DE10238697A1 - Neue Peptaibole mit neuroleptischer Wirkung - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft neue Peptaibole, die als Sekundärmetabolite von dem Pilz Trichoderma sp. DSM 15117 während der Fermentation synthetisiert werden und sich im Myzel und in der Kulturbrühe anhäufen, ein Herstellungsverfahren für diese Verbindungen und ihre Verwendung als pharmakologischer Wirkstoff, insbesondere als Arzneimittel.
- Naturstoffe verschiedenster Strukturen werden bekanntermaßen durch Mikroorganismen produziert, wobei Peptidantibiotika eine große Subklasse der bekannten antibakteriellen und antifungalen Wirkstoffe bilden, die aus verschiedenen pro- und eukaryotischen Mikroorganismen isoliert werden können.
- Peptidische Antibiotika und strukturell ähnliche Wirkstoffe, wie z.B. Enzyminhibitoren oder Rezeptorantagonisten, zeichnen sich durch interessante biologische Wirkungen aus (z.B. diverse antimikrobielle Aktivitäten, kanzerostatische, kardiotone, immunmodulatorische Wirkungen, Wachstumsförderung von Nutztieren, Wirkungen als Insektizide usw.; siehe; z.B. Gräfe, U., Biochemie der Antibiotika, Spektrum Heidelberg, 1992; Takeuchi et al., J.Antibiot. 44, 263–272, 1991; Kaneda, M., J. Antibiot. 44, 792– 796, 1991, W. Steglich et al., Römpp, Chemie-Lexikon Naturstoffe, W. Steglich et al., G. Thieme Stuttgart 1997).
- Die Peptaibole bilden eine besondere Untergruppe der Peptidwirkstoffe. Es handelt sich um lineare Peptide mit bis zu 20 Aminosäurebestandteilen, die sich durch einen besonders hohen Gehalt an α-Aminoisobuttersäure (Aib) auszeichnen (Brückner, H. und Przybylski, M., J. Chromatogr. 296, 263–275, 1984; Pandey, R.C. et al., J. Antibiot. 27, 274–282, 1974; Przybylski, M. et al., Biomed. Mass. Spectrom. 11, 569–582, 1984). Für einzelne Vertreter der Peptaibole wurden antimikrobielle Eigenschaften und morphogene Wirkungen auf Pilze berichtet (Argoudelis, A. et al., J. Antibiot. 27, 321–328, 1974; Dornberger, K. et al., J. Antibiot. 48, 977–989, 1995).
- Von Interesse ist insbesondere der biologische Wirkmechanismus der Peptaibole, der eine Ionenkanalbildung in biologischen Membranen beinhaltet (siehe z.B. Grigoriev, P. et al., Biochim. Biophys. Acta 1237, 1–5, 1995).
- Darüber hinaus wurde für eine Reihe von Peptidwirkstoffen gezeigt, daß sie mit Rezeptoren von Zellen oder mit Enzymen zellulärer Signalketten interagieren und somit antagonistische, agonistische, inhibitorische und stimulatorische Wirkungen hervorrufen (Miyata, S. et al., J. Antibiot. 45, 74–82, 1992; Kamiyama et al., J. Antibiot. 45, 424–427, 1992; Weber et al., J. Antibiot. 44, 164–171, 1991). Ampullosporin wurde kürzlich als erster und bisher einziger Vertreter der Peptaibole beschrieben, der eine neuroleptische Wirkung am Versuchstier aufweist (Ritzau et al., J. Antibiot. 50, 722–728, 1997;
DE 19 740 030 A1 ). - Die für neuroleptische Anwendungen vorgesehenen und eingesetzten Wirkstoffe, wie z.B. Synthetika (Chlorpromazin, Haloperidol), das o.g. genannte Ampullosporin weisen Mängel auf, dadurch gekennzeichnet, daß unbefriedigende Wirkungen vorhanden sind und daß eine zu hohe Toxizität, unerwünschte Nebeneffekte oder eine unvorteilhafte Pharmakokinetik auftreten.
