Institut for Medicinalkemi

Metabolitter, metabonomerog metabonomics

Strukturbaseret lægemiddelforskning

Naturstof-forskning/Farmakognosi

Kemisk screening,strukturopklaring af

naturstoffer

BiostrukturelForskningMedicinalkemi

Farmakologisk screening og

karakterisering

Syntese af naturstoffer ognaturstofanaloger

Molekylær farmakologi af receptorer

og transportører

Design og syntese afneurotransmitter analoger

Organisk heterocykliskkemi

Strukturel analyse ogmolekylær modelling

Strukturbestemmelse afbiomakromolekyler

Kloning, ekspression, oprensning og

karakterisering

Naturstof-forskning/FarmakognosiMedicinalkemi

Biostrukturel forskning

SpecialeopgaverInstitut for Medicinalkemi

November 2006

Yderligere oplysninger kan fås ved henvendelse til de enkelte vejledere eller til instituttets specialekontaktperson, Tommy N. Johansen, rum 242; tnj@dfuni.dk

Naturstof-forskning/Farmakognosi

Naturen er en vigtig kilde til kemisk diversitet – i form af naturstoffer med meget forskellige og ofte uventede strukturer – og disse naturstoffer besidder ofte interessante farmakologiske egenskaber. Op imod halvdelen af alle kendte lægemidler er direkte eller indirekte afledt af naturstoffer, og en meget stor del af jordens befolkning er helt eller delvis afhængig af planter/droger som medicin. Klassiske eksempler på naturstoffer som lægemidler er kinin fra kinabark mod malaria, morfin fra opiumsvalmuen som bedøvelsesmiddel og taxol fra takstræet som middel mod kræft.

Naturstof/Farmakognosi-gruppen arbejder med man-ge aspekter af forskningen indenfor planter – det væ-re sig naturlægemidler, etablerede lægeplanter, plan-ter udvalgt på baggrund af etnofarmakologisk infor-mation samt planter som ikke tidligere har været un-dersøgt mht. indholdsstoffer og farmakologisk aktivi-tet. Dette arbejde indebærer blandt andet isolering

og strukturopklaring af naturstoffer fra planter, undersøgelser af lægeplanters og naturstoffers farmakologiske virkninger, kvalitetsvurdering af naturlægemidler, syntese af naturstofanaloger, samt udvikling af ny banebrydende forskningstek-nologi til undersøgelse af planters indholdsstoffer.

På de efterfølgende sider beskrives mulige emneom-råder for specialeprojekter med eksempler på mulige projekter samt titler på tidligere specialeprojekter. Du/I er altid velkommen til at kigge forbi og få en snak om mulige specialeprojekter. E-mail adresser på mulige specialevejledere er angivet nedenfor. Yderli-gere oplysninger om forskning og muligheden for specialeprojekter indenfor naturstof/farmakognosi-

gruppen findes på nedenstående hjemmesider:

www.dfuni.dk/NPR og www.dfuni.dk/pharmacognosy Kontaktpersoner E-mail Rum Telefonnr Professor Jerzy W. Jaroszewski jj@dfuni.dk 30-142 35306372 Lektor Anne Adsersen aad@dfuni.dk 30-007 35306295 Lektor Søren B. Christensen sbc@dfuni.dk 30-040 35306253 Lektor Henrik Franzyk hf@dfuni.dk 30-136 35306255 Lektor Anna K. Jäger ankj@dfuni.dk 30-009 35306339 Lektor Per Mølgaard pm@dfuni.dk 30-032 35306335 Lektor Dan Stærk ds@dfuni.dk 30-138 35306413 Adjunkt Hanne Ziegler hz@dfuni.dk 30-034 35306397

Naturstof-forskning/Farmakognosi

Projektbeskrivelse Det er vanskeligt at beskrive relevante projekter specifikt mere end ét år frem i tiden. Som hovedregel baseres specialeprojekterne på igangværende forskning, hvilket giver projekterne højere aktualitet. Du deltager selv i planlægningen af projektet, og vi tilstræber at du får anvendt en bred vifte af teknikker, samt får indblik i videnskabeligt arbejde. Et specialeprojekt kunne typisk opbygges ved at vælge dele af de elementer som indgår i forskningen indenfor lægemidler baseret på plantemateriale (skitseret nedenfor). Nogle projekter kan udføres i sam-arbejde med industrien eller udenlandske partnere; herunder er der mulighed for ophold hos samarbejdspartnere.

Udvikling af metoder til kemisk screening og strukturopklaring af naturstoffer Et nyligt opstillet HPLC-NMR-MS apparatur har muliggjort en direkte opklaring af strukturen af indholdsstofferne i planteekstrakter, hvilket har givet en hurtigere og mere effektiv isoleringsprocedure. Naturstof/Farmakognosi-gruppen arbejder hen mod at udvikle effektive metoder til isolering af naturstoffer mhp at opbygge et stort stofbibliotek af naturstoffer. Der arbejdes med plantemateriale fra bla. Iran, Kenya, Ghana, Reunion, Sydafrika, Peru, Chile, Danmark og Grønland.

