merck umfaljte Fermentation und Isolierung von Verbindungen. Strukturbestimmung. Parasitologie und synthetische Organische Chemie.
Unter der Leitung von Chuhalu. M . H . Fischer und Mroiik
war ein weiterer Hohepunkt dieser Forschung die beachtliche Entdeckung, daJ3 Wirksamkeit sowie T. I . durch die selektive Reduktion der einzigen disubstituierten. isolierten
cis-Doppelbindung der Avermectine A/B verbessert werden
konnten. Diese Reaktion ergibt semisynthetisches 22.23Dihydroavermectin B 64 mit einem geringen Anteil
Dihydroavermectin A. Eine Mischung davon mit vorgeschriebener Zusammensetzung 1st unter dem Narnen Ivermectin bekannt(’”I. Die bei Merck durchgefiihrten Suchtests haben somit zu Verbindungen gefiihrt. die nicht n u r ein
sicheres und wirksames Mittel gegen Endoparasiten wie
Schlauchwiirmer sind. sondern auch gegen Ectoparasiten
wie Zecken. Lause, Milben sowie gegen Insekten.
64
Q
0
:
OH
Am besten ist jedoch die Aussicht, daR diese Verbindungen - iiber ihre Bedeutung fur die Veterinarmedizin hinaus die FluRblindheit ausrotten konnten. eine der meistgefiirchteten Krankheiten in bestimmten Dritte-Welt-Landern.
Allein dies sollte jeden medizinisch orientierten Chemiker
auf seinen Beruf stolz machen, ebenso wie die Tatsache, daJ3
Merck&Co.. Inc. dieses Medikament der Dritten Welt
kostenlos zur Verfiigung stellt.
Chemiker haben in Zusammenarbeit rnit Biologen und
Arzten eine entscheidende Rolle bei diesen Entdeckungen
gespielt. Sie haben durch Isolierung, Design und Synthese
von Verbindungen, durch Synthese von Analoga oder dadurch, daD sie am Entwurf von hochentwickelten und ausgekliigelten Suchtestverfahren mitgewirkt haben, diesen Entdeckungen zum Durchbruch verholfen. Diese Errungenschaften der letzten zwanzig Jahre folgten auf solch friihere
wie die Entdeckung der Antibiotica. Antiasthmatica, Antidepressiva, Antiparkinson-Medikamente, der gegen Psychosen und gegen Tumore eingesetzten Medikamente. der Anxiolytika, Diuretica, Steroide, Peptide und der nichtsteroidalen entziindungshemmenden Mittel. Insgesamt do-
kumentieren diese Entdeckungen einen ununterbrochenen
Dienst fur die Praxis der Medizin sowie einen Dauerrekord
an wissenschaftlichen Leistungen.
6. Zusammenfassung und Ausblick
Es ist sehr verlockend, iiber zukiinftige Entwicklungen zu
spekulieren. obwohl haufig die unerwarteten Entdeckungen
den groBten EinfluB haben. Dennoch mogen gewisse neuere
Entwicklungen Trends andeuten. Ich werde zwei Beispiele
nennen. die das Potential der Molekularbiologie veranschaulichen. den medizinisch orientierten Chemikern neue
Moglichkeiten fur einen Eingriff auf der pathophysiologischen Ebene zu eroffnen. Bis vor kurzem wuRten wir auf
molekularer Ebene nichts iiber Krebs. Entdeckungen[lRblin
den Arbeitskreisen von Weitiherg am MIT. von Scoltiick am
NIH und splter von Sign/. Gihhs und Scolriick bei Merck
haben einen neuen Zugang zur Krebstherapie ermiiglicht.
