Aufbau einer »Screening-Pipeline« zur Entwicklung neuer COVID-19-Therapeutika

16. Dezember 2020

Zurzeit gibt es noch keine wirksamen Medikamente gegen das SARS-Coronavirus-2 und die von ihm ausgelöste COVID-19-Erkrankung. Mit dem Ziel, Wirkstoffe zu identifizieren, die spezifisch die Verpackung des SARS-CoV-2-Genoms in das Viruspartikel verhindern und somit dessen Vermehrung unterbinden, kooperiert die Arbeitsgruppe für »High-Throughput Drug und Target Discovery« am Fraunhofer ITEM in Regensburg mit Partnern aus der Universität Regensburg und der Firma 2bind GmbH. Das Projekt wird von der Bayerischen Forschungsstiftung für einen Zeitraum von einem Jahr ab Dezember 2020 gefördert.

© Fraunhofer ITEM

Die Verpackung des viralen Genoms ist ein essenzieller Prozess im viralen Lebenszyklus, wobei das Nukleokapsid-Protein (N-Protein) spezifisch an das RNA-Genom des Virus bindet und dessen Verpackung in Viruspartikel organisiert. Für die Verpackung sind spezielle RNA-Bindungs- und Dimerisierungdomänen des N-Proteins verantwortlich. Die Projektpartner wollen eine Reihe von Target-basierten und zellulären Wirkstoff-Testverfahren etablieren und damit Hochdurchsatz-Wirkstoff-Screenings durchführen, um spezifische, niedermolekulare Interaktoren der RNA-Bindungs- und Dimerisierungsdomänen zu identifizieren. Die funktionellen Effekte dieser Interaktoren auf die RNA-Bindung, -Dimerisierung und -Verpackung werden mithilfe biophysikalischer Methoden analysiert und deren Wirkung auf die Vermehrung und Infektiosität von SARS-CoV-2 in zellulären Systemen direkt visualisiert und quantifiziert. Diese ineinandergreifende »Screening-Pipeline« ermöglicht so die schnelle und zielgerichtete Identifizierung neuer niedermolekularer Wirkstoffe zur Hemmung der SARS-CoV-2-Vermehrung.

Die ITEM-Forschenden werden rund 16 000 Wirkstoffe in zellulären Screens hinsichtlich ihrer Effekte auf die Virusreplikation und Partikelfreisetzung untersuchen. Dafür setzen sie drei verschiedene Substanzbibliotheken ein: eine bioaktive »Drug Repurposing«-Substanzbibliothek mit 2645 bereits für klinische Prüfungen oder den Markt zugelassenen Medikamenten, eine »Focused Library« mit 1500 Substanzen, die von einem In-silico-»Docking Screen« aus 2,5 Millionen Wirkstoffen als Inhibitoren der Interaktion von N-Protein und RNA ausgewählt wurden, und außerdem eine Bibliothek mit 12 000 Molekülen, die eine Auswahl aus der gesamten maximalen physikalisch-chemischen Diversitätsbibliothek aus über 125 000 wirkstoffartigen Substanzen beinhaltet.

Die so identifizierten Wirkstoffkandidaten werden von den Forschenden mithilfe replizierender Viruskulturen weiter charakterisiert. In interdisziplinären Gruppen erarbeiten die Partner neue Grundlagen zur SARS-CoV-2-RNA-Verpackung und Viruspartikelfreisetzung und entwickeln neue Methoden zur Analyse von RNA-Sekundärstrukturen, die als potenzielle neue Zielmoleküle, sogenannte Drug-Targets, gelten können. Diese Wirkstoffe haben das Potenzial, zu neuartigen COVID-19-Therapeutika von hohem wirtschaftlichem Interesse und gesellschaftlichem Nutzen weiterentwickelt zu werden. Darüber hinaus wird damit auch eine Basis für die Therapie von Erkrankungen geschaffen, die durch andere Vertreter der Gruppe der RNA-Viren ausgelöst werden.