Screening von Enzymaktivatoren

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Die Modulation der Enzymaktivität ist sowohl in der Wirkstoffforschung als auch in der Entwicklung von Enzymprodukten von zentraler Bedeutung. Während Inhibitoren umfassend untersucht werden, werden Enzymaktivatoren – Moleküle, die die enzymatische Aktivität erhöhen – trotz ihrer Relevanz für die Regulation der Enzymfunktion und die Steigerung der Prozesseffizienz häufig vernachlässigt. Creative Enzymes bietet spezialisierte Dienstleistungen zur Identifizierung, Bewertung und Charakterisierung von Enzymaktivatoren. Durch den Einsatz fortschrittlicher Assay-Plattformen, High-Throughput-Screening und einer zehnjährigen Expertise in der Enzymologie liefern wir präzise und reproduzierbare Daten zur Unterstützung der Enzymoptimierung, der therapeutischen Forschung und biotechnologischer Anwendungen.

Was sind Enzymaktivatoren und wie werden Aktivatoren gescreent?

Aktivatoren spielen eine Schlüsselrolle in Situationen, in denen eine Hochregulation der Enzymaktivität erforderlich ist. In der Arzneimittelentwicklung benötigen bestimmte Wirkstoffkandidaten für ihre Wirksamkeit eine erhöhte enzymatische Aktivität. In der industriellen Enzymproduktion können Aktivatoren eingesetzt werden, um die Aktivität unter spezifischen Bedingungen zu steigern und dadurch Ausbeute und Funktionalität zu verbessern.

Enzyme activators for glucose-6-phosphate dehydrogenase and sirtuin 1 Abbildung 1. Beispiele für Enzymaktivatoren. Die Bildung von Glucose-6-phosphat aus Glucose wird durch RO281675 und Verbindung A beschleunigt, während die Sirt1-vermittelte Bildung deacylierter Produkte aus Acetyl-Lysin-Resten durch Resveratrol und SRT1720 gefördert wird. (Kenakin, 2017)

Die Identifizierung geeigneter Aktivatoren ist aus mehreren Gründen grundsätzlich anspruchsvoller als die Identifizierung von Inhibitoren:

Assay-Anforderungen: Eine erhöhte Enzymaktivität kann die Assay-Dauer verkürzen, erfordert jedoch größere Substratmengen.
Mechanistische Diversität: Aktivatoren können über allosterische Regulation, Substratinteraktionen oder andere indirekte Mechanismen wirken – häufig ohne hohe Bindungsaffinität zum Enzym.
Strukturelle Variabilität: Im Gegensatz zu Inhibitoren, die Enzymsubstraten oft ähneln, können Aktivatoren chemisch sehr divers sein, wodurch initiale Screening-Strategien weniger geradlinig sind.

Diese Herausforderungen erfordern spezialisierte Methodiken. Creative Enzymes hat robuste, sensitive Assays und High-Throughput-Plattformen entwickelt, die gezielt für die Identifizierung von Aktivatoren ausgelegt sind und verlässliche sowie umsetzbare Ergebnisse sicherstellen.

Unsere umfassenden Lösungen zur Identifizierung von Enzymaktivatoren

Unser Service „Screening von Enzymaktivatoren“ bietet umfassende Lösungen zur Identifizierung von Molekülen, die die enzymatische Aktivität erhöhen.

Service	Details
Quantitative Bewertung von Aktivatoren	Präzise Messung der enzymatischen Aktivitätssteigerung unter verschiedenen Bedingungen.
Chargenbasierte Bewertung	Vergleichende Analyse mehrerer Aktivator-Kandidaten parallel.
High-Throughput-Screening (HTS)	Evaluierung vorkonfektionierter Bibliotheken mit über 10.000 Kandidatenverbindungen zur Identifizierung potenter Aktivatoren.
Assay-Vielseitigkeit	Sowohl oberflächenbasierte als auch lösungsbasierte Assay-Formate sind verfügbar.
Enzymprofilierung	Beurteilung der Aktivator-Effekte in unterschiedlichen biologischen Kontexten, einschließlich Krankheitszuständen, oder unter Behandlung mit Arzneistoffen, Wachstumsfaktoren oder Hormonen.
Maßgeschneiderte beratende Unterstützung	Machbarkeitsbewertungen und Beratung durch erfahrene Enzymologen zur Optimierung des Assay-Designs und der Aktivator-Identifizierung.

Unser Ziel ist es, präzise, verlässliche und reproduzierbare Daten bereitzustellen, damit Kunden Enzymaktivatoren für Forschung, therapeutische Entwicklung und industrielle Anwendungen nutzen können.