Diese Forscher bestimmten die Aminosauresequenz von rasProteinen in Tumoren von Menschen und zeigten. wie sich
solche Sequenzen von denen in normalen Proteinen unterscheiden. Sie fanden beispielsweise, daR einc Mutation.
durch welche im p-21-Protein Gly” gegen Val” ausgetauscht wird. zu einer Mutante fiihrt. die normale Dickdarmzellen in maligne transformieren kann. Da sowohl Gly
als auch Pro die *-Helix zerstoren. wurde anhand der Konformationsanalyse v o r a ~ s g e s a g t ~ l daJ3
~ ’ ~ .nur Pro Gly ” ersetzen kann. ohne das normale ras-Gen in ein aktives Onkogen umzuwandeln. Die Ergebnisse befanden sich in guter
Ubereinstimmung rnit diesen Voraussagen. Jedoch zeigte die
Rontgenstrukturanalyse spCter. daf3 eine Zerstorung der
Helix durch G l y L 2hier nicht involviert ist. Weiterhin wurde
von Biochemikern gefunden. daR die p-21 -Proteine monomere G-Proteine sind, Enzyme, die Guanin-Nucleotide binden und G T P zu G D P hydrolysieren[1861.In den onkogenen
Mutanten ist das Verhlltnis von gebundenem GTP/GDP
grol3er als in normalen Proteinen. Dies resultiert entweder
aus einer langsameren enzymatischen Hydrolyse von G T P
durch das transformierte G-Protein oder aus dem haufigeren
Austausch von G D P gegen GTP[IE8.18y1. Auf die eine oder
andere Art bewirken diese defekten molekularen Schalter.
daR die transformierten Zellen in einem unangemessenen
MaR aktiviert werden. Bis jetzt war eine Anwendung dieser
neuen Einsichten nicht moglich. jedoch konnen jetzt neue
Wege ins Auge gefaRt werden. In diesern Zusammenhang ist
besonders interessant. daR vor kurzem festgestellt wurde.
daR das Processing der ras-Proteine rnit der Addition einer
Farnesyleinheit verbunden ist[lyo.
Diese posttranslationale Modifikation ist fur die Membranassoziation
generell sehr wichtig. Bei den monomeren ras-G-Proteinen
scheint solch eine Farnesylierung fur ihre transformierenden
Eigenschaften erforderlich zu sein. Rein et al.[lylbl
konnten
vor kurzem die zur Erkennung einer Peptidsequenz notwendigen Merkmale durch die aus Rattenhirnen isolierte p-21ras-Protein-Transferase bestimmen. Eine Inhibierung der
Farnesylierungsreaktion bietet sich somit als weiteres potentielles Ziel eines Eingriffs an. Es wird sich noch herausstellen.
o b dieser spezielle posttranslationale Prozef3 selektiv inhibiert werden kann.
Auf der DNA/RNA-Ebene diirften die GegenstrangTechnologie (Anti-sense-Methode)””.
und die damit
1323
verwandte Tripelhelix-Methodel' y 4 a 1 ein groRes Anwendungspotential haben1'94b1.Beide sind eine grol3e Herausforderung fur Chemiker. Diese Methode zum Design von
Medikamenten versucht die Expression unerwiinschter Proteine zu rvrhiriderri, anstatt ihre Wirkung zu hemmen. Dies
trifft auch auf die Strategien zu, bei welchen man versucht,
oxidativ spaliende Reagentien selektiv an die unerwiinschte
DNA-Sequenz heranzubringen. Die Arbeiten von Dervan et
a1.[19s1
sind ein Beispiel hierfiir. H ~ r l e y [hat
~ ~vor
~ ]kurzem
iiber weitere Moglichkeiten berichtet, auf der DNA-Ebene
einzugreifen. Die Einsatzmoglichkeiten solcher Medikamente beschrinken sich keinesfalls nur auf Krebs.
Ein gleichermaBen spektakulires Beispiel fur neue Einsichten auf molekularer Ebene, die durch die Biotechnologie
ermoglicht wurden, sind die Arbeiten von L<fkowitz et al.
