391010 Glykobiotechnologie/Glykolipide (V+S) (SoSe 2024)

Glykosphingolipide (GSL) sind Bestandteile aller tierischen Zellen, bei denen sie bevorzugt in der Plasmamembran vorkommen. Sie stellen amphipathische Membrankomponenten dar, die aus einem hydrophilen Oligosaccharidteil und einem hydrophoben Membrananker (Ceramid) bestehen. GSL treten nicht als singuläre Moleküle in der Phospholipidmatrix von Membranen auf, sondern sind in supramolekularen Strukturen organisiert, die als Mikrodomänen oder "lipid rafts" bezeichnet werden. Der Zuckeranteil ragt von der Zelloberfläche aus gesehen nach außen, wodurch Zellen mittels ihrer GSL mit der Umgebung in Wechselwirkung treten. GSL spielen bei einer Vielzahl von biologischen Prozessen eine Rolle, wie z.B. bei Zell-Zell-Interaktionen, indem sie als ¿Kommunikationsstrukturen¿ für die Einleitung von Signaltransduktionskaskaden fungieren.
Die klinisch-medizinische Relevanz ergibt sich aus der Tatsache, daß zahlreiche GSL die Rezeptoren von Viren, Bakterien und bakteriellen Toxinen darstellen. Influenzaviren (Grippeviren) docken an die Oberfläche von Epithelzellen der Atemwege an, woraufhin die Aufnahme des Virus in die Zelle ausgelöst wird. Humanpathogene Bakterien binden häufig an Epithelien von Organen des Intestinaltraktes und sind besonders dann gefürchtet, wenn sie gegenüber Antibiotika Multiresistenzen ausbilden, so daß klassische Antibiotika wirkungslos werden. Beispiele für bakterielle Toxine sind die Shigatoxine von pathogenen Colibakterien und das Botulinumtoxin von Clostridium botulinum. Das Botulinumtoxin (Neurotoxin) beispielsweise ist das stärkste bisher bekannte Zellgift und kann aus militärischer Sicht als Biowaffe eingesetzt werden, findet aber in friedlicher Absicht als zugelassenes Arzneimittel ("Faltenkiller") Verwendung. Die genaue Kenntnis der spezifischen Rezeptoren sowohl von Bakterien als auch ihrer Toxine hat zur Entwicklung von sog. "Oligosaccharid-Mimetika" geführt, die kompetitiv-inhibitorisch wirken und sich bereits in der klinischen Erprobung befinden.
Aus medizinischer Sicht stößt die Tatsache, daß maligne Entartungen von Zellen bei nahezu allen Tumorarten mit einer im Vergleich zu normalen Zellen veränderten Expression ihrer GSL einher geht, auf ein enormes Interesse. In Tumoren erhöht exprimierte GSL, sog. "Tumor-assoziierte" GSL, können für die verschiedensten Formen von adjuvanten Tumortherapien als Zielstrukturen ("targets") dienen. Als Therapeutika sind zytotoxische Pflanzenlektine und bakterielle Toxine sowie sog. "humanisierte" monoklonale Antikörper geeignete Kandidaten, die für eine erfolgversprechende Tumortherapie alle eins gemeinsam haben müssen: eine hohe Bindungsspezifität genau für diejenigen GSL, die erhöht in Tumorzellen auftreten.
Ausgehend von den strukturellen Grundlagen der GSL soll im Rahmen der Vorlesung das Potential aufgezeigt werden, das sich aus Erkenntnissen der Grundlagenforschung für die klinische Anwendung ergibt. Dazu werden in der Vorlesung "Medizinische Glykobiotechnologie" Beispiele neuartiger glykobiotechnologischer Strategien vorgestellt, die vielversprechende Ansätze für eine erfolgreiche Therapie von Infektionskrankheiten und Krebserkrankungen liefern.