WO2005054457A1 - Method for identifying fungicidal compounds from fungal pyruvate kinases - Google Patents

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WO2005054457A1
WO2005054457A1 PCT/EP2004/013323 EP2004013323W WO2005054457A1 WO 2005054457 A1 WO2005054457 A1 WO 2005054457A1 EP 2004013323 W EP2004013323 W EP 2004013323W WO 2005054457 A1 WO2005054457 A1 WO 2005054457A1
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pyruvate kinase
activity
pyruvate
sequence
polypeptide
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PCT/EP2004/013323
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Roland Ebbert
Edda Koopmann
Martin Adamczewski
Bernhard Grimmig
Karl-Heinz Kuck
Arnd Voerste
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Bayer Cropscience Aktiengesellschaft
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    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2333/00Assays involving biological materials from specific organisms or of a specific nature
    • G01N2333/37Assays involving biological materials from specific organisms or of a specific nature from fungi

Definitions

  • the invention relates to a method for identifying fungicides, the use of fungal pyruvate kinase to identify fungicides, and the use of inhibitors of pyruvate kinase as fungicides.
  • fungicides are often sought in essential biosynthetic pathways. Ideal fungicides continue to be those substances that inhibit gene products that are of crucial importance in the expression of the pathogenicity of a fungus.
  • the object of the present invention was therefore to identify a suitable new point of attack for potential fungicidal active substances and to make them accessible, and to provide a method which makes it possible to identify modulators of this point of attack which can then be used as fungicides.
  • Pyruvate kinase (EC No. 2.7.1.40), hereinafter also abbreviated to PK, is the last enzyme in glycolysis, the most important way of breaking down glucose in eukaryotic cells. Synonyms for pyruvate kinase are also the names phosphoenol pyruvate kinase, phosphoenol transphosphorylase or pyruvate 2-O-phosphotransferase.
  • the PK converts phosphoenolpyruvate and ADP into pyruvate and ATP.
  • the enzymatic activity of the PK can be represented schematically as follows:
  • Phosphoenolpyruvate + ADP + H + ⁇ > pyruvate + ATP.
  • the reaction can be divided into two halves (Muirhead et al., 1986). First, the phosphate of phosphoenol pyruvate is transferred directly to ADP with the formation of a pyruvate enolation (stabilized by a Mg 2+ ion). The pyruvate enolate is then protonated and isomerized to the pyruvate. This isomerization to the keto form is practically quantitative and is the driving force for the reaction.
  • PK is an important regulating point in the metabolism of a cell, since it has to be highly active for the glycolytic metabolism, but with active gluconeogenesis it has to be inactive in order to break down newly formed phosphoenolpyruvate in an idle cycle.
  • the kinetics and regulation of PK have been well investigated (summarized, for example, in Muirhead, 1987 and Boles, 1997).
  • the M 2 , L and R forms are regulated allosterically: fructose-l, 6-bisphosphate, phosphoenolpyruvate, ADP, K + - and NH 4 4 - ions have an activating effect, repressing citric acid and ATP.
  • the mi-enzyme is not allosterically regulated.
  • S. cerevisiae only has a PK isoenzyme that is similar in regulatory properties to the M 2 isoform from mammals.
  • Genes for pyruvate kinase have been cloned from various organisms, including the fungus Neurospora crassa (TrEMBL Accession No. EAA30602), Trichoderma reesei (Swissprot Accession No. P31865), Emericella nidulans (Swissprot Accession No. P22360), Aspergillus niger (Swissprot Accession No. Q122669), Aspergillus oryzae (TrEMBL Accession No. Q9HGY6), Kluyveromyces lactis (TrEMBL Accession No.
  • MG08063.1 access: http: // www- genome.wi.mit.edii / annotation fungi / magnaporthe / geneindex.html) or for Botrytis cinerea, Blumeria graminis, Mycosphaerella graminicola or Phytophthora infestans ( Sequences BfCon [1384], Bg [0304], mgall26f, PiCon [0026], access: http://cogeme.ex.ac.uk/search.html).
  • pyruvate kinase The importance of pyruvate kinase has already been explored in medical research. In contrast to most other tissues, tumor cells mainly contain the M 2 isozyme of PK (summarized in Mazurek and Eigenbrodt, 2003). Therefore, the PK is considered as possible Starting point for the fight against tumors viewed (WO 01/96535 A2, US 2001/0046997 AI, WO 02/095063 AI). Inhibitors of pyruvate kinase have also become known which can be used as pharmaceuticals for various diseases such as cancer or Alzheimer's (US 2001/0046997 AI). However, a possible role of pyruvate kinase as a target for fungicidal agents has not yet been investigated.
  • the object of the present invention was now to identify new points of attack by fungicides in fungi, in particular in phytopathogenic fungi, and to make a method accessible in which inhibitors of such a point of attack or polypeptide can be identified and their fungicidal properties can be tested.
  • the object was achieved by identifying the pyruvate kinase as a target for fungicidal active substances, which isolated nucleic acid coding for pyruvate kinase from a phytopathogenic fungus, Ustilago maydis, which was obtained from the encoded polypeptide and made available a method with the inhibitors of this enzyme can be determined.
  • the inhibitors identified with this method can be used against fungi in vivo.
  • FIG. 1 Schematic representation of the reaction catalyzed by the pyruvate kinase.
  • Pyruvate kinase catalyzes the conversion of phosphoenolpyruvate (PEP) and ADP to pyruvate and ATP.
  • PEP phosphoenolpyruvate
  • Figure 2 Sequence alignment to show the homology between pyruvate kinases from different fungi. Particularly homologous areas (consensus sequence) are shown with a black background.
  • Figure 3 Graphical representation of the kinetics of the NADPH decrease in a coupled activity test for the pyruvate kinase.
  • the reaction of the pyruvate kinase was coupled with the reaction of the lactate dehydrogenase.
  • Different concentrations of LDH were used in test batches of 200 ⁇ l per well. When using 1U LDH, the decrease in NADH concentration is particularly evident.
  • Figure 4 Graphical representation of the decrease in the activity of pyruvate kinase in the presence of an inhibitor. The course of the reaction is shown for batches with different concentrations of compound 1 and for the positive and negative control.
  • SEQ ID NO: 1 nucleic acid sequence coding for the pyruvate kinase from Ustilago maydis.
  • identity is to be understood as the number of matching amino acids (identity) with other proteins, expressed in percent.
  • the identity is preferably determined by comparing a given sequence to other proteins with the aid of computer programs. If sequences which are compared with one another have different lengths, the identity is to be determined in such a way that the number of amino acids which the shorter sequence has in common with the longer sequence determines the percentage of identity.
  • identity can be determined by means of known computer programs which are available to the public, such as, for example, ClustalW (Thompson et al., Nucleic Acids Research 22 (1994), 4673-4680).
  • ClustalW is made publicly available by Julie Thompson (Thompson@EMBL-Heidelberg.DE) and Toby Gibson (Gibson@EMBL-Heidelberg.DE), European Molecular Biology Laboratory, Meyerhofstrasse 1, D 69117 Heidelberg, Germany.