und von Di.ron, Sigul, Stradcr et al.. welche die adrenergen
Rezeptoren vom Status einer .,black box" enthoben. Die
Arbeiten mit P-adrenergen Rezeptoren (P-ARs) an der Duke
University und bei Merck bauten auf friiheren Untersuchungen iiber die wesentlich leichter zuginglichen Sehpigmente
und iiber Bakteriorhodopsin auf, das den lichtinduzierten
Protonentransport iiber die Purpur-Membran von Halobacteriuni liulohiim bewirkt. Diese Studien erstreckten sich iiber
einen Zeitraum von 100 Jahren, doch wurden wesentliche
Fortschritte in der Strukturaufklirung dieser Proteine erst
seit den siebziger Jahren erzielt. Damals konnten Henderson
und Unwinl' y 7 1 elektronenmikroskopisch nachweisen, daB
das Protein i n der Purpur-Membran aus sieben eng gepackten r-helicalen Segmenten besteht. die sich etwa senkrecht
zur Membranebene befinden. und dan die Lipiddoppelschicht den liaum um diese Proteinsegmente ausfiillt. Die
Struktur dieses Membranproteins in atomaren Details wurmitgeteilt. Untersude kiirzlich von Henderson et al.11981
chungen von Ovchinnikovlly'l. Hargrave[2001,K/iorana12011.
Crouch['o'], N u k a n i ~ h i ~und
' ~ ~anderen
~
bewiesen, dal3 das
Protein Opsin in der Retina von Wirbeltieren beim AnregungsprozeD durch Licht eine Rolle spielt. Opsin 1st an Retinal iiber eine Schiff-Base gebunden (Rhodopsin), die aus
einer Lysin-Seitenkette des Opsins und dern Aldehyd 1 l-cisRetinal entstiinden 1st. Die Anwesenheit von sieben helicalen
Segmenten in Rhodopsin wurde von Hargrave et al.lzOOcl
durch ,.hydrophobic matching" und physikalische Messungen nachgewiesen. Durch Absorption eines Photons wird
cis- zu tram- Retinal photoisomerisiert ; dies induziert in
Rhodopsin etne Konformationsanderung. Diese Isomerisierung im Photorezeptor fiihrt zur Bindung des heterotrimeren
G-Proteins ((3,.t = transduzierend) (vgl. Abb. 7), wodurch
eine Reihe von Kaskaden initiiert wird. die schlienlich die
intrazellulire Konzentration des sekundiren Messengers cAMP beeinfl ussen.
Das Klonen des Gens und der cDNA fur einen P,-AR
von Saugetieren ermoglichte es Dixon. Sigal, Struder et
aI.[204]zu erkennen. dal3 die fur den Rezeptor vorhergesagte
Aminosiuresequenz eine signifikante Hornologie zu RinderRhodopsin aufwies. Sie schlugen dardufhin vor. dalJ der p2AR Hhnlich wie Rhodopsin Bereiche enthalt, in denen er die
Membran vielfach durchspannt. Die Anwendung des Konzeptes der passenden hydrophoben Wechselwirkungen fiihrte zu einem Strukturvorschlag fur den P2-AR. Wie Rhodopsin enthilt die vorgeschlagene Struktur sieben a-helicale
Trdnsmembrmsegmente, die alle zu einer einzigen Peptidkette gehoren. Die sieben hydrophoben Domanen sind wie1324
derum durch kurze hydrophile Segmente miteinander verbunden, die auDerhalb der Membran Loops bilden. Diese
strukturellen Ahnlichkeiten legten nahe. daB auch funktionelle Ahnlichkeiten zwischen Rhodopsin und dem P2-AR
bestehen. Beispielsweise sind beide an entsprechende G-Proteine gebunden (G, bzw. GJ; fur Rhodopsin dient ein Photon, fur den P,-AR dient Adrenalin als Agonist.
Eine sehr beeindruckende Leistung wurde anschliel3end
durch eine ortsspezifische Mutagenese ermoglicht : Dadurch
konnten Dixon, Sigal, Strader et a1.120s1Aspartat' l 3 in der
Transmembranhelix 3 als aminbindende Stelle fur P-adrenerge Agonisten und Antagonisten i d e n t i f i ~ i e r e n ~ ' ~Spiter
~].
konnte gezeigt werdenlzo6I, daB Wasserstoffbriicken zwischen der m-Hydroxygruppe von Adrenalin und Ser204 des
Rezeptors einerseits und zwischen der p-Hydroxygruppe von
Adrenalin und Ser'O7 in der Helix 5 andererseits fur eine
agonistische Wirkung erforderlich sind.