Unsere Screening-Strategien und Methodiken

Strategy 1 for enzyme activators screening

Biochemisches, aktivitätsbasiertes High-Throughput-Screening (HTS)

Unser primärer Ansatz zur Aktivator-Identifizierung misst die direkte Zunahme der katalytischen Aktivität nach Zugabe der Verbindung. Diese Methode ermöglicht die schnelle Evaluierung großer chemischer Bibliotheken zur Identifizierung von Molekülen, die Reaktionsgeschwindigkeiten erhöhen.

Strategy 2 for enzyme activators screening

Bindungsassays

Diese Assays detektieren Verbindungen, die mit dem aktiven Zentrum oder allosterischen Bindungsstellen des Enzyms interagieren. Die Bindung ist häufig ein entscheidender erster Schritt zur Aktivierung und liefert wertvolle Hinweise auf potenzielle Mechanismen – auch bevor funktionelle Effekte bestätigt sind.

Strategy 3 for enzyme activators screening

Fragmentbasiertes Screening (FBS)

FBS ermöglicht die Identifizierung kleiner molekularer Fragmente, die an neue oder allosterische Regionen des Enzyms binden. Diese Fragmente können als Ausgangspunkte für die Entwicklung potenter Aktivatoren mit präziser mechanistischer Steuerung dienen.

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Workflow unserer Screening-Services für Enzymaktivatoren

Workflow of Creative Enzymes' enzyme activator screening services

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Unsere Vorteile

Spezialisierte Expertise

Zehnjährige Erfahrung in der Entwicklung von Enzymassays und der Identifizierung von Aktivatoren.

High-Throughput-Kompetenz

Effizientes Screening von Bibliotheken mit mehr als 10.000 Verbindungen.

Vielseitige Assay-Plattformen

Unterstützung sowohl von Assays in Lösung als auch von oberflächenbasierten Assays.

Mechanistische Einblicke

Identifikation nicht nur potenter Aktivatoren, sondern auch ihrer Wirkmechanismen.

Quantitative & vergleichende Analyse

Verlässliche, chargenbasierte Bewertung mehrerer Kandidaten gleichzeitig.

Beratende Zusammenarbeit

Individuell zugeschnittene Unterstützung zur Optimierung von Screening-Strategien und Versuchsdesign.

Fallstudien und Anwendungen aus der Praxis

Fall 1: Identifizierung von LYPLAL1-Enzymaktivatoren mittels ABPP

Das activity-based protein profiling (ABPP), das traditionell zur Identifizierung von Enzyminhibitoren eingesetzt wird, wurde zur Identifizierung niedermolekularer Enzymaktivatoren adaptiert. Mithilfe eines Fluoreszenzpolarisations-ABPP-Assays wurden Verbindungen identifiziert, die die Aktivität von LYPLAL1 erhöhen – einer Serinhydrolase, die mit der metabolischen Regulation in Verbindung steht. Durch ABPP-gestützte medizinische Chemie wurde ein selektiver LYPLAL1-Aktivator entwickelt, der für den in vivo-Einsatz geeignet ist. Struktur- und biochemische Analysen zeigten, dass die Aktivierung durch eine Verbesserung der Effizienz der katalytischen Triade erfolgt. In einem Mausmodell der diätinduzierten Adipositas verbesserte die Behandlung mit dem Aktivator metabolische Endpunkte und demonstrierte damit das Potenzial von ABPP, Enzymaktivatoren über diverse Enzymfamilien hinweg zu identifizieren.

Graphical abstract illustrating discovery of small-molecule enzyme activators using activity-based protein profiling (ABPP) Abbildung 2. Grafisches Abstract mit Darstellung des Workflows zur Identifizierung niedermolekularer Enzymaktivatoren mittels activity-based protein profiling. (Kok et al., 2020)

Fall 2: Allosterische Modulatoren für das insulinabbauende Enzym (IDE)

Das insulinabbauende Enzym (IDE) ist eine zinkabhängige Peptidase, die am Abbau von Insulin und amyloidogenen Peptiden wie β-Amyloid beteiligt ist und damit sowohl mit Diabetes als auch mit der Alzheimer-Krankheit in Verbindung steht. Die genaue Rolle von IDE ist jedoch aufgrund seiner atypischen „Clamshell“-Struktur und kürzlich entdeckter nicht-proteolytischer Funktionen weiterhin nicht abschließend geklärt. Diese vielfältigen Aktivitäten erschweren therapeutische Strategien, da IDE auf mehrere Substrate wirken und zelluläre Systeme über die Proteolyse hinaus beeinflussen kann. Sowohl Aktivierung als auch Inhibition von IDE wurden als Behandlungsansätze für T2DM und AD untersucht, jedoch stellen inkonsistente Daten und potenzielle Off-Target-Effekte Herausforderungen dar. Ein vertieftes Verständnis der Struktur-Funktions-Beziehungen von IDE sowie seiner nicht-katalytischen Rollen ist entscheidend für die Entwicklung sicherer und wirksamer Therapien.