- Aufgabe der Erfindung ist es daher, neue Wirkstoffe vom Typ der Peptaibole mit neuroleptischer Wirkung zur Verfügung zu stellen, die potentiell verbesserte Wirkungen und Anwendungseigenschaften besitzen.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Pilzstamm Trichoderma sp. DSM 15117 in einem Nährmedium mit Kohlenstoff- und Stickstoffquelle sowie den üblichen anorganischen Salzen fermentiert wird, in dem die neuen neuroleptisch wirksamen Peptaibole, vorzugsweise in der Kulturbrühe angehäuft werden, anschließend aus der Kulturbrühe isoliert, in reiner Form gewonnen und gegebenenfalls in chemische Derivate überführt werden.
- Die Erfindung betrifft somit neue Peptaibole der allgemeinen Formel I,
N-Acetyl-L-Val-L-Gln-X-Y-L-Leu-Aib-L-Pro-L-Leucinol (I),
worin X für L-Val-L-Val-L-Val, L-Leu-L-Val-Aib, L-Leu-L-Leu-Aib,
L-Val-Aib-L-Gln-L-Gln und L-Leu-Aib-L-Gln-L-Gln steht und
Y L-Pro-L-Val, L-Pro-L-Leu oder L-Leu-L-Leu-L-Pro bedeuten. - Insbesondere betrifft die Erfindung die folgenden Peptaibole:
Peptaibol 1 der Formel I, worin X L-Leu-L-Val-Aib und Y L-Pro-L-Leu
Peptaibol 2 der Formel I, worin X L-Leu-L-Leu-Aib und Y L-Pro-L-Leu
Peptaibol 3 der Formel I, worin X L-Val-Aib-L-Gln-L-Gln und Y L-Leu-L-Leu-L-Pro
Peptaibol 4 der Formel I, worin X L-Leu-Aib-L-GIn-L-Gln und Y L-Leu-L-Leu-L-Pro
Peptaibol 5 der Formel I, worin X L-Val-L-Val-L-Val und Y L-Pro-L-Val - Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung der Peptaibole der Formel I, insbesondere der Peptaibole 1, 2, 3, 4 und 5, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Trichoderma sp. DSM 15117 in einem Nährmedium kultiviert, bis sich diese Verbindungen in der Kulturbrühe anhäufen und man sie nachfolgend daraus isoliert.
- Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft die Verwendung der Peptaibole der Formel I als pharmakologisch wirksame Stoffe, insbesondere als neuroleptische, antipsychotische und anderweitig neurologisch wirksame Arzneimittel.
- Ferner betrifft die Erfindung Arzneimittel, die eine oder mehrere Peptaibole der Formel I enthalten, und die unter Verwendung der üblichen Träger- und Hilfsstoffe hergestellt werden.
- Definitionen
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- – Unter neuen Peptaibolen der allgemeinen Formel I sind die Verbindungen 1–5 zu verstehen.
- – Die erfindungsgemäßen Peptaibole (1–5) besitzen gemäß Formel I Molmassen von 1175 Da bis 1458 Da.
- – Als Kulturbrühe wird das Nährmedium, welches das darin gewachsene Pilzmyzel enthält, bezeichnet.
- Der Mikroorganismenstamm HKI 0276 wurde aus einer Bodenprobe in Westthüringen (Deutschland) gewonnen, und bei der Deutschen Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH in Braunschweig (DSMZ) am 26.7.2002 unter der Hinterlegungsnummer DSM 15117 gemäß den Bedingungen des Budapester Vertrages hinterlegt.
- Die erfindungsgemäßen Peptaibole werden durch den Stamm Trichoderma sp. DSM 15117 produziert.
- In einem Medium mit einer Kohlenstoffquelle, einer Stickstoffquelle und den üblichen Mineralsalzen produziert Trichoderma sp. DSM 15117 die erfindungsgemäßen Peptaibole 1, 2, 3, 4 und 5. Anstelle des Stammes Trichoderma sp. DSM 15117 können auch dessen Mutanten und Varianten eingesetzt werden. Als Mutanten und Varianten gelten alle jene Mikroorganismen der Spezies, die in der Lage sind, die erfindungsgemäßen Verbindungen zu synthetisieren.