L<fiuwi/z et aI.IZo7]haben die kornplette Primirstruktur
der P,-ARs BUS Siugetieren und der 3-ARs aufgeklirt. Es sei
jedoch daran erinnert. daB medizinisch orientierte Chemiker. lange bevor die Aminosauresequenzen der entsprechenden Rezeptoren bekannt waren, selektive Liganden fur
ARs gefunden hatten. Die cardioselektiven (0,) adrenergen
Blocker Atenolol und Metoprolol, die eine hohere Affinitit
zu den cardialen (P,)-Rezeptoren als zu den bronchialen
(P,)-Rezeptoren aufweisen. sind wohlbekannte Beispiele
hierfiir. Obwohl diese neuen Erkenntnisse iiber Sequenz und
wahrscheinliche Struktur dieser P-Rezeptoren durchaus zufriedenstellend sind. erlauben sie uns noch nicht. die Selektiv i t i t dieser adrenergen Blocker zu erklurcn. ganz zu schweigen vom Design beispielsweise eines neuen cardioselektiven
P-Blockers oder eines fur den P,-Rezeptor selektiven
Agonisten. Dies bleibt eine groDe Herausforderung. Die Arbeiten von Struder et a1.1'061lassen jedoch dariiber spekulieren, warum a-adrenerge Blocker wie Propranolol. Pronethalol und Atenolol keine sogenannte ,,intrinsische sympathomimetische Aktivitat" (ISA), d. h. keinen P-adrenergen
Agonismus aufweisen, wahrend !.&Blocker wie Pindolol,
Dichlorisoprenalin und Practolol eine ISA zeigen. Die letztgenannten Verbindungen enthalten Heteroatome. die eventuell eine der phenolischen Hydroxygruppen von Adrenalin
nachahmen und daher Wasserstoffbriicken zur Hydroxygruppe eines Serin-Restes in der Helix 5 bilden konnten. Urn
zufriedenstellend zu erkliren, warum Verbindungen wie
Aprenolol eine ISA aufweisen, miil3te man allerdings auch
andere Aspekte, z. B. allosterische Effekte, beriicksichtigen.
Die (3-ARs gehoren zu den am besten charakterisierten
Mitgliedern einer Familie von Rezeptoren, die iiber Signaliibertragungswege wirken. an denen Guaninnucleotidregulierende Proteine (G-Proteine) (Abb. 7) teilnehmen. In
einer Reihe hervorragender Untersuchungen. die auf
dem von Rodbell vorgeschlagenen Konzept der Signaliibertragung aufbauten[2081,zeigten A . G.
sowie Stryer und Bourne[21o].
daB Rezeptoren die EffektorEnzyme oder die Ionenkanile nicht direkt aktivieren. sondern daB G-Proteine als Informationsubermittler iiber die
Membranen fungieren, indem sie Rezeptoren mit Effektoren
im Zellinneren kuppeln. Diese Effektoren reagieren sornit
iiber die heterotrimeren G-Proteine auf die urspriingliche
Stimulation der Rezeptoren (R) durch Hormone, Neurotransmitter und andere Agonisten (H). Beispielsweise werden, nachdem Adrenalin an einen P-adrenergen Rezeptor
Angcw. Chmi. /03 ( I Y Y l ) 1305- 1330
bindet. Konformationsinderungen induziert, die bewirken,
daI3 der H R-Komplex an den passenden G GDP-Komplex bindet. Bei den P-Rezeptoren handelt es sich dabei urn
das sogenannte stimulierende G-Protein (GJ. Die Wechselwirkung mit dem Rezeptor fiihrt dazu, daR G T P das G D P
aus dem H . R G, . GDP-Komplex verdrangt, so daB
H . R . G, . G T P entsteht. Dadurch werden zwei weitere
Vorgange ausgelost : Das G,-Protein verliert seine Affinitat
zurn H'R-Komplex - dabei werden erstens das freie Hormon
und der unbesetzte Rezeptor zuriickgebildet - und zweitens
dissoziieren die 8:pUntereinheiten vom G, . GTP-Komplex
a b und lassen den G,, GTP-Komplex zuriick.