Mechanism of insulin-degrading enzyme (IDE) activators Abbildung 3. Experimentell bestimmte Struktur des humanen dimeren IDE im Komplex mit BDM41367 (PDB-ID: 4DTT). (Tundo et al., 2023)

FAQs zu unseren Screening-Services für Enzymaktivatoren

F: Welche Enzymtypen können auf Aktivatoren gescreent werden?

A: Wir unterstützen eine breite Palette, darunter Oxidoreduktasen, Hydrolasen, Transferasen und Synthetasen. Sowohl lösliche als auch membranassoziierte Enzyme können evaluiert werden.
F: Kann ich meine eigene Kandidatenbibliothek für das Screening bereitstellen?

A: Ja. Kunden können kundenspezifische Bibliotheken bereitstellen, oder wir nutzen unsere intern kuratierten Sammlungen, die Tausende diverser Moleküle enthalten, die für die Aktivator-Identifizierung optimiert sind.
F: Kann High-Throughput-Screening (HTS) auf mein Enzym angewendet werden?

A: Ja. Wir verfügen über HTS-Kapazitäten für Bibliotheken mit über 10.000 Verbindungen und kombinieren automatisierte Plattformen mit sensitiven Detektionssystemen, um potenzielle Aktivatoren schnell zu identifizieren.
F: Welche Assay-Typen stehen für das Aktivator-Screening zur Verfügung?

A: Es stehen sowohl lösungsbasierte als auch oberflächenbasierte Assays zur Verfügung, ausgewählt in Abhängigkeit vom Enzymtyp, dem Aktivator-Mechanismus und den Projektzielen. Dies gewährleistet eine robuste und reproduzierbare Detektion der Aktivitätssteigerung.
F: Wie gehen Sie mit Aktivatoren um, die über unkonventionelle Mechanismen wirken?

A: Unsere Assays sind darauf ausgelegt, ein breites Spektrum an Mechanismen zu detektieren, einschließlich allosterischer Regulation, Verstärkung von Substratinteraktionen und struktureller Stabilisierung – nicht nur starke Bindungsinteraktionen.
F: Kann dieser Service bei der Optimierung von Enzymen für industrielle oder therapeutische Anwendungen unterstützen?

A: Ja. Die identifizierten Aktivatoren können direkt eingesetzt werden, um katalytische Effizienz, Stabilität oder Aktivität sowohl in Forschungs- als auch in industriellen Prozessen zu verbessern und damit die Entwicklung von Enzymprodukten sowie Studien zu therapeutischen Enzymen zu unterstützen.
F: Welche Daten und Berichte erhalte ich nach dem Screening?
A: Sie erhalten einen umfassenden Bericht einschließlich:
- Rohdaten aus den Assays und statistische Auswertung
- Quantitativer Vergleich der Aktivator-Potenz
- Mechanistische Einblicke, z. B. allosterische oder substratvermittelte Effekte
- Empfehlungen für die weitere Entwicklung oder Optimierung
F: Wie lange dauert ein typisches Aktivator-Screening-Projekt?

A: Abhängig von der Enzymkomplexität und der Bibliotheksgröße benötigen Projekte typischerweise 4–8 Wochen von der Assay-Entwicklung bis zur finalen Berichterstattung.

Literatur:

Kenakin TP. Enzymes as drug targets. In: Pharmacology in Drug Discovery and Development. Elsevier; 2017:131-156. doi:10.1016/B978-0-12-803752-2.00006-5
Kok BP, Ghimire S, Kim W, et al. Discovery of small-molecule enzyme activators by activity-based protein profiling. Nat Chem Biol. 2020;16(9):997-1005. doi:10.1038/s41589-020-0555-4
Tundo GR, Grasso G, Persico M, et al. The insulin-degrading enzyme from structure to allosteric modulation: new perspectives for drug design. Biomolecules. 2023;13(10):1492. doi:10.3390/biom13101492

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Projektbeschreibung:

Nur für Forschungs- und Industriezwecke. Nicht für den persönlichen Gebrauch bestimmt. Bestimmte Produkte in Lebensmittelqualität eignen sich für die Formulierungsentwicklung in Lebensmitteln und verwandten Anwendungen.

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