HPLC pumpe injektor

Kolonne

DAD-detektor

Masse-spektrometer

NMR-spektrometer

Valg af plante (etno-botanik, screening, tilfældig indsamling)

Separation af indholdsstoffer

(HPLC, HPLC-NMR)

Strukturopklaring af indholdsstoffer

(NMR spektroskopi)

Farmakologisk karakterisering

(Malaria, CNS, cancer)

Naturstoffers udbredelse og variation (dyrkning, kemisk økologi)

Syntese af naturstof-analoger (struktur-aktivitets-studier)

Kvalitetsvurdering af naturlægemidler

(metabonomics, HPLC, NMR)

Naturstof-forskning/Farmakognosi

Et specialeprojekt kunne typisk omfatte indledende HPLC-undersøgelser af en række planter, udvælgelse af 1-2 planter til HPLC-NMR-MS undersøgelser, præparativ isolering og strukturopklaring af de interessante stoffer og farma-kologisk karakterisering af indholdsstofferne. En anden mulighed er kvalitets-vurdering af naturlægemidler; herunder multivariat dataanalyse af NMR spektre (1H NMR baseret metabonomics).

Farmakologisk screening og karakterisering af naturstoffer For planter med en allerede konstateret farmakologisk aktivitet af planteekstrak-tet, enten på baggrund af etnofarmakologisk information eller screening af plan-ter, isoleres indholdsstofferne ofte ved en bioaktivitetsguided fraktionering.

Under oprensningen testes fraktioner i et udvalgt assay, og de fraktioner, der ud-viser aktivitet, arbejdes der videre med. Naturstof/Farma-kognosi-gruppen udfører selv en række farmakologiske assays, herunder malaria tokscitets assay (Plasmodium falciparum), cancer assays, CNS aktivitets assays (SERT, AChE, MAO, GABA), SERCA assay, antimikrobielle assays, antioxidations assays samt toksicitets assays på celler eller hele organismer.

Et specialeprojekt kunne f.eks. omhandle bioaktivitetsguided fraktionering af planter udvalgt på baggrund af etnofarmakologisk information eller udvikling af nye assays til farmakologisk karakterisering af naturstoffer.

Syntese af naturstoffer og naturstofanaloger

I en medicinalkemisk udvikling af naturstofafledte "leads" vil man forsøge at forbedre de farmakologisk aktive naturstoffers selektivitet for at undgå bivirk-ninger samt forsøge at optimere aktiviteten generelt. Dette gøres ved at syntetisere en række analoger af det aktive naturstof, for på den måde at finde ud af hvilke strukturelle ændringer der giver øget aktivitet og lavere toxicitet (dvs. udlede struktur-aktivitets-relationer - SAR). Naturstof/Farmakognosi-gruppen

arbejder både med traditionelle syntesemetoder og moderne kombinatorisk parrallelsyntese på fastfase. Et specialeprojekt kunne f.eks. omhandle (i) Kombinatorisk parrallelsyntese af analoger af hvepsetoxiner som virker mod Alzheimers- og Parkinsons syge mhp. SAR-studier, (ii) Diversitetsorienteret syntese af privilegerede strukturer (f.eks. diaminosyrer), (iii) Syntese og test af stofbiblioteker med potentiel antimikrobiel aktivitet, eller (iv) Syntese af analoger af Thapsigargin, som er potentielle lægemidler mod prostatacancer.

Princippet i fastfase syntese

Naturstof-forskning/Farmakognosi

Eksempler på tidligere specialeprojekter: Mathilde Lester og Marie Fog: Indholdsstoffer fra udvalgte afrikanske planter fra Apocynaceae familien. Vejleder: Jerzy W. Jaroszewski. Louise Berthelsen: Oprensning og karakterisering af aktive stoffer fra Lomatia hirsuta (Proteaceae). Vejledere: Anne Adsersen og Per Mølgaard. Trine Bylov: Isolering af cyanogene glucosider og semisyntese af GHB analoger. Vejledere: Henrik Franzyk og Jerzy W. Jaroszewski. Lene Vittrup Marcussen og Tina Holstein Hansen: Furanocoumariner og GABAA receptor aktivitet - En undersøgelse af Angelica archangelica og Clausena anisata. Vejledere: Per Mølgaard, Claus Cornett og Mogens Nielsen. Helle Therese Olsen: Isolation and identification of Monoamine oxidase inhibitors from Leonotis leonurus and Mentha aquatica. Vejledere: Anna K. Jäger og Mikael E. Pedersen. Julie Regitze Kesting: Isolering og strukturopklaring af alkaloider fra Schizozygia coffaeoides og Erythrina burttii. Vejledere: Jerzy W. Jaroszewski og Dan Stærk. Emma Sooki Dahl Jeppsen og Trang Hong Thi Lam: Syntese og aktivitet af helmaticin analoger. Vejleder: Søren Brøgger Christensen. Sarah Emilie Harbjerg Pedersen: Isolation and structure elucidation of naphtylisoquinoline alkaloids from the leaves of Ancistrocladus ikela. Vejleder: Søren Brøgger Christensen. Ole Dall og Anne Kjølbye: Isolering og identifikation af acetyl- og butyrylcholinesterase hæmmede stoffer fra Corydalis cava. Vejledere: Anna Jäger og Anne Adsersen. Dorte Skøttegaard Rasmussen: 1H NMR-based metabonomics applied to in vitro cultured Plasmodium falciparum. Vejledere: Dan Stærk and Jerzy W. Jaroszewski. Mai Frederiksen: Potentielle kemoterapeutika i thailandsk rod tilhørende Curcuma slægten. Vejleder: Søren Brøgger Christensen. Anders Guldberg Jensen: Hypoglykæmisk effekt af vandigt ekstrakt fra Crinodendron hookerianum. Vejleder: Per Mølgaard.