+
E
&.GDPE
* &GDP
Abb. 7. Die Signaliibertragung, bei der stimulierte Membrdnrezeploren a n intrazellulire Rezeptoren uber hetero-trimere G-Proteine gekuppelt werden. Diese Proteine bestehen aus 3-.B- und y-Untereinheiten. Beim P-adrenergen Rezeptor 1st d a s entsprechende G-Protein das srimulierende G-Protein C.. und
das En7ym ( E ) is1 Adenylat-Cyclase. Beim Lichtrezeptor Rhodopsin 1st das
<;-Protein Trdnsducin (Gs),und E 1st Phosphodiesterase. E' kennzeichnet ein
aktiviertes Enrym. R einen Rezeptor und H em Hormon. einen Neurotransmitter oder einen anderen .Agonisten.
Dieser verbleibende Komplex bindet und aktiviert dann
das relevante Enzym (E). im Falle der P-ARs die AdenylatCyclase. das Enzyrn, das den zweiten Messenger CAMP erzeugt. An dieser Stelle setzt eine weiterer Kontrollmechanismus ein. Das G,,-Protein ist nlmlich auch ein Enzym,
welches G T P irreversibel zu G D P hydrolysiert. Der resultierende G,, . GDP-Komplex hat keine Affinitiit mehr zum Enzym E. das folglich in den inaktiven Zustand zuriickkehrt.
Wie von Jencks betont" I4=l,funktioniert dieses System deshalb, weil ein wirksamer Agonist zur aktiven Konformation
des Rezeptors komplementar ist und somit die Reaktionskaskade auslost. Analog dazu kann man diese Kaskade zum
Stillstand bringen. weil das Enzym E zu G,, dann nicht komplementar ist, wenn G,, an G D P gebunden ist. Kiirzlich wurde gezeigtI2' 'I. daB eine Farnesylierung der y-Untereinheiten
der G-Proteine fur eine Bindung von GTP erforderlich ist.
Diese Farnesylierung und auch die Moglichkeit ihrer selekriven Inhibierung wurden hier bereits als ein Ziel medizinisch
orientierter Chemiker erwahnt.
Bei den Sehpigmenten ist das G-Protein G, (Transducin)
und das Enzym. welches es aktiviert, eine Phosphodiesterase
anstelle einer Adenylat-Cyclase. Wie Applebury und Hargrave feststellten, hat sich die Natur also einen in der Biochemie allgemein iiblichen Mechanismus zunutze gemacht, urn
zweite Messenger im Cytoplasma von Zellen zu kontrollieren. Die Vielfalt der Liganden fur geklonte, an das G-Protein
gebundene Rezeptoren 1st bemerkenswert.
Anxrbt
Chmi. 1 0 i 1991) 1305 I330
Die Weiterentwicklung unseres molekularen Verstandnisses von G-Protein-gebundenen Rezeptoren - der oben genannte P,-adrenerge Rezeptor ist ein typisches Beispiel hierfur - sowie die Weiterentwicklung unseres Verstlndnisses
von ras-Onkogenen wurden durch die Biotechnologie ermoglicht. In keinem dieser beiden Falle haben medizinisch
orienterte Chemiker diese Information bisher genutzt, um
ein neues Medikament zu entwerfen, aber die Moglichkeiten
sind durchaus gegeben. Die Spezifitat kann sich dabei sehr
wohl als entscheidendes Kriterium herausstellen.
