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Bessere Medikamente: Leipziger Forschende machen verborgene Proteinstrukturen sichtbar
Neue Methode könnte Medikamente sicherer machen
Forschende der Universität Leipzig haben eine Möglichkeit entwickelt, um besser zu verstehen, wie Medikamente in unseren Zellen wirken. Dabei hilft ihnen Künstliche Intelligenz.
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Wie Medikamente an den Zellen wirken, hängt auch von der räumlichen Form bestimmter Proteine ab. Forschende der Universität Leipzig haben eine neue Methode entwickelt, um diese Strukturen genauer zu untersuchen. © pixabay
Gegen Bluthochdruck oder Heuschnupfen nehmen viele Menschen Medikamente. Oft wirken diese an winzigen Schaltstellen unserer Zellen, den sogenannten Rezeptoren. Sie sitzen an der Zelloberfläche, empfangen Signale wie Hormone und leiten sie ins Zellinnere weiter. Etwa ein Drittel aller zugelassenen Medikamente wirkt über solche Rezeptoren.
Forschende der Universität Leipzig haben nun eine Methode entwickelt, mit der sie bislang verborgene Formen dieser Eiweiße rekonstruieren können. Das ist wichtig, weil ein Rezeptor unterschiedliche Signale auslösen kann. Ein Wirkstoff kann damit erwünschte Wirkungen erzielen, aber auch Nebenwirkungen verursachen.
"Weil jeder Rezeptor in mehrere Signalwege involviert ist, müssen wir die strukturellen Hintergründe und Auswirkungen der Wirkstoffbindung sehr detailliert verstehen", erklärt Matthias Elgeti vom Institut für Wirkstoffentwicklung der Medizinischen Fakultät.
Drei Methoden für ein genaueres Bild
Rezeptoren sind nicht starr. Sie verändern ständig ihre räumliche Form. Manche Zustände bestehen nur sehr kurz, andere treten selten auf. Deshalb lassen sie sich mit herkömmlichen Untersuchungsmethoden nur schwer erfassen.
Elgeti und Doktorandin Julia Belyaeva kombinierten dafür drei Ansätze. Mit einer speziellen Messmethode ermittelten sie Abstände innerhalb des Rezeptors. Künstliche Intelligenz berechnete mögliche räumliche Strukturen. Computersimulationen halfen anschließend zu prüfen, welche Modelle zu den Messdaten passen. "Die Künstliche Intelligenz erzeugte tausende mögliche Strukturmodelle. Die Simulationen prüften deren Stabilität und die Messdaten dienten als Kontrolle", erklärt Belyaeva.
Getestet haben die beiden das Verfahren am Angiotensin-II-Rezeptor. Er spielt eine wichtige Rolle bei der Regulierung des Blutdrucks. Dabei untersuchten sie, wie ein bestimmter Wirkstoff die Form des Rezeptors beeinflusst und welche Verbindungen innerhalb des Moleküls entstehen. So konnten sie bislang schwer zugängliche Strukturzustände rekonstruieren.
Wirkstoffe sollen gezielter wirken
Für die Medikamentenentwicklung ist das interessant, weil unterschiedliche Formen desselben Rezeptors verschiedene Signalwege begünstigen können. Künftig könnten Wirkstoffe so entwickelt werden, dass sie möglichst gezielt erwünschte Reaktionen auslösen und unerwünschte vermeiden.
Noch ist das allerdings Grundlagenforschung. Die Leipziger Wissenschaftler haben weder ein neues Medikament entwickelt noch dessen Wirkung am Menschen untersucht. Ihre Ergebnisse liefern zunächst genauere Modelle der Vorgänge auf molekularer Ebene.
Nach Angaben der Forschenden benötigt das neue Verfahren weniger Rechenleistung als bisherige Ansätze. Es soll sich zudem auf andere Proteine übertragen lassen. "Die erzeugten Strukturmodelle sind öffentlich zugänglich und dienen als Ausgangspunkt für die computergestützte Suche nach neuen Wirkstoffen. Daran arbeiten wir gerade", sagt Elgeti. Die Arbeitsgruppe will ihre Methode nun an weiteren Rezeptoren erproben.
Originalpublikation:
Julia Belyaeva, Matthias Elgeti, Reconstructing hidden GPCR conformations and ligand binding modes through integrative DEER modeling, Structure,
2026.