- Solche Mutanten können in an sich bekannter Weise durch physikalische Mittel, beispielsweise Bestrahlung mit Ultraviolett- oder Röntgenstrahlen oder chemische Mutagene erzeugt werden.
- Das Screening nach Mutanten und Varianten, die die erfindungsgemäßen Verbindungen synthetisieren, kann durch Bestimmung der biologischen Aktivität der in der Kulturbrühe angehäuften Wirkstoffe, beispielsweise durch Austesten der antibiotischen Wirkung auf bekannte Testkeime anhand der dem Fachmann bekannten Methoden durchgeführt werden.
- Als bevorzugte Kohlenstoffquellen für die aerobe Fermentation eignen sich assimilierbare Kohlenhydrate und Zuckeralkohole, wie z.B. Glucose, Lactose, Glycerol, Mannitol oder deren Gemische sowie kohlenhydrathaltige Naturprodukte, wie Malzextrakt.
- Als Stickstoffquelle eignen sich Aminosäuren, Peptide und Proteine sowie deren Abbauprodukte, wie Tryptone oder Peptone, ferner Fleischextrakte, gemahlene Samen, beispielsweise von Mais, Weizen, Bohnen, Soja oder der Baumwollpflanze, Destillationsrückstände der Alkoholherstellung, Fischmehle oder Hefeextrakte, aber auch Ammoniumsalze und Nitrate.
- Die Bildung der Peptaibole entsprechend der allgemeinen Strukturformel I erfolgt gut in Nährmedien, die 0,2–6 % Malzextrakt, bevorzugt 2–4 % Malzextrakt, 1 % Glucose, 0,01–1 % Hefeextrakt, bevorzugt 0,1–0,6 % Hefeextrakt, enthalten.
- Die Kultivierung erfolgt aerob, beispielsweise submers unter Schütteln oder Rühren in Schüttelkolben oder unter Verwendung von Standkulturen in Glasflaschen. Die Fermentation kann beispielsweise in Steilbrustflaschen, Erlenmeyer- oder Rundkolben verschiedener Volumina erfolgen. Sie wird in einem Temperaturbereich zwischen 15–37 °C, besonders bevorzugt zwischen 20–30 °C, durchgeführt. Der pH-Wert liegt zwischen 4 und 7, bevorzugt zwischen 4,5 und 6,5. Der Mikroorganismus wird unter diesen Bedingungen 5–28 Tage, bevorzugt 7–18 Tage, kultiviert. Die Fermentation kann im Labormaßstab (Kulturvolumina zwischen 100 ml und 250 ml), aber auch im Produktionsmaßstab (Volumina bis mehrere m3) durchgeführt werden.
- Vorteilhafterweise kultiviert man in mehreren Stufen, d.h. zunächst werden eine oder mehrere Vorkulturen in einem flüssigen Nährmedium hergestellt, die dann in das eigentliche Produktionsmedium, die Hauptkultur, beispielsweise im Verhältnis 1:5 bis 1:20, überimpft werden.
- Die Vorkultur erhält man, indem man ein versportes Myzel von z.B. Malzagar-Nährböden in eine Nährlösung überführt, beispielsweise durch Einimpfen von Myzelbewachsenen Agarstücken, und diese 7–28 Tage, vorzugsweise 7 Tage, inkubiert.
- Das Pilzmyzel kann beispielsweise erhalten werden, indem man den Stamm etwa 7–28 Tage, bevorzugt 7 Tage, bei 23–28 °C auf einem Nährboden, wie z.B. Malz-Agar oder Kartoffel-Glucose-Agar, wachsen läßt.
- Die erfindungsgemäßen Peptaibole sind in wechselnden Anteilen in der Kulturbrühe, vorzugsweise im Myzel, enthalten.