  • ClustalW is also available from various websites, including the IGBMC (Institut de Genetique et de Biologie Moleisme et Cellulaire, BP163, 67404 Illkirch Cedex, France; ftp://ftp-igbmc.u-strasbg.fr/pub/) and the EBI ( ftp://ftp.ebi.ac.uk pub / software /) and from all mirrored websites of the EBI (European Bioinformatics Institute, Wellcome Trust Genome Campus, Hinxton, Cambridge CB10 1SD, UK). If the ClustalW computer program version 1.8 is used to determine the identity between e.g.
  • sequence database searches One way to find similar sequences is to perform sequence database searches. Here, one or more sequences are specified as a so-called query. This query sequence is then compared using statistical computer programs with sequences that are contained in the selected databases. Such database queries (“blast searches”) are known to the person skilled in the art and can be carried out at various providers.
  • proteins are to be understood which, when using at least one of the methods described above for identity determination, have an identity of at least 70%, preferably of at least 75%, particularly preferably of at least 80%, further preferably of at least 85 %, and in particular of at least 90%.
  • hybridize or “hybridization” as used herein describes the process in which a single-stranded nucleic acid molecule with a complementary strand undergoes base pairing.
  • DNA fragments from phytopathogenic fungi other than Ustilago maydis are isolated which code for pyruvate kinases which have the same or similar properties of one of the pyruvate kinase according to the invention.
  • Hybridization conditions are approximately calculated using the following formula:
  • Hybridization solution DIG Easy Hyb (Röche, ZZ) Hybridization temperature: 42 ° C to 70 ° C, preferably at 42-65 ° C (DNA-DNA) or 50 ° C (DNA-RNA).
  • particularly suitable stringent temperatures for the hybridization are between 50 and 65 ° C, a temperature of 65 ° C being a particularly suitable stringent temperature.
  • 1st washing step 2 x SSC, 0.1% SDS 2 5 min at room temperature;
  • 2nd washing step 1 x SSC, 0.1% SDS 2 x 15 min at 50 ° C; preferably 0.5 x SSC, 0.1% SDS 2 x 15 min at 65 ° C; particularly preferably 0.2 x SSC, 2 x 15 min at 68 ° C.
  • complete pyruvate kinase describes a pyruvate kinase encoded by a complete coding region of a transcription unit, comprising an ATG start codon and comprising all information-bearing exon regions of the gene present in the organism of origin, coding for a pyruvate kinase, and the signals necessary for a proper termination of the transcription.
  • enzyme or "biological activity of a pyruvate kinase” as used herein refers to the ability of a polypeptide to carry out the reaction described above, i.e. to catalyze the conversion of phosphoenolpyruvate and ADP to pyruvate and ATP.
  • active fragment no longer describes complete nucleic acids coding for pyruvate kinase, but which still code for polypeptides with the biological activity of a pyruvate kinase and which can catalyze a reaction characteristic of the pyruvate kinase as described above. Such fragments are shorter than the complete nucleic acids encoding pyruvate kinase described above. Nucleic acids may have been removed both at the 3 'and / or 5' ends of the sequence, but parts of the sequence can also be deleted, i.e. have been removed that do not significantly affect the biological activity of the pyruvate kinase.
  • a lower or possibly also an increased activity, which, however, still allows the characterization or use of the resulting pyruvate kinase fragment, is understood to be sufficient in the sense of the expression used here.
  • the expression "active fragment” can also refer to the amino acid sequence of the pyruvate kinase and then applies analogously to the above statements for those polypeptides which, in comparison to the complete sequence defined above, no longer contain certain parts, the biological activity of the enzyme however not significantly impairing this is.
  • the fragments can have different lengths.
  • pyruvate kinase inhibition test or “inhibition test” as used herein refer to a method or a test which allows the inhibition of the enzymatic activity of a polypeptide with the activity of a pyruvate kinase by one or more chemical compounds ( "Candidate” or “test compound (s)”), whereby the chemical compound can be identified as an inhibitor of pyruvate kinase.
  • gene as used herein is the term for a portion of the genome of a cell that is responsible for the synthesis of a polypeptide chain.
  • fungicide or "fungicidal” as used herein refers to chemical compounds which are suitable for combating fungi which are pathogenic to humans, animals and plants, in particular fungi which are pathogenic to plants. Such phytopathogenic fungi are mentioned below, the list is not exhaustive: Plasmodiophoromycetes, Oomycetes, Chytridiomycetes, Zygomycetes, Ascomycetes, Basidiomycetes and Deuteromycetes, e.g.
  • Pythium species such as, for example, Pythium ultimum, Phytophthora species, such as, for example, Phytophthora infestans, Pseudoperonospora species, such as, for example, Pseudoperonospora humuli or Pseudoperonospora cubensis, Plasmopara species, such as, for example, Plasmopara viticola, Bremia species, such as, for example, Bremia lactucae, Peronospor Species such as Peronospora pisi or P.
  • brassicae Erysiphe species such as Erysiphe graminis, Sphaerotheca species such as Sphaerotheca fuliginea, Podosphaera species such as Podosphaera leucotricha, Venturia species such as Venturia inaequalis and Pyrenophora species , such as, for example, Pyrenophora teres or P.
  • Drechslera conidial form: Drechslera, Syn: Helminthosporium
  • Cochliobolus species such as, for example, Cochliobolus sativus
  • Uromyces species such as, for example, Uromyces appinia species
  • Pu such as, for example, Puccinia recondita
  • Sclerotinia species n such as Sclerotinia sclerotiorum
  • Tilletia species such as Tilletia caries
  • Ustilago species such as, for example, Ustilago nuda or Ustilago avenae
  • Pellicularia species such as, for example, Pellicularia sasakii
  • Pyricularia species such as, for example, Pyricularia oryzae
  • Fusarium species such as, for example, Fusarium culmorum, Botrytis species, Septoria
  • Fungicidal active ingredients which are found with the aid of the pyruvate kinases according to the invention from plant pathogenic fungi can also interact with pyruvate kinase from human pathogenic fungus species, the interaction with the different pyruvate kinases occurring in these fungi not always having to be equally strong.
  • the present invention therefore also relates to the use of inhibitors of pyruvate kinase for the preparation of agents for the treatment of diseases caused by fungi which are pathogenic to humans.
  • Dermatophytes such as Trichophyton spec, Microsporum spec, Epidermophytonfloccosum or Keratomyces ajelloi, which cause foot mycoses (tinea pedis), for example,
  • Yeasts such as Candida albicans, which causes thrush esophagitis and dermatitis, Candida glabrata, Candida krusei or Cryptococcus neoformans, which e.g. can cause pulmonary cryptococcosis and also torulose,
  • Mold such as Aspergillus fumigatus, A. flavus, A. niger, e.g. cause bronchopulmonary aspergillosis or fungal sepsis, Mucor spec, Absidia spec, or Rhizopus spec, e.g. Cause zygomycoses (intravascular mycoses), Rhinosporidium seeberi, which e.g. chronic granulomatous pharyngitis and tracheitis, Madurella myzetomatis, which e.g. causes subcutaneous mycetomas, Histoplasma capsulatum, which e.g.
  • Coccidioides immitis which e.g. pulmonary coccidioidomycosis and sepsis
  • Paracoccidioides brasiliensis which e.g. Brazilian blastomycosis
  • Blastomyces dermatitidis which e.g. Gilchrist's disease and North American blastomycosis
  • Loboa loboi which e.g. Keloid blastomycosis and Lobo's disease
  • Sporothrix schenckii e.g. Sporotrichosis (granulomatous skin mycosis).