Das rationale Design von Medikamenten (im Gegensatz
zur rationalen Entdeckung von Medikamenten) wird dann
voll zum Zuge kornmen, wenn die strukturellen Informationen iiber Enzyme oder andere Rezeptoren die Entdeckung
eines neuen Medikamentes erlauben, die ohne diese Informationen iiber das Makromolekiil nicht moglich gewesen
ware. Rontgenstrukturanalysen werden zusammen mit anderen physikalischen Methoden, Molecular Modeling und
chemischer Intuition bei diesen zukiinftigen Entwicklungen
eine Hauptrolle spielen. Die Biotechnologie erhoht die
Wahrscheinlichkeit betrachtlich, daB den Kristallographen
das relevante kristalline Protein zum richtigen Zeitpunkt zur
Verfiigung steht, und trigt somit dazu bei. eine Beziehung
zwischen der Biochemie und der ..Struktur" eines Systems
herzustellen. Bei den ersten Erfolgsmeldungen konnte es sich
durchaus um Rontgenstrukturanalysen von Enzymen mit
einem gebundenen Inhibitor handeln. In dieser Hinsicht vielversprechend sind die Inhibitoren des Enzyms DihydrofolatReduktasef2l2].Die Flhigkeit, korrekte Vorhersagen zu treffen, wird weiterhin das entscheidende Erfolgskriterium
bleiben. Tatsachlich ist das Design von MK-927. eines neuartigen. lokal wirksamen Carboanhydrase-Hemmers. den
Buldwin, Navia et al.12131
fur die BuRerliche Behandlung des
Glaucoms entwickelten, ein wichtiger Schritt in diese Richtung.
Bei ihren Untersuchungen iiber substituierte Benzaldehyde. welche die Affinitat von Sauerstoff zu Human-HCmoglobin erhohen sollten, erkannten Beddell und Goodford et
al.12141
folgendes Problem: .,the structure of the receptor site
is not rigid and it is often difficult to take account of the
flexibility of both the designed ligands and the receptor site
itself in predicting the properties of the ligand-receptor complex". Das Problem resultiert unter anderem daraus, daB die
Konformation des Liganden am Rezeptor nicht unbedingt
einer Konformation minimaler Energie des Liganden in Losung entsprechen muD. Dies fanden auch Baldwin und Naviu
et al.12'3 1 bei ihrem wirksamsten Carboanhydrase-Hemmer
und seinem Enantiomer. Die Konformation des RezeptorLigand-Komplexes minimiert also die Energie des Kornplesex, nicht aber notwendigerweise die der Einzelkomponenten. Diese Analyse legt nahe, daR es manchmal erstrebenswert sein kann. kleine Molekiile n i c h in der in Losung vorliegenden Konformation minimaler Energie zu fixieren. In
einer kiirzlich erschienenen Ubersicht diskutiert S ~ h i l l e r [ ~ ' ~ ~
diese Problematik. Knowles12161zog aus seinen Untersuchungen am Enzym Triosephosphat-Isomerase den SchluR.
daB es ,,Elemente der Exaktheit" gibt, die iiber das wohlbekannte Konzept1'57.2'71,d a 8 der Ubergangszustand in das
aktive Zentrum des Enzyms paRt, hinausgehen. Auch die
Arbeiten von Strader et a1.12t81
iiber die Wechselwirkung von
Hormonen mit Neurotransmittern legen solche ,,Elemente
der Exaktheit" nahe. Diese Autoren fanden. daR der Ersatz
1325
Antagonisten der Leukotriene. Wiirde sich eine dieser Vervon AspIi3 durch Glu in einem P,-adrenergen Rezeptor zu
bindungen erfolgreich durchsetzen, so wire dies der Lohn
einem mutierten Rezeptor fiihrt. der mehrere bekannte 8fur lange Jahre der Grundlagenforschung in Hochschule und
adrenerge Antagonisten (@-Blocker)als partielle Agonisten
Industrie. Vielversprechende Ergebnisse werden auch von
erkennt.
Verbindungen zur Behandlung von Migrine und OsteoporoEines der ersten Beispiele einer chemischen ortsspezifise berichtet. Selektive Inhibitoren der reversen Transkripschen MutageneseIZ’”I beschrieben Polgar und Bender
tion. Inhibitoren der Phospholipase A2 und von Enzymen.
1966. Sie setzten das Enzyrn Subtilisin zu Thiosubtilisin um.
welche die Lymphokinin-Biosynthese regulieren. sind weitedas als wesentliches Nucleophil des aktiven Zentrums eine
Mercapto- anstelle einer Hydroxygruppe enthilt. Das modire aussichtsreiche, aktiv betriebene Forschungsgebiete. Dies
trifft auch auf Verbindungen zu, die Thrombosen giinstig
fizierte Enzym hydrolysiert zwar immer noch Nitrophenylacetat, vermag jedoch mit keinem der klassischen Substrabeeinflussen und Blutgerinnsel auflosen.
te[”Y.