- Zum Testen der Wirkstoffkonzentration im Kulturmedium oder in den einzelnen Isolierungsstufen können die üblichen dem Fachmann vertrauten Methoden der biologischen Aktivitätsbestimmung, z.B. der Agardiffusions-Lochplattentest oder die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie, beispielsweise an Kieselgel RP18 mit Acetonitril/Wasser/Triethylamin-Mischungen als Laufmittel verwendet werden. Die Detektion bei der dünnschichtchromatographischen Auftrennung kann durch Iod-Dampf oder durch Färbeagentien, z.B. Vanillin/H2SO4 (konz.), erfolgen.
- Die Isolierung der Peptaibole aus der Kulturbrühe erfolgt nach bekannten Methoden unter Berücksichtigung der chemischen, physikalischen und biologischen Eigenschaften der Produkte. Zur Isolierung der Peptaibole wird am Ende der emersen Fermentation im Labormaßstab wasserunlösliches organisches Lösungsmittel, wie z.B. Essigsäureethylester, zur Kulturlösung zugesetzt und damit die Kulturbrühe vollständig extrahiert. Zur Isolierung der neuen Peptaibole aus submersen Kulturansätzen wird am Ende der Fermentation Kulturmedium und Myzel getrennt und das Myzel mit organischen Lösungsmitteln, wie Methanol oder Aceton, vorzugsweise Methanol, extrahiert.
- Weitere Mengen an Peptaibolen werden durch Extraktion der vom Myzel abgetrennten Kulturlösung mit wasserunlöslichen organischen Lösemitteln, wie z.B. Essigsäureethylester, gewonnen.
- Nach Einengen der Extrakte und gegebenenfalls Reextraktion des Methanolextraktes des Myzels mit wasserunlöslichen organischen Lösungsmitteln, wie z.B. Essigsäureethylester oder Dichlormethan, erfolgt die Isolierung der Peptaibole unter Einsatz üblicher chromatographischer Adsorbentien bzw. Trägermaterialien, wie z.B. Kieselgel oder organophile Dextrangele.
- Durch sequentielle Anwendung der Säulenchromatographie an Kieselgel, der Gelpermeations-Chromatographie an organophilen Dextrangelen unter Verwendung von polaren organischen Lösungsmitteln, wie z.B. Methanol, der Mitteldruckchromatographie an Kieselgel RP18 unter Verwendung von Acetonitril/Wasser-Gemischen sowie der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie unter Verwendung von Methanol/Wasser- und Acetonitril/Wasser-Gemischen, ferner Umkristallieren aus Acetonitril oder Hexan/Chloroform-Gemischen werden schließlich die reinen Peptaibole 1, 2, 3, 4 und 5 erhalten.
- Die chemische Identität der Peptaibole 1, 2, 3, 4 und 5 entsprechend der in der allgemeinen Formel I gezeigten chemischen Konstitution wird durch die Ergebnisse der hochauflösenden Massenspektrometrie (FAB-MS, Quadrupol-Electro-spray- CID-MS/MS) bewiesen.
- Die antibakteriellen Wirkungen der Peptaibole können durch die dem Fachmann bekannten Methoden, wie beispielsweise die Bestimmung der minimalen Hemmzonenkonzentration (MHK) im Agarplattendiffusionstest (Europäisches Arzneibuch 1997, 3. Ausgabe, Amtliche Österreichische Auflage, Verlag Österreich, S. 113–118) aufgezeigt werden.
- Die neuen Peptaibole 1–5 sind gegen Bakterien, vorzugsweise gegen grampositive Organismen, wie z.B. Bacillus subtilis ATCC 6633 wirksam.
- Die erfindungsgemäßen Peptaibole sind stark neuroleptisch am Versuchstier Maus wirksam. Sie senken langanhaltend die Körpertemperatur ebenso ab, wie das bekannte Neurotherapeutikum Chlorpromazin. Sie sind daher für die therapeutische Anwendung als Neuroleptika und Anxyolytika in der Behandlung von neurodegenerativen Erkrankungen, wie z.B. Schizophrenie, sehr gut geeignet.
- Die erfindungsgemäßen Peltaibole können als solche in Substanz (Einzelsubstanz) oder in Mischung mit geeigneten, aus dem Stand der Technik bekannten Hilfsstoffen oder Trägermaterialien verabreicht werden.