  • Fungicidal active ingredients which are found with the aid of a pyruvate kinase obtained from a specific fungus, here from Ustilago maydis, can therefore also interact with pyruvate kinase from other numerous fungus species, especially also with phytopathogenic fungi, the interaction with the different pyruvate kinases occurring in these fungi does not always have to be equally strong. Among other things, this explains the observed selectivity of the substances active on this enzyme.
  • homologous promoter refers to a promoter which controls the expression of the gene in question in the original organism.
  • heterologous promoter refers to a promoter which has different properties than the promoter which controls the expression of the gene in question in the original organism.
  • competitive refers to the property of the compounds to compete with other compounds that may be identified in order to compete for binding to the pyruvate kinase and to displace or be displaced by the enzyme.
  • inhibitor or "specific inhibitor” as used herein denotes a substance that directly inhibits an enzymatic activity of the pyruvate kinase.
  • Such a Inhibitor is preferably "specific", ie the inhibition of PK requires a lower concentration of the inhibitor than for another, independent effect.
  • the concentration is preferably two times lower, particularly preferably five times lower and very particularly preferably at least ten times or 20 times lower than the concentration of a compound which is required to produce an unspecific effect.
  • modulator represents a generic term for inhibitors and activators.
  • Modulators can be small organic chemical molecules, peptides or antibodies which bind to the polypeptides according to the invention or which influence their activity.
  • modulators can be small organic chemical molecules, peptides or antibodies which bind to a molecule which in turn binds to the polypeptides according to the invention and thereby influences their biological activity.
  • Modulators can represent natural substrates and ligands or structural or functional mimetics thereof.
  • modulator as used herein is preferably, however, those molecules which do not represent the natural substrates or ligands.
  • the complete sequence of a pyruvate kinase from the plant-pathogenic fungus Ustilago maydis is made available, which enables further research of pyruvate kinases, in particular from plant-pathogenic fungi, and thus the development of a new target protein for the identification of new fungicidal active substances.
  • pyruvate kinase in fungi can be a target protein (a so-called "target") of fungicidally active substances.
  • target a target protein of fungicidally active substances.
  • pyruvate kinase is an enzyme that is particularly important for fungi and is therefore particularly suitable for use as a target protein in the search for further and improved fungicidally active compounds.
  • Inhibitors of pyruvate kinase with a fungicidal activity have not previously been described. So far, there is also no indication that the pyruvate kinase in phytopathogenic or human or animal pathogenic fungi can be influenced, for example inhibited, by active substances and whether it is possible in vivo to combat fungi, in particular phytopathogenic fungi, with an active substance which modulates the pyruvate kinase is. Pyruvate kinase has not yet been described as a target protein for fungicides. There are no known active ingredients which have a fungicidal action and whose site of action is pyruvate kinase.
  • the pyruvate kinase can be a target or “target” for fungicidal active compounds in phytopathogenic fungi, so that the inhibition of the pyruvate kinase could lead to damage or death of the fungus.
  • pyruvate kinase can be used to identify modulators or inhibitors of its enzymatic activity in test procedures, which is possible with various theoretically interesting targets, e.g. are already known as essential for an organism.
  • inhibitors of pyruvate kinase which could be identified in such processes, can be used as fungicides.
  • a method was developed which is suitable for determining the activity of the pyruvate kinase and the inhibition of this activity in a so-called inhibition test, in this way inhibitors of the enzyme e.g. identified in HTS and UHTS procedures.
  • the compounds identified with the aid of this method according to the invention were tested in in vivo tests on fungi.
  • pyruvtakmase can also be inhibited in vivo by active substances and that a fungal organism treated with these active substances can be damaged and killed by treatment with these active substances.
  • the inhibitors of a fungal pyruvate kinase can therefore be used as fungicides, in particular in crop protection or as antifungals in pharmaceutical indications.
  • the inhibition of pyruvate kinase with a substance identified in a method according to the invention leads to the death or inhibition of growth of the treated fungi in synthetic media or on the plant.
  • Pyruvate kinases can be obtained from various phytopathogenic fungi or from human or animal pathogenic fungi, e.g. as shown in the present invention from the plant pathogenic fungus U. maydis.
  • the gene can e.g. recombinantly expressed in Escherichia coli and an enzyme preparation made from E. coli cells.
  • Pyruvate kinases from phytopathogenic fungi are preferably used to identify fungicides which can be used in crop protection. If the goal is to identify fungicides or antimycotics that are to be used in pharmaceutical indications, the use of pyruvate kinases from human or animal pathogenic fungi is recommended.
  • the associated ORF was amplified by means of PCR using selected primers using methods known to the person skilled in the art.
  • the polypeptide was then transformed and expressed in E. coli AD494 (DE3) Comp. Cells from Novagen (Example 1).
  • the Ustilago maydis gene coding for pyruvate kinase has a size of 1587
  • the present invention thus also provides a complete genomic sequence of a phytopathogenic fungus coding for a pyruvate kinase, and describes its use or the use of the polypeptide encoded thereby for the identification of inhibitors of the enzyme.
  • the present invention therefore also relates to the nucleic acid from the Ustilago maydis fungus coding for a polypeptide with the enzymatic function of a pyruvate kinase according to SEQ ID NO: 1.
  • Pyruvate kinases share homologous regions (see Figure 2). Typical of pyruvate kinases is a conserved region that includes a lysine residue that is likely to act as an acid / base catalyst in the conversion of pyruvate to phosphonenolypruvate. The conserved region also includes a glutamic acid residue that is involved in the binding of the magnesium ion.
  • sequence motif which is typical for pyruvate kinases, can be reproduced in the form of a prostite motif (Hofmann et al., 1999). It can be represented as follows:
  • residue K stands for lysine in the active center and the residue E for the glutamine involved in the binding of the magnesium ion.
  • PROSITE enables polypeptides to be assigned a function and thus to recognize pyruvate kinases as such.
  • the "one-letter code” is used to display the Prosite motif.
  • the symbol “x” stands for a position where every amino acid is accepted.
  • a variable position at which various specific amino acids are accepted is shown in square brackets "[...]", whereby the possible amino acids at this position are listed.
  • Amino acids that are not accepted at a certain position are enclosed in curly brackets " ⁇ ... ⁇ ”.
  • a dash “-” separates the individual elements or positions of the motif. If a certain position, for example "x”, repeats several times in succession, this can be represented by specifying the number of repetitions in a subsequent bracket, for example "x (3)”, which stands for "xxx”.
  • a Prosite motif ultimately represents the components of a consensus sequence, as well as the distances between the amino acids involved, and is therefore typical for a certain enzyme class.
  • further polypeptides from phytopathogenic fungi can be identified or assigned on the basis of the nucleic acids according to the invention which belong to the same class as the polypeptide according to the invention and can therefore also be used in the manner according to the invention.
  • this motif is present, as is the case with Neurospora crassa, Trichoderma reesei, Emericella nidulans, Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Kluyveromyces lactis, Yarrowia lipolytica, Schizosaccharomyces pombe, Agaricusthisophiae infestus, S. c Figure 2).
  • Prosite motif or the specific consensus sequence are typical of the polypeptides according to the invention, which can be structurally defined on the basis of these consensus sequences and are therefore also clearly identifiable.
