De zoektocht naar nieuwe behandelingen om malaria te bestrijden werd bemoeilijkt door het ontbreken van gevalideerde doelwitten voor de parasiet die de ziekte veroorzaakt. In werk onlangs gepubliceerd in PNAS , een team van de Drug Discovery Unit van de Universiteit van Dundee presenteert een nieuwe verbinding die een selectieve remmer is van het lysyl-tRNA-synthetase-enzym in de parasieten die malaria en cryptosporidiose veroorzaken. Hun werk valideert lysyl-tRNA-synthetase als een medicijndoelwit in deze organismen en biedt een sterke voorsprong voor toekomstige medicijnontdekking.

Malaria en cryptosporidiose onder controle houden

Malaria, veroorzaakt door een parasiet die wordt verspreid door muggen, veroorzaakte meer dan 400, 000 doden wereldwijd in 2017. We hebben nieuwe medicijnen nodig om malaria aan te pakken, zowel door een toename van de resistentie tegen bestaande behandelingen, en een behoefte aan eenvoudigere behandelingsregimes die gemakkelijker kunnen worden voltooid. Om vooruitgang te boeken in de richting van de bestrijding en eliminatie van malaria, we zullen ook nieuwe medicijnen nodig hebben die de overdracht van de ziekte kunnen stoppen, en voorkomen dat patiënten terugvallen.

De gastro-intestinale ziekte cryptosporidiose wordt veroorzaakt door een verwante parasiet en verspreidt zich door contact met menselijke of dierlijke uitwerpselen (vaak via besmet water). Bij gezonde individuen, symptomen verdwijnen over het algemeen binnen een paar weken. Echter, de ziekte kan dodelijk zijn bij patiënten met een gecompromitteerd immuunsysteem, en ondervoede kinderen lopen bijzonder risico. Er is geen effectieve behandeling voor geïnfecteerde kinderen, en cryptosporidiose veroorzaakt naar schatting meer dan 200, 000 doden per jaar.

Wetenschappers zoeken naar nieuwe behandelingen, die op nieuwe manieren werken, voor beide ziekten. Er zijn twee benaderingen voor het zoeken naar nieuwe malariamedicijnen. De eerste is fenotypische screening, die verbindingen identificeert die de malariaparasiet doden. Voor het laatste decennium, de Medicines for Malaria Venture (MMV) heeft op deze manier het merendeel van de veelbelovende kandidaten in kaart gebracht.

De tweede benadering, doelgerichte screening, zoekt naar verbindingen die de parasiet op specifieke manieren aanvallen. Het is een meer gerichte benadering, complementaire methodologieën gebruiken om het ontwerp van geneesmiddelen te informeren. Het is een succesvolle aanpak geweest voor veel andere ziekten, maar werd gehinderd door een gebrek aan gevalideerde doelen voor de malariaparasiet.

MMV heeft onlangs hun Project van het Jaar 2018 toegekend aan een team van onderzoekers onder leiding van Prof Ian Gilbert, Prof Kevin Read en Dr. Beatriz Baragaña bij de Drug Discovery Unit (DDU) aan de Universiteit van Dundee. Met behulp van macromoleculaire kristallografie (MX), en complementaire technieken, het team valideerde een nieuw biologisch doelwit voor zowel malaria als cryptosporidiose en een opwindende nieuwe reeks verbindingen die activiteit tegen dit doelwit laat zien.

De kracht van een gezamenlijke aanpak

De Dundee-groep bouwde voort op het werk van een team onder leiding van microbioloog prof. Elizabeth Winzeler aan de Universiteit van Californië in San Diego. Prof Winzeler identificeerde een natuurlijke schimmelverbinding (cladosporine) die actief was tegen malaria, en identificeerde vervolgens zijn doelwit.

Plasmodium falciparum is de parasietensoort die verantwoordelijk is voor de gevaarlijkste vorm van malaria - falciparum-malaria - en voor ongeveer 50% van alle gevallen van malaria. De parasiet heeft twee verschillende versies van lysyl-tRNA-synthetase, een enzym dat cruciaal is voor de eiwitsynthese. Zonder dit enzym de parasiet kan geen eiwitten maken en dus overleven. Cladosporine valt één versie van het enzym aan, PfKRS1.

Cladosporine is op zichzelf geen geschikt kandidaat-geneesmiddel, maar het DDU-team was in staat om het potentieel van PfKRS1 als een nieuw therapeutisch doelwit te onderzoeken, werken via de Structure-guided Drug Discovery Coalition, gefinancierd door de Bill &Melinda Gates Foundation. In samenwerking met Prof Wes van Voorhis aan de Universiteit van Washington in Seattle, ze screenden bibliotheken van verbindingen op potentiële PfKRS1-remmers.

Uit deze vertoning ze vonden een chemisch startpunt. Ze hebben dit aangepast om een ​​reeks vergelijkbare verbindingen te maken, waarvan er één effectief bleek te zijn tegen de parasieten die malaria veroorzaken, metabolisch stabiel, en geschikt voor verder onderzoek. Macromoleculaire kristallografie is cruciaal voor dit werk, het onthullen van de vorm van moleculen en inzicht in hun functie, en de kristallografen in het team werkten zowel in faciliteiten in Seattle en New Delhi als in Diamond. Het Dundee-team heeft BAG (Block Allocation Group) toegang tot Diamond, een toegangsroute speciaal ontworpen voor groepen gebruikers die regelmatig toegang nodig hebben, en die verschillende korte experimenten kan coördineren om een ​​beamtime shift van 8 uur te vullen. Voor dit specifieke werk ze gebruikten Diamond's Microfocus MX beamline I24.

Hun resultaten bieden een sterke validatie van lysyl-tRNA-synthetase als een medicijndoelwit voor malaria en cryptosporidiose. Het team heeft een waardevolle gereedschapssamenstelling geïdentificeerd, en hun focus ligt nu op het verbeteren van de eigenschappen van de samengestelde reeks. Het is vroeg, maar het doel zou zijn om een ​​kandidaat-geneesmiddel te leveren dat alle veiligheidsmijlpalen kan halen die nodig zijn om door te gaan naar klinische ontwikkeling.

Volgens prof.Gilbert, "Dit is een heel spannend doelwit, zeker het ontdekken waard, maar er is nog veel werk aan de winkel. Het is belangrijk om extreem streng te zijn in de vroege stadia van de ontwikkeling van geneesmiddelen. Het zal nog wel even duren voordat we weten of dit werk zal leiden tot een nieuwe medicamenteuze behandeling."

Voor Dr. Timothy Wells, MMV's Chief Scientific Officer, "Dit werk vertegenwoordigt een stap voorwaarts ten opzichte van de gebruikelijke medicijnontdekking. Een beter begrip van de structuur van het medicijndoelwit was als een helder licht schijnen op het werk om de medicijnreeks te optimaliseren - het betekent dat we heel precies kunnen zijn omdat we de selectiviteit en potentie van de verbindingen verbeteren."