- Die so hergestellten erfindungsgemäßen Arzneimittel werden im allgemeinen oral oder parenteral appliziert, aber auch eine rektale Anwendung ist möglich. Geeignete feste oder flüssige galenische Zubereitungsformen sind beispielsweise Granulate, Pulver, Tabletten, Dragees.
- Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert.
- Ausführunsgbeispiele
- 1a. Herstellung von Vorkulturen des Stammes Trichoderma sp. DSM 15117:
- Zur Gewinnung eines versporten Myzels wird der Stamm Trichoderma sp. 15 Tage bei 25 °C auf einem Nährboden folgender Zusammensetzung (g/l) kultiviert: Malzextrakt 40, Hefeextrakt 4, Agar 15, destilliertes Wasser pH 6,0 (Sterilisation 25 min bei 110 °C).
- 1b. Die Herstellung einer emersen Standkultur bzw. einer Vorkultur des Stammes
- Trichoderma sp. erfolgt in 1 l Erlenmeyerkolben mit 250 ml Nährmedium folgender Zusammensetzung (g/l): D-Glucose 10; Malzextrakt 20; Hefeextrakt 2; (NH4)2PO4 0,5. Die Beimpfung erfolgt mit 2 cm2-Aeralen von Oberflächenkulturen des Stammes Trichoderma sp., die auf Agarmedium entsprechend Beispiel 1a angezogen wurden.
- 1c. Herstellung von Schüttelkulturen des Stammes Trichoderma sp.:
- Es werden 1 l Erlemneyerkolben mit eingebauten Schikanen mit jeweils 250 ml Nährmedium folgender Zusammensetzung (g/l) verwendet: Glycerin 5; Glucose 3; Pepton 8; 2-Methylallanin 1 sowie 0,1 % Malzagar. Die Beimpfung erfolgt wie unter 1a und 1b beschrieben. Es kann als Vorkulturmedium auch Kartoffel-Glucose-Agar (Difco) verwendet werden.
- 2. Gewinnung der Peptaibole 1, 2, 3, 4 und 5 aus der Kulturbrühe:
- Die gesamte Kultur wird im Verhältnis 2:1 (Kulturbrühe/Lösungsmittel) mit Ethylacetat extrahiert, und der Extrakt wird nach Trocknen über Natriumsulfat bis zum Rückstand im Vakuum eingeengt.
- 3. Chromatographische Auftrennung der Peptaibole 1–5
- Die Peptaibole 1, 2, 3, 4 und 5 werden aus dem eingeengten Ethylacetatextrakt von 20 l Fermentatiansbrühe durch die nachfolgenden chromatographischen Aufarbeitungsschritl:e erhalten:
Zunächst wird der Rückstand des eingeengten Extraktes auf eine Chromatographiesäule, gefüllt mit Dextrangelen, wie z.B. Sephadex LH-20, in Methanol gegeben. Mit dem gleichen Lösungsmittel werden zunächst ölige Begleitkomponenten eluiert, danach eluiert man die Hauptmenge an Peptaibolen sowie nachfolgend niedermolekulare Verunreinigungen. Ausbeute: 1,8 g. In einer zweiten säulenchromatographischen Reinigungsstufe erfolgt die Chromatographie an Kieselgel 60 unter Verwendung von Chloroformn/Methanol/Triethylamin (9:1; 0,1; v/v) als Eluent. Ausbeute: 1,1 g. Eine weitere Anreicherung der Peptaibole kann durch nochmalige Säulenchromatographie an organophilen Dextrangelen, wie Sephadex LH-20, in Methanol erfolgen. Das auf diese Weise erhaltene Gemisch der Peptaibole 1–5 kann durch Hochleistungsflüssigkeitschromatographie unter Verwendung von Rcversphasen-Kieselgelen (z.B. RP18) und eines binären Gradienten Wasser-Acetonitril (95:5 zu 5:95, 30 min) aufgetrennt werden. Die reinen Peptaibole können aus Acetonitril oder Chloroform-Hexan-Mischungen umkristallisiert werden. - 4. Strukturaufklärung:
- Die Struktur der neuen Peptaibole entsprechend allgemeiner Formel I wird durch die massenspektrometrischen Untersuchungen bestätigt.