  • the present invention therefore also relates to polypeptides from phytopathogenic fungi with the biological activity of a pyruvate kinase, which have the aforementioned prosite motif [LIVAC] -x- [LlvTsI] (2) - [SAPCV] -K- [LIV] -E-
  • Those polypeptides which comprise the prosite motif [IV] -x- [IV] -I- [SPACV] -K- [ ⁇ V] -E- [NS] -X- [EQ] -G- [LIVM] are preferred .
  • pyruvate kinases from other phytopathogenic fungi can also be identified and used to achieve the above object, ie they can also be used to identify inhibitors of a pyruvate kinase, which in turn can be used as Fungicides can be used in crop protection.
  • pyruvate kinases from other phytopathogenic fungi can also be identified and used to achieve the above object, ie they can also be used to identify inhibitors of a pyruvate kinase, which in turn can be used as Fungicides can be used in crop protection.
  • another fungus which is not pathogenic to the plant, or its pyruvate kinase or the sequence coding therefor, in order to identify fungicidal inhibitors of pyruvate kinase.
  • nucleic acids coding for pyruvate kinases from other (phytopathogenic) fungi, for example by PCR.
  • nucleic acids and their use in methods for identifying fungicidal active substances are considered to be encompassed by the present invention.
  • nucleic acid sequence according to the invention With the aid of the nucleic acid sequence according to the invention and sequences obtained from other phytopathogenic fungi according to the methods described above, further nucleic acid sequences coding for a pyruvate kinase from other fungi can be identified.
  • the present invention therefore also relates to the use of nucleic acids from phytopathogenic fungi which code for a polypeptide with the enzymatic activity of a pyruvate kinase, in particular polypeptides which comprise the motif described above, for identifying inhibitors of fungal pyruvate kinases.
  • the present invention also relates to the nucleic acid coding for the Ustilago maydis pyruvate kinase with the SEQ ID NO: 1 and the nucleic acids coding for the polypeptides according to SEQ ID NO: 2 or active fragments thereof.
  • the nucleic acids according to the invention are in particular single-stranded or double-stranded deoxyribonucleic acids (DNA) or ribonucleic acids (RNA).
  • DNA deoxyribonucleic acids
  • RNA ribonucleic acids
  • Preferred embodiments are fragments of genomic DNA, and in particular cDNAs.
  • the nucleic acids which can be used in the manner according to the invention comprise a sequence of phytopathogenic fungi coding for a polypeptide with the enzymatic activity of a pyruvate kinase selected from
  • polypeptides with the activity of a pyruvate kinase can also be obtained from other fungi, preferably from phytopathogenic fungi, which then e.g. can be used in a method according to the invention.
  • the pyruvate kinase from Ustilago maydis is preferably used.
  • the present invention furthermore relates to DNA constructs which comprise a nucleic acid according to the invention and a homologous or heterologous promoter.
  • heterologous promoters depends on whether pro- or eukaryotic cells or cell-free systems are used for expression.
  • heterologous promoters are the 35S promoter of cauliflower mosaic virus for plant cells, the alcohol dehydrogenase promoter for yeast cells, the T3, T7 or SP6 promoters for prokaryotic cells or cell-free systems.
  • Promoters which are also suitable for the expression of the UMP / CMP kinases in gram-negative bacterial strains are, for example, the cos, tac, trp, tet, lpp, lac, laclq, T5, gal, trc , ara, 1-PR or 1-PL promoter.
  • the promoters ADC1, MFa, AC, P-60, CYC1, GAPDH, TEF, rp28, AOX1 and GAP can also be used for expression in yeast strains.
  • yeast strains for example, the polyhedrin promoter and the p10 promoter (Luckow, V.A. and Summers, M.D. (1988) Bio / Techn. 6, 47-55) can be used.
  • Fungal expression systems such as e.g. the Pichia pastoris system can be used, the transcription here being driven by the methanol-inducible AOX promoter.
  • the present invention furthermore relates to vectors which contain a nucleic acid according to the invention, a regulatory region according to the invention or a DNA construct according to the invention. All phages, plasmids, phagmids, phasmids, cosmids, YACs, BACs, artificial chromosomes or particles which are suitable for particle bombardment can be used as vectors.
  • Preferred vectors are, for example, the commercially available fusion and expression vectors pGEX (Pharmacia Biotech Ine), pMAL (New England Biolabs, Beverly, MA) and pRIT5 (Pharmacia, Piscataway, NJ) which contains glutathione S-transferase (GST), maltose binding protein, or Protein A, the pTrc vectors (Amann et al., (1988), Gene 69: 301-315), the "pKK233-2n (CLONTECH, Palo Alto, California) and the" pET “and” pBADH vectors -series from Stratagene, La Jolla.
  • vectors for use in yeast are pYep Secl (Baldari et al. (1987), Embo J. 6: 229-234), pMFa (Kurjan and Herskowitz (1982), Cell 30: 933-943), pJRY88 (Schultz et al. (1987), Gene 54: 113-123), and pYES derivatives, pGAPZ derivatives, pPICZ derivatives, the vectors of the Pichia Expression Kit '(Tnvitrogen Corporation, San Diego, CA), the p4XXprom.
  • Vector series (Mumberg et al., 1995) and pSPORT vectors (Fa. Life Technologies) for bacterial cells, or gateway vectors (Fa. Life Technologies) for various expression systems in bacterial cells, plants, P. pastoris, S. cerevisiae or insect cells.
  • the present invention also relates to host cells which contain a nucleic acid according to the invention, a DNA construct according to the invention or a vector according to the invention.
  • host cell refers to cells which do not naturally contain the nucleic acids according to the invention.
  • Suitable host cells are both prokaryotic cells, preferably E. coli, and eukaryotic cells, such as cells from Saccharomyces cerevisiae, Pichia pastoris, insects, plants, frog oocytes and cell lines from mammals.
  • the present invention furthermore relates to polypeptides with the biological activity of a pyruvate kinase which are encoded by the nucleic acids according to the invention.
  • polypeptides which can be used in accordance with the invention preferably comprise an amino acid sequence selected from phytopathogenic fungi
  • polypeptides refers to both short amino acid chains, commonly referred to as peptides, oligopeptides, or oligomers, as well as longer amino acid chains commonly referred to as proteins. It encompasses amino acid chains that can be modified either by natural processes, such as post-translational processing, or by chemical processes that are state of the art. Such modifications can occur at various locations and multiple times in a polypeptide, such as, for example, on the peptide backbone, on the amino acid side chain, on the amino and or on the carboxy terminus.
  • acetylations include, for example, acetylations, acylations, ADP ribosylations, amidations, covalent linkages with flavins, heme components, nucleotides or nucleotide derivatives, lipids or lipid derivatives or phosphatidylinositol, cyclizations, disulfide bridging, demethylations, cystine formation, formylations gamma carboxylations, glycosylations, hydroxylations, iodinations, methylations, myristoylations, oxidations, proteolytic processing, phosphorylations, selenoylations and tRNA-specific additions of amino acids.
  • polypeptides according to the invention can be in the form of "mature” proteins or as parts of larger proteins, e.g. as fusion proteins. Furthermore, they can have secreting or "leader” sequences, pro sequences, sequences which enable simple purification, such as multiple histidine residues, or additional stabilizing amino acids.
  • the proteins according to the invention can also be present as they are naturally present in their organism of origin, from which they can be obtained directly, for example. Active fragments of a pyruvate kinase can also be used in the method according to the invention, as long as they enable the determination of the enzymatic activity of the polypeptide or its inhibition by a candidate compound.