2201
von Subtilisin zu reagieren. Somit kann ein deAber auch die Biotechnologie wird sicherlich weiterhin
novo-Design hochst kreative Ziige aufweisen und doch das
Makromolekiile zum Arsenal des Mediziners beisteuern. Mit
Beginn des 21. Jahrhunderts konnen wir erwarten, daB eine
Ziel verfehlen.
Trotz dieser Schwierigkeiten ist nicht daran zu zweifeln.
wachsende Zahl von Proteinen in der Therapie verwendet
werden wird. und wir konnen hoffen. daB auch die GendaB die Rontgenstrukturanalyse Informationen iiber Rezeptherapie realisiert werden kann. Gegenwirtig halte ich es fur
tor-Ligand-Komplexe geliefert hat. die fur die Entdeckung
wahrscheinlich, daB die Biotechnologie --diedie Entdeckung
von Medikamenten bereits uberaus wertvoll waren. Dies
kleiner Molekiile erleichtert - dadurch mindestens ebenso
trifft auch fiir die ortsspezifische Mutagenese zu. Man darf
vie1 zur Therapie beitragen wird wie durch den therapeutidurchaus erwarten. daB sich eine Kombination dieser Techniken als synergetisch erweisen wird. In diesem Zusammenschen Einsatz von Makromolekiilen.
Die Versprechen fur die Zukunft werden mit groBter
hang sind die Arbeiten von Cunningham. Wells et a1.[221- 2 2 3 1
Wahrscheinlichkeit dann erfiillt, wenn weder Chemiker noch
bei Genentech uber die Wechselwirkung von Human-GH
Biologen oder Molekularbiologen die anderen Disziplinen
mit seinem Rezeptor von groljem Interesse. da die Struktur
als bloBe Handlanger betrachten. Wie die Geschichte zeigt.
dieses GH-Rezeptorkomplexes irn atomaren Detail seit kurzem bekannt
Ein groBes Ereignis wire es beispielsbrauchen wir einander.
weise, wenn die Kombination aus rontgenstrukturanalytisch
Der Autor is1 den vielen Kollegen zu groJeni Dank verpflichtet,
und NMR-spektroskopisch erhaltenen Ergebnissen und
die entweder Ahsehnitte des Manuskripts oder dus gesmnte
ortsspezifischer Mutagenese das de-novo-Design eines
Munuskript gelescv hahen. Ihre Rwschlagc~waren von unallosterischen GH-Mimeticums. eines neuartigen FKBP-Inscliu[zhareni Wert. Es ist niir auch eine Freud(,. den Herren
hibitiors odsr eines Erythropoietin(EP0)-MimeticumserPaul Friesr und Kej. Payton jiir ihre gekonnlen Schreiharbeimoglichen wurde. Derartige Leistungen waren dann tatsachten zu danken und .fir ihre unerschiitterliche Geduld, mit
lich ein rationales Design von Medikamenten.
der sie eine Verhesserung nach der nnderrn hinnahmen.
Von den Entdeckungen in der biomedizinischen Chemie
Dr. Andreas Leuder danke ich hesonder.s,fir seine sorgfultige
im letzten Jahrzehnt dieses Jahrhunderts oder wihrend des
Kontrolle der deutschen und englischen Druckfahnen.
21. Jahrhuntierts darf man enorm vie1 erwarten. Die Herausforderungen sind gewaltig und zu viele, urn sie alle aufzuzahEingegangen a m 12. Februar 1991 [A 8381
Ubersetzi von Dip].-Chem. Dunirlr Ho/lmunn. Erlangen
len; sie umfassen unter anderem die Autoimmunerkrankungen, mentale Beeintrichtigungen, Krebs. geriatrische
Probleme. Diabetes und Virusinfektionen. Die momentane,
[ I ] P. S. Hench, E <‘ Kendall. C . H. Slocumb. H. F. Polley. Pro( SW/
Mcw. M u w <‘/In. 24 (1949) 181.
sehr deutliche AIDS-Gefahr stellt jedoch alles andere in den
[2] L. H . Sarett. J B i d . (’hem 162 (1946) 601
Schatten. Unter massivem Aufwand hat man begonnen, die131 L. E Fiescr. M Fieser: Srrrnidr. Reinhold Publishing Company. New
ses Problem von vielen Seiten anzugehen. 3’-Azido-3’-desYork 1959. S. 634f: Swroidc Verlag Chemie. Weinheim 1961
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oxythymidin (AZT)[’70d.2 2 5 1 , ein Inhibitor der Reversen
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Transkriptase. wird derzeit als ein erster Erfolg begriiBt.