MEDICINALKEMI

INTRODUKTION

StrukturAktivitetsStudier

MolekylærFarmakologi

KemiskSyntese

StrukturAktivitetsStudier

MolekylærFarmakologi

KemiskSyntese

Medicinalkemigruppen beskæftiger sig med fire hovedaspekter indenfor moderne medicinalkemi: Kemisk syntese, struktur-aktivitets studier, kemisk biologi og molekylær farmakologi. Ved hjælp af kemiske og farmakologiske teknikker studeres små molekylers interaktioner med enzymer og receptorer indenfor interdisciplinære projekter.

Kemisk syntese og struktur-aktivitets studier Nye metoder til at fremstille biologisk interessante molekyler udvikles for at effektivisere drug-discovery processen. Ved hjælp af moderne syntesemetoder fremstilles målmolekyler, f.eks. unaturlige aminosyrer, komplicerede naturstoffer med lægemiddelrelevante egenskaber eller simplificerede analoger heraf. Med udgangspunkt i potente forbindelser designes nye ligander med henblik på en øget forståelse af sammenhængen mellem kemisk struktur og biologisk aktivitet. De syntetiserede forbindelser testes for deres biologiske aktivitet i relevante assays. Forskningen fokuserer på neurotransmittere, f.eks. GABA og glutaminsyre og deres receptorer, men der arbejdes også med bl.a. transportører som targets. Specialeprojekter inden for disse områder vil ofte involvere en stor del af organisk syntesearbejde i laboratoriet. Kontaktpersoner: Mikael Begtrup, Lennart Bunch, Rasmus P. Clausen, Bente Frølund, Tommy N. Johansen, Jesper L. Kristensen, Povl Krogsgaard-Larsen, Ulf Madsen. Kemisk biologi I kemisk biologi integrerer vi kemiske og biologiske studier, hvor vi bruger kemiske værktøjer til at undersøge biologiske sammenhænge. Kemisk biologi er et nyt forskningsområde, der kombinerer elementer fra både medicinalkemi og molekylær biologi, og vores studier fokuserer på struktur og funktion af ion kanaler, transportører og receptor i hjernen. Kontaktpersoner: Anders S. Kristensen, Kristian Strømgaard

Molekylær farmakologi Molekylær farmakologi anvendes til at undersøge klonede receptorer og transportører herunder deres interaktion med ligander og deres aktiveringsmekanisme. Typisk vil man anvende en kombination af molekylære biologiske metoder (f.eks. kloning og introduktion af mutationer), celledyrkning og farmakologiske metoder (f.eks. koncentrations-respons kurver og udvikling af nye testsystemer).

Kontaktpersoner: Hans Bräuner-Osborne, Anders A. Jensen.

æs mere om gruppens forskning på: mi/141/0/

:

Lhttp://www.dfuni.dk/index.php/MedicinalkeLæs om tidligere gennemførte specialer i gruppen påhttp://www.dfuni.dk/index.php/Medicinalkemi/150/0/

MEDICINALKEMI

KEMISK SYNTESE OG STRUKTUR AKTIVITETS STUDIER

Kemisk syntese og struktur-aktivitets studier er uløseligt forbundet i moderne medicinalkemi. Ny viden om sygdomme og behandling af disse opnås meget ofte ved at studere kemiske forbindelsers interaktion med et biologisk target – f.eks. en receptor eller et enzym. For at frembringe ny viden skal man bruge nye kemiske forbindelser – som skal syntetiseres i laboratoriet. De redskaber man bruger i denne proces er under stadig udvikling, både m.h.t. syntesedelen, computer modellering og farmakologiske undersøgelser. Derfor vil et speciale typisk fokusere enten på kemiske aspekter eller struktur-aktivitets forhold.

Kemisk syntese og struktur-aktivitets studier gennemføres inden for en række forskellige targets. Således findes der i dag få lægemidler til behandling af neurodegenerative sygdomme som f.eks. Alzheimers syge. Udvikling af ligander der selektivt påvirker receptorer og transportører involveret i sådanne sygdomme er et vigtigt element i design af nye lægemidler.