  • polypeptides used in the methods according to the invention can have deletions or amino acid substitutions in comparison with the corresponding regions of naturally occurring pyruvate kinases, as long as they still show at least the biological activity of a complete pyruvate kinase.
  • Conservative substitutions are preferred. Such conservative substitutions include variations in which one amino acid is replaced by another amino acid from the following group:
  • Aromatic residues Phe, Tyr and Trp.
  • a possible purification method of pyruvate kinase is based on preparative electrophoresis, FPLC, HPLC (for example using gel filtration, reverse phase or slightly hydrophobic columns), gel filtration, differential precipitation, ion exchange chromatography or affinity chromatography (see Example 2).
  • a rapid method for isolating pyruvate kinase synthesized by host cells begins with the expression of a fusion protein, whereby the fusion partner can be easily affinity-purified.
  • the fusion partner can be, for example, an MBP tag or a His tag (cf. Example 2).
  • the fusion partner can be separated by partial proteolytic cleavage, for example on linkers between the fusion partner and the polypeptide according to the invention to be purified.
  • the linker can be designed to include target amino acids, such as arginine and lysine residues, that define sites for trypsin cleavage. Standard cloning techniques using oligonucleotides can be used to create such linkers.
  • purification processes are based on preparative electrophoresis, FPLC, HPLC (e.g. using gel filtration, reverse phase or slightly hydrophobic columns), gel filtration, differential precipitation, ion exchange chromatography and affinity chromatography.
  • composition containing the polypeptides according to the invention is preferably enriched at least 10-fold and particularly preferably at least 100-fold with respect to the protein content compared to a preparation from the host cells.
  • polypeptides according to the invention can also be affinity-purified without a fusion partner using antibodies which bind to the polypeptides.
  • polypeptides with pyruvate mase activity e.g. the pyruvate kinase from U. maydis is characterized by
  • the cells thus obtained containing the polypeptide according to the invention or the purified polypeptide thus obtained are suitable for use in methods for identifying pyruvate kinase modulators or inhibitors.
  • the present invention also relates to the use of polypeptides from fungi, preferably from phytopathogenic fungi, which have at least one biological activity of a pyruvate kinase in methods for identifying fungicides, it being possible for the pyruvate kinase inhibitors to be used as fungicides.
  • the pyruvate kinase from Ustilago maydis is particularly preferably used.
  • Fungicidal active ingredients which are found with the help of a pyruvate kinase from a particular fungal species, can also interact with pyruvate kinase from other fungal species, although the interaction with the different pyruvate kinase occurring in these fungi does not always have to be equally strong. This explains, among other things, the selectivity of active substances.
  • the use of the active ingredients found with a specific pyruvate kinase as a fungicide in other fungi can also be attributed to the fact that pyruvate kinases from different fungus species are very close and show pronounced homology in larger areas. Figure 2 clearly shows that such homology exists over considerable sequence sections between all examined fungi and thus the effect of e.g. substances found with the help of pyruvate kinase from U. maydis is not necessarily limited to U maydis.
  • the present invention therefore also relates to a method for identifying fungicides by testing potential inhibitors or modulators of the enzymatic activity of pyruvate kinase (“candidate compound” or “test compound”) in a pyruvate kinase inhibition test.
  • Methods which are suitable for identifying modulators, in particular inhibitors or antagonists, of the polypeptides according to the invention are generally based on the determination of the
  • test systems that aim to test compounds and natural extracts are preferably geared towards high throughput numbers in order to maximize the number of substances tested in a given period of time.
  • Test systems that are based on cell-free work require purified or semi-purified protein. They are suitable for a first test, which primarily aims to detect a possible influence of a substance on the target protein. Once such a first test has been carried out and one or more compounds, extracts etc. have been found, the effect of such compounds can be examined in a more targeted manner in the laboratory.
  • the inhibition or activation of the polypeptide according to the invention can be checked again in vitro in order to then test the effectiveness of the compound on the target organism, here one or more phytopathogenic fungi.
  • the compound can then optionally be used as a starting point for the further search and development of fungicidal compounds based on the original structure, but e.g. are optimized in terms of effectiveness, toxicity or selectivity.
  • modulators e.g. incubating a synthetic reaction mix (e.g. products of in vitro transcription) or a cellular component such as a membrane, a compartment or any other preparation which contains the polypeptides according to the invention together with an optionally labeled substrate or ligand of the polypeptides in the presence and absence of a candidate molecule become.
  • the ability of the candidate molecule to inhibit the enzymatic activity of the polypeptides of the invention will e.g. recognizable by a reduced binding of the optionally labeled ligand or by a reduced implementation of the optionally labeled substrate.
  • Molecules that inhibit the biological activity of the polypeptides according to the invention are good antagonists or inhibitors.
  • reporter systems include, but are not limited to, colorimetrically or fluorimetrically detectable substrates that are converted to a product, or a reporter gene that is responsive to changes in the activity or expression of the polypeptides of the invention, or other known binding assays.
  • Another example of a method with which modulators of the polypeptides according to the invention can be found is a displacement test in which, under suitable conditions, the polypeptides according to the invention and a potential modulator with a molecule which is known to bind to the polypeptides according to the invention, such as a natural one Bring substrate or ligands or a substrate or ligand mimetic.
  • the polypeptides according to the invention themselves can be labeled, for example fluorimetrically or colorimetrically, so that the number of polypeptides which are bound to a ligand or which have undergone a reaction can be determined exactly.
  • the binding can also be followed by means of the optionally labeled substrate, ligand or substrate analog. In this way, the effectiveness of an antagonist can be measured.
  • Test systems check both inhibitory or suppressive effects of the substances as well as stimulatory effects.
  • the effectiveness of a substance can be checked using concentration-dependent test series. Control approaches without test substances or without enzyme can be used to evaluate the effects.
  • Another possibility for identifying inhibitors of the polypeptide according to the invention is based on so-called in vivo or cell-based methods, which are based in principle on the following steps: (1) Production of transgenic organisms which are capable of transformation with a nucleic acid according to the invention to express a UMP / CMP kinase, (2) applying a test compound to the organism from step (1) and for control to an analog, non-transformed organism, (3) determining the growth or survivability of the transgenic and a non- transformed organism after the application of the test compound from step (2), and (4) selection of test compounds which, in comparison with the growth of the transgenic organism, result in reduced growth, reduced viability and / or reduced pathogenicity of the non-transgenic organism.
  • An analog, non-transformed organism is to be understood as an organism that was used as the starting organism in step (1).
  • the transformation can be carried out using a vector according to the invention or the nucleic acid according to the invention itself.
  • Fungi are particularly suitable as organisms which are transformed with the nucleic acid or vector according to the invention, particularly preferably the phytopathogenic fungi mentioned at the beginning.
  • the host cells containing nucleic acids coding for a pyruvate kinase according to the invention which are available on the basis of the present invention also enable the development of test systems based on cells for the identification of substances which modulate the activity of the polypeptides according to the invention.
  • the modulators to be identified are preferably small organic chemical compounds.
  • a method for identifying a compound which modulates the activity of a pyruvate kinase from fungi and which, if appropriate in a suitable formulation, can be used as a fungicide in crop protection is preferably that
  • a polypeptide according to the invention or a host cell containing this polypeptide is brought into contact with a chemical compound or with a mixture of chemical compounds under conditions which allow the interaction of a chemical compound with the polypeptide,
  • the compound which specifically inhibits the activity of the polypeptide according to the invention is particularly preferably determined.
