Enzymatische Charakterisierung der humanen Aldosteronsynthase (CYP11B2) durch in vitro Untersuchungen sowie Homologiemodellierung und Dockingstudien

Abstract

Die humane Aldosteronsynthase katalysiert die Biosynthese des Aldosterons in der Nebenniere durch sukzessive 11β- und 18-Hydroxylierung und anschließende 18-Oxidation von 11-Desoxycorticosteron. Aldosteron, das wichtigste Mineralocorticoid im menschlichen Körper, ist an der Regulation des Blutdrucks beteiligt und spielt eine entscheidende Rolle bei der Entstehung von arteriellem Bluthochdruck, Herzinsuffizienz und myokardialer Fibrose. Diese Tatsache macht das Enzym zu einem interessanten Target für die Entwicklung selektiver Inhibitoren als neue Arzneistoffe. In der vorliegenden Arbeit konnte die Expression des CYP11B2 in E. coli optimiert werden, um ausreichende Mengen des Enzyms zur Charakterisierung bereitzustellen. Zudem wurden die humanen Redoxpartner, Adx und AdR, in E. coli exprimiert und gereinigt. In vitro-Umsätze von 11-Desoxycorticosteron mit CYP11B2 und die Bestimmung der Dissoziationskonstanten zeigten, dass die Stärke der Substratbindung einen entscheidenden Einfluss auf die Produktbildung hat. Zusätzlich wurde der Einfluss unterschiedlicher Faktoren auf das Produktmuster untersucht. Die erhaltenen Ergebnisse konnten durch die Erstellung eines Homologie-Modells für CYP11B2 und das Docking der verschiedenen Liganden bestätigt werden. Die Anwendung des in dieser Arbeit etablierten in vitro-Systems der humanen Aldosteronsynthase ermöglicht die Charakterisierung potentieller Inhibitoren bezüglich ihrer Wirkung auf den Substratumsatz und die Bestimmung ihrer Dissoziationskonstanten.

Human aldosterone synthase catalyzes the biosynthesis of aldosterone in the adrenal cortex by successive 11β- and 18-hydroxylation followed by the subsequent 18-oxidation of 11-deoxycorticosterone. Aldosterone, the major human mineralocorticoid, is involved in the regulation of blood pressure and plays a crucial role in the formation of arterial hypertension, heart failure and myocardial fibrosis. According to this, aldosterone synthase is an important target for developing selective inhibitors as new drugs. In this work, the expression of CYP11B2 in E. coli was optimized to yield sufficient amounts of enzyme for its characterization. Moreover, the human redox partners, Adx and AdR were expressed in E. coli and purified to homogenity. In vitro-conversions of 11-deoxycorticosterone by CYP11B2 and the determination of dissociation constants displayed crucial effects on the product formation of the strength of substrate binding. Additionally, influence of several factors on the product pattern has been investigated. The results could be confirmed by docking results of the different ligands into a newly build homology model of CYP11B2. The established in vitro system with human aldosterone synthase enables the characterization of potential inhibitors concerning their effects on substrate conversion and the determination of dissociation constants.