Teknikker og discipliner • Organisk syntese • Stereoselektiv syntese • Fastfasekemi og parallelsyntese • Kromatografisk separation • Spektroskopi (1H- og 13C-NMR) • GC-MS • Chiral HPLC • Røntgenkrystallografi • Molecular modelling • Farmakologisk karakterisering

MEDICINALKEMI

KEMISK SYNTESE OG STRUKTUR AKTIVITETS STUDIER

rojekt eksempler

• Syntese af heterocykliske GABA uptake inhibitorer e palladiumkatalysatorer e glutaminsyre agonister s

• Dimer-ligander med selektiv m• Resolvering og stereokemisk k• Fremstilling af markørstoffer ti• Nye bioisostere grupper og kon• Fremstilling af nye aminosyre-• Syntese af analoger af neuroak• Fremstilling af lægemiddelmeta lægning af nedbrydningen i organismen • Syntese af peptider og -analoger til transport af lægemiddelstoffer gennem membraner

P

• Syntese og brug af højaktiv• Udvikling af subtype-selektiv• Struktur-aktivitets undersøgel e af potentielle GHB ligander

Glu subtype receptor aktivitet arakterisering af Glu receptor ligander l brug for magnetisk scanning af hjernen formationelt begrænsede AMPA analoger

analoger til indbygning i lægemiddelstoffer tive naturstoffer bolitter til kort

ON

OHH2N

HOOCO

N

OH

HN

H2N COOH OOHO

HO

O O

O O

OMe

tBu

HO

HN

OH

OHH2N

HNHOO

NMe2

O

O OH

NN OH

H2N

HOOC

O

FB

O

O

N

FOHMeO

NN

NN OH

COOH

NH2

MEDICINALKEMI

MOLEKYLÆR FARMAKOLOGI

Farmakologiske undersøgelser angt de fleste receptorer og milier, hvorved den samme endogene ligand påvirker

dskillige targets samtidig. F.eks. eksisterer der 24 receptorer g 5 transportører for glutamat. Af terapeutiske årsager er et ofte ønskeligt kun at ramme ét eller få target(s) for f.eks. t mindske bivirkninger. Ved at teste ligander på klonede ceptorer/transportører der individuelt udtrykkes i cellelinier,

r det muligt at bestemme ligandernes potens og subtype lektivitet og således etablere struktur-aktivitets sammenhænge. Disse studier gennemføres i t samarbejde med medicinalkemikere, således at man sammen danner grundlag for at ntetisere nye ligander med endnu bedre potens og selektivitet på target-molekylerne.

Undersøgelse af receptorers bindingssted og aktivererings-ekanisme

Vi er også meget interesserede i at opnå øget indsigt i receptorers nismer. Sammen med computer

receptorers bindingssted, og disse ndføre mutationer af aminosyrer

ype selektivitet. Denne tur-baseret design af nye

liga r vi receptorers akti tationer som vi forv t Klonintranspekvensen af det humane genom blev offentliggjort i 2001. Ca.

yderlige

Indti

iske assays, s i musen)

• •

Fremstilling og karakterisering af muterede receptorer og transportører Kloning og karakterisering af nye receptorer og transportører

L transportører tilhører homologe faaodareesetæsy

m

bindingssteder og aktiverings-mekamodelling grupper udvikles modeller af modeller afprøves efterfølgende ved at isom f.eks. forudsiges til at være involveret i subtinformation kan efterfølgende anvendes til struk

nder med forbedret selektivitet. Efter samme koncept undersøgeverings-mekanismer, hvor vi afprøver hypoteser ved f.eks. at indføre muen er vil påvirke receptorens aktivering.

g og karakterisering af nye receptorer/ ortører

S15.000 gener er p.t. klonet og man forventer at ca. 15.000

re eksisterer. Ved at gennemsøge genom databasen har vi identificeret nye receptorer som efterfølgende er blevet klonet.

l nu har vi klonet fire helt nye receptorer som alle er i familie med allerede kendte receptorer. Udover at klone endnu flere receptorer forsøger vi også at finde deres endogene ligand og deres fysiologiske funktion. Dette arbejde indebærer f.eks. udvikling af nye farmakolog

screening af ligander biblioteker, udvikling af "knock-out" mus (hvor genet fjerne og undersøgelse af hvilke organer og celler der udtrykker receptoren.

Projekt eksempler Farmakologisk karakterisering af ligander på klonede receptorer og transportører Udvikling af nye molekylær farmakologiske assays

• •

MEDICINALKEMI

KEMISK BIOLOGI

Kemisk Biologi Kemisk biologi er en tværfaglig videnskabelig disciplin der bruværktøjer i biologiske studier. I den kemisk biologiske forskfokuserer vi på studier af proteiner der er forankret i cellememion kanaler, G protein-koblede receptorer og transportøreproteiner er vigtige targets for lægemidler, der bruges i behsygdomme i hjernen såsom Alzheimers sygdom, depression og s Vi er en integreret del af den medicinalkemiske gruppe og samen række udenlandske forskere f.eks. i USA og Australien. Desuden gennemføres flere af vores projekter i samarbejde med firmaer som H. Lundbeck og Novo Nordisk.

ger kemiske ningsgruppe branen f.eks. r. Sådanne andling af kizofreni.

arbejder med både danske og

dvikling af små molekyler der modificerer funktionen af proteiner i hjernen Vi brugeudgangsp esigne og syntetisere små molekyler, der kan modificermetoder kan frem

biologiske assays. Sprotein interaktione

et kan gøres ved at ve et tRNA med en unaturlig aminosyre og tilsætte det til en lle, sammen et passende mRNA, så vil cellen selv danne det

rotonin transporter (SERT), der er det protein, og ”lime” odificeret

lutamat receptorer, som vi

rer Syntese og sammenkobling af peptid fragmenter af en glutamat receptor

Ur giftstoffer fra hvepse, edderkopper og conus snegle som unkt for at de proteiner i hjernen. Vi bruger generelt fast-fase syntese og semi-automatisk udstyr, således at vi hurtigt og effektivt stille de ønskede stoffer. Efterfølgende bliver de fremstillede stoffer testet i amtidig arbejder vi med helt nye stoffer der kan blokere vigtige protein-

r, for eksempel mellem en receptor og et intracellulært protein.