  • activity refers to the biological activity of the polypeptide according to the invention.
  • the fact is used that the pyruvate formed in the reaction of the pyruvate kinase is converted to lactate by the lactate dehydrogenase (LDH) using NADH. This also creates NAD0.
  • LDH lactate dehydrogenase
  • the cosubstrate NADH consumed in the reaction of the LDH has an extinction maximum at 340 nm.
  • the reaction is allowed to run and the decrease in absorbance is monitored as a function of time (kinetic measurement).
  • the enzymatic activity of the pyruvate kinase can be followed by monitoring the decrease in NADH by absorbance measurement at 340 nm.
  • a lower or inhibited activity of the pyruvate kinase is recognized by the fact that the NADH concentration (determined by photospectrometry) decreases more slowly or not at all.
  • the measurement can also be carried out in formats more common for HTS or UHTS assays, e.g. in microtiter plates in which e.g. a total volume of 5 to 50 .mu.l per batch or per well is presented and the individual components are present in one of the final concentrations given above.
  • the compound to be tested, potentially inhibiting or activating the activity of the enzyme is e.g. in a suitable concentration in test buffer containing ATP, phosphoenol pyruvate, and NADH and the auxiliary enzyme lactate dehydrogenase.
  • the polypeptide according to the invention is added in the above-mentioned test buffer and the reaction is started with it.
  • the approach is then e.g. incubated for up to 30 minutes at a suitable temperature and measured the decrease in the NADH concentration.
  • a further measurement is carried out in a corresponding approach, but without adding a candidate molecule and without adding a polypeptide according to the invention (negative control).
  • a further measurement is again carried out in the absence of a candidate molecule, but in the presence of the polypeptide according to the invention (positive control). Negative and positive control thus give the comparison values for the batches in the presence of a candidate molecule.
  • inhibitors of pyruvate kinase could be identified with the method according to the invention.
  • Table I shows examples of compounds which could be identified as inhibitors of pyruvate kinase using a method according to the invention. This shows that it is possible to successfully identify inhibitors of pyruvate kinase using a method according to the invention.
  • the compounds 1 and 2 are known cyclopentabenzofuran derivatives which have been described in connection with the therapy of NF- ⁇ B-dependent diseases (WO 00/08007 A2). Synthetic routes for the preparation of compounds 3 and 4 are described in Example 8.
  • the pyruvate kinase inhibitors found do not measurably inhibit the lactate dehydrogenase used as auxiliary enzyme.
  • inhibitors of a pyruvate mase according to the invention identified with the aid of a method according to the invention are suitable for damaging or killing fungi in a suitable formulation.
  • a solution of the active substance to be tested can be pipetted into the cavities of microtiter plates, for example. After the solvent has evaporated, medium is added to each cavity. A suitable concentration of spores or mycelium of the fungus to be tested is added to the medium beforehand. The resulting concentrations of the active ingredient are, for example, 0.1, 1, 10 and 100 ppm.
  • the plates are then incubated on a shaker at a temperature of 22 ° C. until sufficient growth can be determined in the untreated control.
  • the evaluation is carried out photometrically at a wavelength of 620 ⁇ m.
  • the dose of active ingredient can be determined from the measurement data of the different concentrations, which leads to a 50% inhibition of fungal growth compared to the untreated control (ED 50 ).
  • the present invention therefore also relates to the use of pyruvate kinase modulators from fungi, preferably from phytopathogenic fungi, as fungicides.
  • the present invention also relates to fungicides which have been identified using a method according to the invention.
  • Table ⁇ shows the results of such a test as ED 50 values for compounds found in a process according to the invention (cf. Table I) as an example.
  • the compounds have a fungicidal action on various fungi.
  • Table II shows the results of such a test as ED 50 values for compounds found in a process according to the invention (cf. Table I) as an example.
  • the compounds have a fungicidal action on various fungi.
  • the active ingredient to be tested is mixed with a solvent and emulsifier and the concentrate is diluted with water to the desired concentration.
  • the protective activity of the compound young tomato plants are sprayed with the active compound preparation and inoculated 1 day after treatment with a spore suspension of Phytophthora infestans. The plants are then placed in a climatic cell and the experiment is evaluated after a few days (example 7).
  • Table HI shows the results of such a test in the form of an efficiency (WG, percentage effect) for a given compound found in a process according to the invention (cf. Table I) (cf. Example 7).
  • 0% means an efficiency which corresponds to that of the control, while an efficiency of 100% means that no infection of the plant by the fungus is observed.
  • inhibitors of fungal pyruvate kinase have a fungicidal action and can be used as fungicides.
  • the present invention therefore also relates to the use of modulators of pyruvate kinase from fungi, preferably from phytopathogenic fungi, as fungicides or to processes for Control of unwanted fungal growth based on bringing an inhibitor of fungal pyruvate kinase into contact with the unwanted fungus and or its habitat.
  • the present invention also relates to fungicides which have been identified using a method according to the invention.
  • the identified active ingredients can be converted into the customary formulations, such as solutions, emulsions, suspensions, powders, foams, pastes, granules, aerosols, very fine encapsulations in polymeric substances and in coating compositions for seeds , as well as ULV cold and warm fog formulations.
  • formulations are prepared in a known manner, for example by mixing the active ingredients with extenders, that is to say liquid solvents, pressurized liquefied gases and / or solid carriers, if appropriate using surface-active agents, that is to say emulsifiers and or dispersants and / or foam-generating agents. If water is used as an extender, organic solvents can, for example, also be used as auxiliary solvents.
  • extenders that is to say liquid solvents, pressurized liquefied gases and / or solid carriers, if appropriate using surface-active agents, that is to say emulsifiers and or dispersants and / or foam-generating agents.
  • surface-active agents that is to say emulsifiers and or dispersants and / or foam-generating agents.
  • organic solvents can, for example, also be used as auxiliary solvents.
  • aromatics such as xylene, toluene or alkylnaphthalenes
  • chlorinated aromatics or chlorinated aliphatic hydrocarbons such as chlorobenzenes, chloromethylene or methylene chloride
  • aliphatic hydrocarbons such as cyclohexane or paraffins, for example petroleum fractions
  • alcohols such as butanol or Glycol and its ethers and esters
  • ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone or cyclohexanone
  • strongly polar solvents such as dimethylformamide and dimethyl sulfoxide, and water.
  • Liquefied gaseous extenders or carriers mean liquids which are gaseous at normal temperature and under normal pressure, for example aerosol propellants, such as halogenated hydrocarbons and butane, propane, nitrogen and carbon dioxide.
  • aerosol propellants such as halogenated hydrocarbons and butane, propane, nitrogen and carbon dioxide.
  • solid carriers for example, natural rock powders such as kaolins, clays, talc, chalk, quartz, attapulgite, montmorillonite or diatomaceous earth and synthetic rock powders such as highly disperse silica, aluminum oxide and silicates.
  • Possible solid carriers for granules are: e.g.
  • Suitable emulsifiers and / or foaming agents are: for example nonionic and anionic Emulsifiers, such as polyoxyethylene fatty acid esters, polyoxyethylene fatty alcohol ethers, for example alkylaryl polyglycol ethers, alkyl sulfonates, alkyl sulfates, aryl sulfonates and protein hydrolyzates.
