CGL

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Einführung

In einigen Bakterien und Säugetieren, einschließlich des Menschen, ist dieses Enzym an der Bildung von Schwefelwasserstoff beteiligt. Schwefelwasserstoff ist eines von wenigen Gasen, für die erst kürzlich eine Rolle in der zellulären Signalübertragung im Körper nachgewiesen wurde.

Struktur

Cystathionin-γ-Lyase ist ein Mitglied der PLP-abhängigen Enzymfamilie des Cys/Met-Stoffwechsels. Weitere Mitglieder sind Cystathionin-γ-Synthase, Cystathionin-β-Lyase und Methionin-γ-Lyase. Zudem gehört sie zur übergeordneten Familie der Aspartat-Aminotransferasen. Wie viele andere PLP-abhängige Enzyme liegt Cystathionin-γ-Lyase als Tetramer mit D2-Symmetrie vor.

Regulation

H₂S senkt die Transkription der Cystathionase bei Konzentrationen zwischen 10 und 80 μM. Bei Konzentrationen um 120 μM ist die Transkription jedoch erhöht und bei Konzentrationen über 160 μM vollständig gehemmt.

Methoden zum Inhibitor-Screening

Screening-Verfahren sind eine gängige Methode zur Identifizierung neuer pharmakologischer Wirkstoffe. Dabei werden in Anwesenheit eines oder mehrerer potenzieller Inhibitoren aus einer Substanzbibliothek verschiedene funktionelle Eigenschaften (z. B. Ligandenbindung oder enzymatische Aktivität) gemessen. Ein wesentlicher Vorteil von Screening-Methoden besteht darin, dass die Bindung von Inhibitoren oder anderen Liganden nicht auf die primäre Ligandenbindungsstelle/aktive Stelle beschränkt ist, wie es typischerweise im Rahmen rationalen Designs und struktur­basierter Wirkstoffforschung (die häufig zu kompetitiver Hemmung führt) der Fall ist.

Virtuelles Screening

Virtuelles Screening wird eingesetzt, um aus einer großen Substanzbibliothek Verbindungen zu identifizieren, die an ein spezifisches Target binden, in der Regel ein Enzym oder ein Rezeptor, der an eine Verbindung gebunden ist. Heute sind zwei Hauptmethoden gebräuchlich: ligandenbasierte und struktur­basierte Verfahren. Beide Ansätze können mithilfe von Machine Learning, computergestützter Mustererkennung oder statistischen Modellierungsalgorithmen quantitative Korrelationen zwischen Molekülstrukturen und chemischen Eigenschaften bzw. biologischen Aktivitäten erzeugen. Die ligandenbasierte (LB-)Strategie untersucht Ähnlichkeiten zwischen bekannten Molekülen, die für biologische Aktivitäten verantwortlich sind, während die struktur­basierte (SB-)Strategie chemische Wechselwirkungen zwischen Molekülen und bekannten biologischen Targets betrachtet. Virtuelles Screening ermöglicht die Auswahl wirksamer CGL-Inhibitoren.

Klinische Relevanz

Cystein ist das geschwindigkeitsbestimmende Substrat im intraokularen Glutathion-Syntheseweg. Glutathion ist ein Antioxidans, das Linsenproteine im Auge vor reaktiven Sauerstoffspezies schützt; denaturierte Linsenproteine können zu Katarakten führen. Cystathionase ist ebenfalls ein Target reaktiver Sauerstoffspezies. Daher nimmt mit der Oxidation der Cystathionase deren Aktivität ab, was zu einer Abnahme von Cystein führt; dies wiederum reduziert das Glutathion im Auge, verringert die Verfügbarkeit antioxidativer Kapazität und führt zu einer weiteren Abnahme der Cystathionase-Aktivität. Es wurde zudem gezeigt, dass Defekte der Cystathionase-Aktivität zur Glutathion-Depletion bei Patientinnen und Patienten mit Krebs und AIDS beitragen. Mutationen und Defekte der Cystathionase sind mit Cystathioninurie assoziiert. Die Mutationen T67I und Q240E beeinträchtigen die Affinität des Enzyms zu Pyridoxalphosphat, einem für die enzymatische Funktion essenziellen Kofaktor. Niedrige H₂S-Spiegel wurden außerdem bei Mäusen mit Hypertonie in Zusammenhang gebracht.

High-Throughput-Screening

High-Throughput-Screening-Assays sind darauf ausgelegt, niedermolekulare Substanzen zu identifizieren, die die Proteinfunktion, -aktivität oder -konformation beeinträchtigen, und können ein wirksames Instrument für chemisch-biologische Studien mit Targets physiologischer Prozesse oder Krankheitsmodelle sein.