Kemisk modificering af proteiner i hjernen Vi designer og fremstiller proteiner, der indeholder andre aminosyrer end de 20 der findes i den genetiske kode. Dlacemodificerede protein. Vi bruger det for eksempel til detaljerede studier af en seder er mål for de såkaldte ”lykkepiller”. En anden metode går udpå at syntetisere et peptid, der indeholder unaturlige aminosyrer det sammen med et rekombinant protein, hvorved vi får et mprotein. Dette bruger vi for eksempel til at fremstille dele af gbruger i struktur og funktions studier. Projekt eksempler • Design og syntese af naturlige toxiner og deres analoger • Syntese og biologisk testning af ligander der hæmmer protein-protein interaktioner • Kemisk modificering af tNRA til brug ved inkorporering af unaturlige aminosy•

Biostrukturel Forskning Gruppen for Biostrukturel Forskning (BR) er en integreret enhed indenfor omr det

struktur-baseret lægemiddelforskning p DFU. Vores forskning fokuserer p

undersøgelser af tre-dimensionale strukturer og struktur-funktions sammenhænge

af proteiner, protein-ligand komplekser og protein-protein komplekser. Det

ultimative m l er at anvende denne information til design af nye lægemiddelstoffer,

som virker specifikt p enkelte receptor typer, enzymer eller genetisk materiale.

Gruppens kerneprojekter er pt. indenfor scaffolding og adaptor proteiner i

intracellulær signalering og indenfor ionotrope glutamat receptorer. Disse

proteiner er centrale i bl.a. allergiske reaktioner og sygdomme i

centralnervesystemet.

Du finder os p Institut for Medicinalkemi:

Professor Michael Gajhede mig@dfuni.dk rum 315

Professor Tommy Liljefors tl@dfuni.dk rum 244

Docent Flemming Steen Jørgensen fsj@dfuni.dk rum 115

Lektor Karla Frydenvang kf@dfuni.dk rum 111

Lektor Jette Sandholm Kastrup jsk@dfuni.dk rum 313

Forskningslektor Christina Kasper ck@dfuni.dk rum 307

Forskningslektor Ole Kristensen ok@dfuni.dk rum 309

Forskningslektor Lars Skov lsk@dfuni.dk rum 309

Forskningsadjunkt Thomas Balle tb@dfuni.dk rum 215

Adjunkt Osman Mirza om@dfuni.dk rum 328

Forskningsadjunkt Lars Olsen lo@dfuni.dk rum 113

Forskningsadjunkt Bente Vestergaard bv@dfuni.dk rum 305

Har du lyst ti l at udføre dit specialeprojekt p

Institut for Medicinalkemi,

Biostrukturel Forskning

Læs om BR-gruppens forskning og ekspertiser p :

www.dfuni.dk/BR

Biostrukturel Forskning BR-gruppen har sat en pipeline op, som dækker alt fra kloning af proteiner til 3D

strukturbestemmelse og analyser af proteinernes funktion.

Gruppen tæller pt. omkring 30 medlemmer – en stærkt motiveret gruppe af

specialestuderende, phd-studerende, adjunkter, lektorer og professorer.

Der samarbejdes i stor udstrækning med bioteknologiske virksomheder fra

regionen, bl.a. med ALK-Abello, H. Lundbeck, LEO Pharma, NeuroSearch,

Novozymes og Novo Nordisk.

I dit specialeprojekt vil du kunne lægge vægt p en el ler flere af

følgende teknikker:

• Kloning og ekspression af proteiner Subkloning og ekspression af proteiner udføres v.h.a. rekombinante DNA-

teknikker. Vi har faciliteter til at udtrykke proteiner i E. coli, Drosophila og gær

celler.

• Protein oprensning og karakterisering Produktion af proteiner af meget høj renhedsgrad i milligram-mængder udføres

ved anvendelse af standard kromatografiske teknikker. Vi har forskellige

metoder til karakterisering af proteiner, inkl. dynamisk lysspredning, isotermisk

titreringskalorimetri og cirkulær dikroisme spektroskopi.

• Krystal lisation og røntgenkrystal lografi Krystaller af proteiner fremstilles og 3D strukturer bestemmes v.h.a.

røntgenkrystallografi. Det drejer sig om strukturer af proteiner, protein-protein

komplekser, protein-ligand komplekser og af ligander alene.

• Molecular model ling og computational chemistry Molekylmekaniske beregninger, kvantemekaniske beregninger og

bioinformatiske værktøjer anvendes sammen med avanceret 3D-

computergrafik til homologimodellering af proteiner, indlejring af kendte

ligander i det aktive site af proteiner, farmakoforidentifikation, 3D-QSAR,

design af nye selektive og potente ligander samt til studier af molekylers

egenskaber og deres reaktionsmekanismer i opløsning.