827.
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Soc.
Die groBr: Zahl von Entdeckungen der Grundlagenfor74 (1952) 2693; b ) R. Hirschmann. C . S. Snoddy. Jr.. C . F. Hiskey. N . L
schung. die sich fur eine Anwendung auf diese Probleme
Wendler. ihrd. 76 (1954) 4013. c) C. F Hiskey. R. Hirschmann. N L.
eignen konnten, ist beeindruckend. Zusitzlich zu den bereits
Wendler, ihid. 75 (1953) 5135.
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erwihnten Beispielen fur unsere Fortschritte im Verstiindnis
16 (1958) 303.
der Signaluhertragung in Zellen bieten die eleganten Unter[XI C. M. Weeks, W. L. Duax. M . D. Wolff. J A m . C h m Soc. Y5 (1973)
suchungen tles Phosphatidylinositol-Systemsden Medizin2865.
[9] a ) H. L. Herzog. A. Nobile. S. Tolkadorf. W. Charney. E. B. Hershberg,
Chemikern neue Moglichkeiten. Hierzu haben vor allem die
( Wushingron. D.( ’ . I 1-11 (1955) 176: h) A. Nobile,
P. L. Perlman. Srtc~nn~
Arbeiten von Berridgeet al.[22h1
und Irvine et al.12271
in CamW. Charney. P. L. Perlman. H . L. Her7og. C. C. Payne. M. E. Tully.
M . A Jevnik. E . B. Hcrshberg. J. Am. (‘hem Soc. 77 (1955) 4184.
bridge (GB) iiber IP, (die auf den Beobachtungen von Mitche11[2281
basieren) und die Arbeiten von N i s h i ~ u k a ~in~ ~ ~ ’ 1101 Eine Ausnahme von dieser Vcrallgemeinerung w i r e cin Analogon. d a s
den Rezeptor nur in den gewunschtcn Zielgeweben erreicht. jedoch nicht
Japan iiber Protein-Kinase C beigetragen.
dort. wo Nebenwirkungcn hervorgerufcn werden.
[ l I ] a ) S . A. Simpson. J. F. Tail. A. Wettstcin. R . Nehr. J. van Euw. 0. SchindKleine Molekiile werden unter den Medikamenten der Zuler. T. Reichstein. E.\-pc~rim/iu10 (1954) 132. b) N e ~ / v Chinr. Acru 37
kunft sicherlich weiterhin eine wichtige Rolle spielen. Die
(1954) 1200.
neue Klasse der therapeutisch relevanten kleinen Molekiile
[I21 a ) Der Ausdruck ..Rezeptor” wird hier auch fur Acceptoren und Enzyme
verwendet. b ) J. N . Langley. J. P/I!.wJ/.f Lorihnj I ( 1 8 7 8 ) 339: 33 (1905)
konnte beispielsweise Verbindungen umfassen. die fur die
374
Behandlung von Asthma niitzlich sind. wie Inhibitoren von
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Enzymen. die an der Leukotriensynthese teilnehmen. und
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Oxytocins 11041 und. genauer, die Synthese des Bisarba-Analogons von
S R l F [133b]. Auch fur die Synthese der hicyclischen Analogd von
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1 Ein Verzeichnis aller Autoren mit Kennzeichnung der Hauptautoren und Angabe des Aufsalztitels in Englisch
2 Ein englisches Stichwortregisler mil den Hauptautoren als
Schlusselinformalion
3 In beiden Teilregistern die vollslandige Information uber Erschernungsjahr sowte erste u n d letzte Seitenzahl des Aufsatzes in der deutschen und der englischen Ausgabe
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