- Tabelle 1 zeigt die physikochemischen Eigenschaften. Das Molekulargewicht, die chemische Formel und die Sequenz der Aminosäuren in den neuen Peptaibolen wurde durch hochauflösende Electrospray-Massenspek-trometrie und Tandem-Massenspektrometrie (CID-MS/MS, MS") bestimmt. Die Chiralitätsanalyse wurde durch seine Hydrolyse, Derivatisierung der erhaltenen Aminosäuren mit Marfey's Reagenz und HPLC-Analyse unter Vergleich mit chiralen Aminosäurederivaten durchgeführt.
- 5. Biologische Wirksamkeit:
- Die Peptaibole 1, 2, 3, 4 und 5 zeigen in einer Dosis von 1–100 mg/kg Körpergewicht an der Maus eine dosisabhängige Abnahme der Körpertemperatur bis zur Raumtemperatur in der gleichen Größenordnung wie das bekannte Neuroleptikum Chlorpromazin (Thompson, E.B. Drug Bioscreening, Drug Evaluation Techniques in Phamacology, Chapter 3: Antipsychotic activity; VCH New York, Weinheim, Basel, Cambridge, S. 25–22, 1990).
- Ferner induzieren sie die Pigmentbildung durch den Pilzstamm Phoma destructiva und wirken antibakteriell und fungizid gegen grampositive Bakterien und phytopathogene Pilze.
Claims (9)
- Verbindungen der Formel I, N-Acetyl-L-Val-L-Gln-X-Y-L-Leu-Aib-L-Pro-L-Leucinol, worin X für L-Val-L-Val-L-Val, L-Leu-L-Val-Aib, L-Leu-L-Leu-Aib, L-Val-Aib-L-Gln-L-Gln und L-Leu-Aib-L-GIn-L-Gln steht und Y L-Pro-L-Val, L-Pro-L-Leu oder L-Leu-L-Leu-L-Pro bedeutet.
- Verbindung der Formel I gemäß Anspruch 1, worin X L-Leu-L-Val-Aib und Y L-Pro-L-Leu ist.
- Verbindung der Formel I gemäß Anspruch 1, worin X L-Leu-L-Leu-Aib und Y L-Pro-L-Leu ist.
- Verbindung der Formel I gemäß Anspruch 1, worin X L-Val-Aib-L-Gln-L-Gln und Y L-Leu-L-Leu-L-Pro ist.
- Verbindung der Formel I gemäß Anspruch 1, worin X L-Leu-Aib-L-GIn-L-Gln und Y L-Leu-L-Leu-L-Pro ist.
- Verbindung der Formel I gemäß Anspruch 1, worin X L-Val-L-Val-L-Val und Y L-Pro-L-Val ist.
- Verfahren zur Herstellung der Verbindungen der Formel I gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Trichoderma sp., insbesondere Trichoderma sp. DSM 15117, in einem Nährmedium kultiviert, bis sich die Verbindungen der Formel I in der Kulturbrühe anhäufen, und man sie nachfolgend daraus isoliert.
- Verwendung der Verbindungen der Formel I gmäß Anspruch 1 als Arzneimittel für die Behandlung von neurologischen Erkrankungen.
- Arzneimittel enthaltend eine Verbindung der Formel I gemäß Anspruch 1 nebst üblichen Hilfs- und Trägerstoffen.
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2002
- 2002-08-23 DE DE2002138697 patent/DE10238697A1/de not_active Withdrawn
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| BECKER,Dieter,et.al.: Structures of Peptaibol Antibiotics Hypomurocin A and B from the Ascomycetous Fungus Hypocrea muroiana Hino et Katsumoto. In: Liebigs. Ann./Recueil, 1997, S.767-772 * |
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| GOULARD,Christophe,et.al.: Trichorzins HA and MA, Antibiotic Peptides from Trichoderma harzianum, I. Fermentation, Isolation and Biological Properties. In: The Journal Of Antibiotics, Nov.1995, S.1248-1253 * |
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