Ionotrope glutamatreceptorer Et af vores kerneprojekter er indenfor ionotrope glutamatreceptorer, der medierer hurtig overførsel af signaler mellem nerveceller i vores centralnervesystem. Vi er specielt interesseret i at undersøge, hvordan forskellige potentielle lægemiddelstoffer binder til de enkelte typer af receptorer. Forskningsarbejdet sigter mod struktur-baseret design af nye lægemiddelstoffer. Som specialestuderende kan du vælge f.eks. at fokusere på eksperimentielt arbejde (molekylær biologisk arbejde, protein-oprensning eller proteinkrystallografi) eller computational chemistry. Der vil også være mulighed for at kombinere dit specialeprojekt med medicinalkemisk syntese eller farmakologisk afprøvning. F.eks. har vi i 2006 afsluttet en specialestuderende, som har valgt at klone, udtrykke og oprense den del af iGluR6 receptoren, der binder glutamat, og at kombinere dette arbejde med teoretiske studier ved hjælp af computational chemistry.

JNK relateret intracellulær signalering Dette projekt har til mål at fremskaffe detaljeret viden omkring væsentlige protein-protein interaktioner i den humane JNK relaterede signalvej ved strukturbestemmelse af scaffold proteinet JIP (JNK interacting protein) i kompleks med dets naturlige partnere. Det er her af stor vigtighed at have fokus på rekombinant produktion af de nødvendige proteiner i milligrammængder. Forskningsarbejdet skaber mulighed for design af peptider eller peptidlignende stoffer (peptoids) med regulatorisk funktion og potentiel klinisk anvendelighed. Som specialestuderende vil du kunne deltage i dette arbejde, hvor du vil komme til at fremstille helt nye proteiner eller moduler af disse.

Cytochrome P450 og metabolisme Cytochrome P450 (CYP) enzymerne udgør et af organismens mest effektive forsvar mod fremmede stoffer, inklusiv mange lægemidler. Ved hjælp af computerbaserede metoder har vi kortlagt de områder i enzymerne, der er favorable eller ufavorable for forskellige kemiske grupper. Informationen om disse områder har vi behandlet statistisk og bestemt, hvilke vekselvirkninger mellem lægemiddelstof og enzym, der er unikke for hver enkelt CYP enzym. På den måde kan man bestemme, hvilke typer af stoffer, der binder til og eventuelt nedbrydes af det enkelte CYP enzym. Indtil videre har vi fokuseret på CYP enzymerne 2C9 og 2D6, men vi vil meget gerne udvide vores analyser til andre CYP’er. Som speciale-studerende vil du kunne deltage i disse studier og komme til at anvende nogle af de mest avancerede computerbaserede metoder til undersøgelse af sammenhængen mellem molekylær struktur og biologisk aktivitet.

Biostrukturel Forskning

Adaptorproteiner i intracellulær signalering Et andet projekt omhandler adaptorproteiners betydning i forbindelse med udvikling af cancer. Disse proteiner er meget spændende, fordi de ændrer konformation under kompleksdannelsen, og er et eksempel på meget raffineret styring af intracellulær respons og signalering. Vores ultimative mål er at karakterisere et større proteinkompleks (se figuren) strukturelt i 3 dimensioner. Som specialestuderende vil man få defineret en underopgave i projektet, hvilket hovedsageligt vil involvere arbejde i våd-laboratoriet (kloning, protein-oprensning, kompleksdannelse og krystallisation).

Biostrukturel Forskning

Insulin Fibrillering Insulin er et interessant protein, ikke kun for sukkersyge-patienter. Proteinet kan under visse forhold danne kæmpestore aggregater, som i grove detaljer kan ses med elektronmikroskop (se fig.). Fibrilering er en form for såkaldt amyloid protein-udfældning, som man ved er central for sygdomme som f.eks. Kreutsfeldt-Jakobs syndrom og Alzheimers sygdom. Vi ønsker at forstå hvad der får proteiner til at interagere på denne uheldige måde helt ned til atomare detaljer. Vi bruger forskellige metoder til at studere fibril dannelse i 3 dimensioner (småvinkelt spredning og protein krystallografi) og studerer indirekte formeringen med fluorescerende farvestof under forskellige fysiske påvirkninger. Fra: http://www.cryst.bbk.ac.uk

Lægemiddel transportere Transportere, som transporterer små molekyler (f.eks. di- og tripeptider, saccharider og neurotransmittere) over membraner, har vist sig at være centrale for humane cellers funktion, og transportere regnes derfor af mange som det vigtigste mål for fremtidens lægemidler. Det er dog endnu ikke lykkedes at bestemme den atomare struktur af en human transporter, da strukturelle undersøgelser kræver protein i store mængder. I gruppen arbejdes der med at fremstille tilstrækkelig mængde protein af de humane transportere samt relaterede eukaryote og bakterielle transportere, med henblik på strukturbestemmelse v.h.a. røntgenkrystallografi. Strukturelle undersøgelser af især bakterielle transportere har vist sig at være mulig i flere tilfælde. På baggrund af høj sekvenslighed kan det forventes, at transportere fra lavere organismer vil være gode modeller for de humane transportere. Desuden arbejdes med computerbaserede analyser af transportere med henblik på at identificere karakteristiske forskelle mellem de forskellige transportere. Som specialestuderende vil du få mulighed for at deltage i forskningsprojekter med henblik på at bestemme og undersøge strukturen af en lægemiddeltransporter.