  • Possible dispersing agents are, for example, lignin sulfite waste liquor and methyl cellulose.
  • Adhesives such as carboxymethyl cellulose, natural and synthetic powdery, granular or latex-shaped polymers can be used in the formulations, such as gum arabic, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, and also natural phospholipids, such as cephalins and lecithins, and synthetic phospholipids.
  • Other additives can be mineral and vegetable oils.
  • Dyes such as inorganic pigments, e.g. Iron oxide, titanium oxide, Fe ⁇ ocyanblau and organic dyes such as alizarin, azo and metal phthalocyanine and trace nutrients such as salts of iron, manganese, boron, copper, cobalt, molybdenum and zinc can be used.
  • the formulations generally contain between 0.1 and 95 percent by weight of active compound, preferably between 0.5 and 90%.
  • the active compounds according to the invention can also be used in a mixture with known fungicides, bactericides, acaricides, nematicides or insecticides, in order, for example, to broaden the spectrum of activity or to prevent the development of resistance.
  • fungicides bactericides
  • acaricides nematicides or insecticides
  • synergistic effects are obtained, i.e. the effectiveness of the mixture is greater than the effectiveness of the individual components.
  • the application rates can be varied within wide ranges depending on the application.
  • Plants are understood here to mean all plants and plant populations, such as desired and undesired wild plants or crop plants (including naturally occurring crop plants).
  • Crop plants can be plants which can be obtained by conventional breeding and optimization methods or by biotechnological and genetic engineering methods or combinations of these methods, including the transgenic plants and including the plant cultivars which can or cannot be protected by plant breeders' rights.
  • Plant parts are to be understood to mean all above-ground and underground parts and organs of plants, such as shoots, leaves, flowers and roots, examples being leaves, needles, stems, stems, flowers, fruiting bodies, fruits and seeds as well as roots, tubers and rhizomes.
  • the plant parts also include crops and vegetative and generative propagation material, for example cuttings, tubers, rhizomes, offshoots and seeds.
  • the treatment of the plants and parts of plants with the active compounds according to the invention is carried out directly or by acting on their environment, habitat or location according to the customary treatment methods, for example by immersion, spraying, evaporation, atomizing, scattering, spreading and, in the case of propagation material, in particular seeds single or multi-layer wrapping.
  • the gene with gene-specific oligonucleotides (forward primer: gcg ctg gcc cat atg atc tac gct cct att gcc aag aca c; reverse primer: g cca gca gct agc ggc cgc aac ctg agt gcc ctc gag ctt ) amplified by PCR. After digestion with the restriction enzymes Ndel and Notl, the PCR product is cloned into the similarly cut expression vector pET-21b (+) from concertovagen. The resulting plasmid pEB017 thus codes for a pyruvate kinase with a C-terminal His 6 tag
  • the plasmid pEB017 is transformed into E. coli AD494 (DE3).
  • An overnight culture (Ü ⁇ K) is set up by inoculating 25 ml LB-ampicillin medium (c [ampicillin]: 100 ⁇ g / ml) in a 100 ml Erlenmeyer flask with some cell material (individual colonies) from a freshly grown plate ( ⁇ 1 week) these are incubated at 37 ° C. and 200 rpm in a shaker cabinet overnight.
  • the cultures are distributed to 10 50 ml Falcon tubes and ⁇ 20 min. centrifuged at 4000 rpm and 4 ° C. After the first centrifugation, the supernatant is discarded and the rest of the cultures are redistributed to the tubes, so that a 100 ml pellet results per Falcon tube. After centrifugation, the pellets can be shock-frozen in liquid nitrogen and frozen at -85 ° C.
  • a cell pellet of 0.5 g is mixed with 2.8 ml lysis buffer, 50 mM Tris-Cl, pH 8.0, 300 mM NaCl, 10% glycerol, 6 mM DTT, the 1 mg / ml lysozyme and 30 ⁇ l Sigma Protease- Inhibitor P8849 be added.
  • the resuspended pellets are then 20 min. shaken at 30 ° C and ⁇ 160 rpm (digestion of the cell wall by lysozyme). Subsequently, the cell suspensions are divided into 4 15 ml Falcon tubes and disrupted with the ultrasonic wand (SONIFIER) for approx.
  • SONIFIER ultrasonic wand
  • Frits are inserted into empty PDIO columns, checked for leaks or permeability with water or lysis buffer and hung in the drip rack.
  • the Ni-NTA enzyme mixture is carefully applied to the frits (in equal parts) and the flow rate is collected.
  • the mixture is then washed with imidazole concentrations of 5 and 10 mM in lysis buffer (see above) or eluted with imidazole concentrations of 100 mM.
  • a protein determination according to BioRad and an activity test of the PK-containing elution fractions are then carried out, and all samples are checked by SDS-PAGE. After checking the activity, fractions with sufficient activity are pooled and desalted or concentrated using the Millipore Ultrafree-15 centrifugation units, pore size 30 kDa.
  • the elution fractions (100 mM imidazole) are pooled and stored in storage buffer (50 mM MES, pH 6.2, 10% glycerol, 100 mM KC1, 15 mM MgSO 4 , 6 mM phosphoenol pyruvate, 6 mM DTT) Make up buffer to a total of 70 ml.
  • the enzyme solution thus filled up is distributed over 6 Millipore Ultrafreel5 filters / 30kDa and 30 min. Centrifuged at 2000 xg and 20 ° C.
  • Test batch 200 ⁇ l 0.2; 1; 5 and 10 U LDH (corresponding to final concentrations of
  • the microtiter plate is incubated at room temperature.
  • the decrease in optical density at 340 nm is measured over 15-30 minutes.
  • the inhibition test for finding modulators is carried out in 384-well microtiter plates.
  • the volume of the batches is 50 ⁇ l.
  • the enzyme preparation described in Example 2 is thawed and in dilution buffer (50 mM MES, pH 6.2; 100 mM KC1; 15 mM MgSO 4 ; 30% (v / v) glycerol; 0.6 mM phosphoenol pyruvate; 6 mM DTT ; 20 ⁇ g / ml BSA) depending on the activity of the enzyme preparation diluted to 0.5 - 2 ⁇ g / ml protein concentration.
  • This enzyme solution is stored at room temperature.
  • test buffer 50 mM MES, pH 6.2; 100 mM KC1; 15 mM MgSO 4 .
  • concentration of the substances is measured so that the final concentration is between 2 ⁇ M and 10 ⁇ M.
  • 10 ⁇ l of the enzyme solution are added and the reaction by adding 35 ⁇ l of substrate mix (50 mM MES, pH 6.2; 100 mM KC1; 15 mM MgS0 4 ; 0.36 mM ADP; 0.25 mM phosphoenolpyruvate; 0.36 mM NADH; 1.43 mM fructose-1, 6-bisphosphate and 7.1 U LDH / ml; stored on ice).
  • substrate mix 50 mM MES, pH 6.2; 100 mM KC1; 15 mM MgS0 4 ; 0.36 mM ADP; 0.25 mM phosphoenolpyruvate; 0.36 mM NADH; 1.43 mM fructose-1, 6-bisphosphate and 7.1 U LDH / ml; stored on ice.
  • the microtiter plate is incubated at room temperature. The decrease in optical density at 340 nm is measured over 15-30 minutes.