Naturstof-forskning/Farmakognosi

Naturen er en vigtig kilde til kemisk diversitet – i form af naturstoffer med meget forskellige og ofte uventede strukturer – og disse naturstoffer besidder ofte interessante farmakologiske egenskaber. Op imod halvdelen af alle kendte lægemidler er direkte eller indirekte afledt af naturstoffer, og en meget stor del af jordens befolkning er helt eller delvis afhængig af planter/droger som medicin. Klassiske eksempler på naturstoffer som lægemidler er kinin fra kinabark mod malaria, morfin fra opiumsvalmuen som bedøvelsesmiddel og taxol fra takstræet som middel mod kræft.

Naturstof/Farmakognosi-gruppen arbejder med man-ge aspekter af forskningen indenfor planter – det væ-re sig naturlægemidler, etablerede lægeplanter, plan-ter udvalgt på baggrund af etnofarmakologisk infor-mation samt planter som ikke tidligere har været un-dersøgt mht. indholdsstoffer og farmakologisk aktivi-tet. Dette arbejde indebærer blandt andet isolering

og strukturopklaring af naturstoffer fra planter, undersøgelser af lægeplanters og naturstoffers farmakologiske virkninger, kvalitetsvurdering af naturlægemidler, syntese af naturstofanaloger, samt udvikling af ny banebrydende forskningstek-nologi til undersøgelse af planters indholdsstoffer.

På de efterfølgende sider beskrives mulige emneom-råder for specialeprojekter med eksempler på mulige projekter samt titler på tidligere specialeprojekter. Du/I er altid velkommen til at kigge forbi og få en snak om mulige specialeprojekter. E-mail adresser på mulige specialevejledere er angivet nedenfor. Yderli-gere oplysninger om forskning og muligheden for specialeprojekter indenfor naturstof/farmakognosi-

gruppen findes på nedenstående hjemmesider:

www.dfuni.dk/NPR og www.dfuni.dk/pharmacognosy Kontaktpersoner E-mail Rum Telefonnr Professor Jerzy W. Jaroszewski jj@dfuni.dk 30-142 35306372 Lektor Anne Adsersen aad@dfuni.dk 30-007 35306295 Lektor Søren B. Christensen sbc@dfuni.dk 30-040 35306253 Lektor Henrik Franzyk hf@dfuni.dk 30-136 35306255 Lektor Anna K. Jäger ankj@dfuni.dk 30-009 35306339 Lektor Per Mølgaard pm@dfuni.dk 30-032 35306335 Lektor Dan Stærk ds@dfuni.dk 30-138 35306413 Adjunkt Hanne Ziegler hz@dfuni.dk 30-034 35306397

Naturstof-forskning/Farmakognosi

Projektbeskrivelse Det er vanskeligt at beskrive relevante projekter specifikt mere end ét år frem i tiden. Som hovedregel baseres specialeprojekterne på igangværende forskning, hvilket giver projekterne højere aktualitet. Du deltager selv i planlægningen af projektet, og vi tilstræber at du får anvendt en bred vifte af teknikker, samt får indblik i videnskabeligt arbejde. Et specialeprojekt kunne typisk opbygges ved at vælge dele af de elementer som indgår i forskningen indenfor lægemidler baseret på plantemateriale (skitseret nedenfor). Nogle projekter kan udføres i sam-arbejde med industrien eller udenlandske partnere; herunder er der mulighed for ophold hos samarbejdspartnere.

Udvikling af metoder til kemisk screening og strukturopklaring af naturstoffer Et nyligt opstillet HPLC-NMR-MS apparatur har muliggjort en direkte opklaring af strukturen af indholdsstofferne i planteekstrakter, hvilket har givet en hurtigere og mere effektiv isoleringsprocedure. Naturstof/Farmakognosi-gruppen arbejder hen mod at udvikle effektive metoder til isolering af naturstoffer mhp at opbygge et stort stofbibliotek af naturstoffer. Der arbejdes med plantemateriale fra bla. Iran, Kenya, Ghana, Reunion, Sydafrika, Peru, Chile, Danmark og Grønland.

HPLC pumpe injektor

Kolonne

DAD-detektor

Masse-spektrometer

NMR-spektrometer

Valg af plante (etno-botanik, screening, tilfældig indsamling)

Separation af indholdsstoffer

(HPLC, HPLC-NMR)

Strukturopklaring af indholdsstoffer

(NMR spektroskopi)

Farmakologisk karakterisering

(Malaria, CNS, cancer)

Naturstoffers udbredelse og variation (dyrkning, kemisk økologi)

Syntese af naturstof-analoger (struktur-aktivitets-studier)

Kvalitetsvurdering af naturlægemidler

(metabonomics, HPLC, NMR)

Naturstof-forskning/Farmakognosi

Et specialeprojekt kunne typisk omfatte indledende HPLC-undersøgelser af en række planter, udvælgelse af 1-2 planter til HPLC-NMR-MS undersøgelser, præparativ isolering og strukturopklaring af de interessante stoffer og farma-kologisk karakterisering af indholdsstofferne. En anden mulighed er kvalitets-vurdering af naturlægemidler; herunder multivariat dataanalyse af NMR spektre (1H NMR baseret metabonomics).

Farmakologisk screening og karakterisering af naturstoffer For planter med en allerede konstateret farmakologisk aktivitet af planteekstrak-tet, enten på baggrund af etnofarmakologisk information eller screening af plan-ter, isoleres indholdsstofferne ofte ved en bioaktivitetsguided fraktionering.

Under oprensningen testes fraktioner i et udvalgt assay, og de fraktioner, der ud-viser aktivitet, arbejdes der videre med. Naturstof/Farma-kognosi-gruppen udfører selv en række farmakologiske assays, herunder malaria tokscitets assay (Plasmodium falciparum), cancer assays, CNS aktivitets assays (SERT, AChE, MAO, GABA), SERCA assay, antimikrobielle assays, antioxidations assays samt toksicitets assays på celler eller hele organismer.

Et specialeprojekt kunne f.eks. omhandle bioaktivitetsguided fraktionering af planter udvalgt på baggrund af etnofarmakologisk information eller udvikling af nye assays til farmakologisk karakterisering af naturstoffer.

Syntese af naturstoffer og naturstofanaloger

I en medicinalkemisk udvikling af naturstofafledte "leads" vil man forsøge at forbedre de farmakologisk aktive naturstoffers selektivitet for at undgå bivirk-ninger samt forsøge at optimere aktiviteten generelt. Dette gøres ved at syntetisere en række analoger af det aktive naturstof, for på den måde at finde ud af hvilke strukturelle ændringer der giver øget aktivitet og lavere toxicitet (dvs. udlede struktur-aktivitets-relationer - SAR). Naturstof/Farmakognosi-gruppen

arbejder både med traditionelle syntesemetoder og moderne kombinatorisk parrallelsyntese på fastfase. Et specialeprojekt kunne f.eks. omhandle (i) Kombinatorisk parrallelsyntese af analoger af hvepsetoxiner som virker mod Alzheimers- og Parkinsons syge mhp. SAR-studier, (ii) Diversitetsorienteret syntese af privilegerede strukturer (f.eks. diaminosyrer), (iii) Syntese og test af stofbiblioteker med potentiel antimikrobiel aktivitet, eller (iv) Syntese af analoger af Thapsigargin, som er potentielle lægemidler mod prostatacancer.

Princippet i fastfase syntese

Naturstof-forskning/Farmakognosi

Eksempler på tidligere specialeprojekter: Mathilde Lester og Marie Fog: Indholdsstoffer fra udvalgte afrikanske planter fra Apocynaceae familien. Vejleder: Jerzy W. Jaroszewski. Louise Berthelsen: Oprensning og karakterisering af aktive stoffer fra Lomatia hirsuta (Proteaceae). Vejledere: Anne Adsersen og Per Mølgaard. Trine Bylov: Isolering af cyanogene glucosider og semisyntese af GHB analoger. Vejledere: Henrik Franzyk og Jerzy W. Jaroszewski. Lene Vittrup Marcussen og Tina Holstein Hansen: Furanocoumariner og GABAA receptor aktivitet - En undersøgelse af Angelica archangelica og Clausena anisata. Vejledere: Per Mølgaard, Claus Cornett og Mogens Nielsen. Helle Therese Olsen: Isolation and identification of Monoamine oxidase inhibitors from Leonotis leonurus and Mentha aquatica. Vejledere: Anna K. Jäger og Mikael E. Pedersen. Julie Regitze Kesting: Isolering og strukturopklaring af alkaloider fra Schizozygia coffaeoides og Erythrina burttii. Vejledere: Jerzy W. Jaroszewski og Dan Stærk. Emma Sooki Dahl Jeppsen og Trang Hong Thi Lam: Syntese og aktivitet af helmaticin analoger. Vejleder: Søren Brøgger Christensen. Sarah Emilie Harbjerg Pedersen: Isolation and structure elucidation of naphtylisoquinoline alkaloids from the leaves of Ancistrocladus ikela. Vejleder: Søren Brøgger Christensen. Ole Dall og Anne Kjølbye: Isolering og identifikation af acetyl- og butyrylcholinesterase hæmmede stoffer fra Corydalis cava. Vejledere: Anna Jäger og Anne Adsersen. Dorte Skøttegaard Rasmussen: 1H NMR-based metabonomics applied to in vitro cultured Plasmodium falciparum. Vejledere: Dan Stærk and Jerzy W. Jaroszewski. Mai Frederiksen: Potentielle kemoterapeutika i thailandsk rod tilhørende Curcuma slægten. Vejleder: Søren Brøgger Christensen. Anders Guldberg Jensen: Hypoglykæmisk effekt af vandigt ekstrakt fra Crinodendron hookerianum. Vejleder: Per Mølgaard.