  • a measurement is used as a negative control in which no substance to be tested, but 5 ⁇ l of 0.5% DMSO in test buffer (50 mM MES, pH 6.2; 100 mM KC1; 15 mM MgS0 4 ) is introduced and no enzyme solution, but purer Dilution buffer (50 mM MES, pH 6.2; 100 mM KC1; 15 mM MgS0 4 ; 30% (v / v) glycerin; 0.6 mM phosphoenolpyruvate; 6 mM DTT; 20 ⁇ g / ml BSA) without Pyruvate kinase is added. Otherwise, this approach is treated like the approaches with substances to be tested.
  • test buffer 50 mM MES, pH 6.2; 100 mM KC1; 15 mM MgS0 4
  • purer Dilution buffer 50 mM MES, pH 6.2; 100 mM KC1; 15 mM MgS0 4 ;
  • test buffer 50 mM MES, pH 6.2; 100 mM KC1; 15 mM MgS0 4
  • test buffer 50 mM MES, pH 6.2; 100 mM KC1; 15 mM MgS0 4
  • This approach is also treated like the approaches with substances to be tested.
  • the pyruvate kinase is omitted from the first solution and phosphoenol pyruvate is replaced by pyruvate.
  • the pyruvate is only added in the first solution, since in the presence of pyruvate in the substrate mix, the reaction already took place in the substrate mix.
  • a corresponding solution without pyruvate kinase with 1.5 mM pyruvate is prepared (50 mM MES, pH 6.2; 100 mM KC1; 15 mM MgSO 4 ; 30% (v / v) glycerol; 1, 5mM pyruvate; 6mM DTT; 20 ⁇ g / ml BSA).
  • This solution is stored at room temperature. 5 ⁇ l of the substances to be tested are placed in 5% (v / v) DMSO in test buffer (50 mM MES, pH 6.2; 100 mM KC1; 15 mM MgSO) in the cavities of a 384-well microtiter plate.
  • the concentration of the substances is measured so that the final concentration is between 2 ⁇ M and 10 ⁇ M.
  • 10 ⁇ l of the pyruvate solution are added and the reaction is carried out by adding 35 ⁇ l of substrate mix for LDH measurement (50 mM MES, pH 6.2; 100 mM KC1; 15 mM MgS0 4 ; 0.36 mM ADP; 0.36 mM NADH; 1.43 mM fructose 1,6-bisphosphate and 4 U LDH / ml; stored on ice) started.
  • the microtiter plate is incubated at room temperature.
  • the decrease in optical density at 340 nm is measured over 15-30 minutes.
  • test buffer 50 mM MES, pH 6.2; 100 mM KC1; 15 mM MgS0 4
  • test buffer 50 mM MES, pH 6.2; 100 mM KC1; 15 mM MgS0 4
  • test buffer 50 mM MES, pH 6.2; 100 mM KC1; 15 mM MgS0 4
  • test buffer 50 mM MES, pH 6.2; 100 mM KC1; 15 mM MgS0 4
  • a methanolic solution of the active substance identified by an inventive method (Example 3), piped with an emulsifier, is pipetted into the cavities of microtiter plates. After the solvent has evaporated, 200 ⁇ l of potato dextrose medium are added to each cavity. Suitable concentrations of spores or mycelia of the fungus to be tested are added to the medium beforehand.
  • the resulting concentrations of the active ingredient are 0.1, 1, 10 and 100 ppm.
  • the resulting concentration of the emulsifier is 300 ppm.
  • the plates are then incubated on a shaker at a temperature of 22 ° C. until sufficient growth can be determined in the untreated control.
  • the evaluation is carried out photometrically at a wavelength of 620 nm.
  • the dose of active substance which leads to a 50% inhibition of fungal growth compared to the untreated control (ED 50 ) is calculated from the measurement data of the different concentrations.
  • active compound 1 part by weight of active compound is mixed with 49 parts by weight of N, N-dimethylformamide (solvent) and 1 part by weight of alkylaryl polyglycol ether (emulsifier) and the concentrate is diluted with water to the desired concentration (see Table ID).
  • solvent N, N-dimethylformamide
  • alkylaryl polyglycol ether emulsifier
  • young tomato plants are sprayed with the active substance preparation in the stated application rate. 1 day after the treatment, the plants are inoculated with a spore suspension of Phytophthora infestans and then remain at 100% rel. Humidity and 20 ° C. The plants are then placed in a climatic cell at approx. 96% relative air humidity and a temperature of approx. 20 ° C.
  • Evaluation is carried out 7 days after the inoculation. 0% means an efficiency that corresponds to that of the control, while an efficiency of 100% means that no infection is observed.
  • Wang polystyrene solid phase linker (“Wang resin”; Rapp-Polymer, Tübingen; 1.08 mmol / g) are swollen in DMF.
  • the solvent is filtered off with suction and a solution of 360 mg of bromoacetic acid (acid reagent) in 8 ml of dimethylformamide is added and shaken Room temperature for 15 minutes and then add 345 ⁇ l of pyridine and 543 mg of 2,6-dichlorobenzyl chloride to the solution. It is shaken for 2 h at room temperature. It is then suctioned off and the solid phase linker is washed with DMF.
  • the solid phase linker from step (a) is allowed to swell in dimethyl sulfoxide (DMSO).
  • DMSO dimethyl sulfoxide
  • the solvent is filtered off with suction and treated with a solution of 1.5 g of l, l-dimemoxypropan-2-amine in 8.5 ml of DMSO and shaken overnight.
  • the solid phase linker is washed with DMF, methanol, tetrahydrofuran (THF) and dichloromethane.
  • step (b) 70 mg of the solid phase linker from step (b) are allowed to swell in DMF.
  • the solvent is filtered off with suction and a solution of 138 mg (2E) -3- (1,3-benzodioxol-5-yl) acrylic acid in 0.865 ml DMF and a solution of 118 mg diisopropylcarbodiimide in 0.21 ml DMF are added.
  • the mixture is stirred for 3 h at room temperature, the solvent is filtered off and washed with DMF.
  • a solution of 4.4 g of bromoacetic acid in 50 ml of DMF and a solution of 5.2 g of diisopropylcarbodiimide in 6 ml of DMF are then added.
  • the mixture is stirred at room temperature for 2 h, the solvent is filtered off with suction and washed with DMF.
  • a solution of 4.4 g of bromoacetic acid in 50 ml of DMF and a solution of 5.2 g of diisopropylcarbodiimide in 6 ml of DMF are then added again.
  • the mixture is again stirred at room temperature for 2 h, the solvent is filtered off and washed with DMF.
  • the solvent is filtered off with suction, a solution of 7.1 gl, lDimethoxypropan-2-amine in 30 ml DMSO is added and shaken overnight. It is then washed with DMF, methanol, THF and dichloromethane.
  • step (c) A solution of 77 mg of N-hydroxy-1-phenylmethanamine hydrochloride in 1.2 ml of ethanol / toluene (2:10) is added to the solid phase linker from step (c). The mixture is stirred at 70 ° C. for 6 h and then allowed to cool to room temperature. The solvent is suctioned off and the solid phase linker is washed with THF / methanol / water, THF and dichloromethane.

Abstract

The invention provides a method for identifying fungicides, the use of fungal pyruvate kinase for identifying fungicides and the use of inhibitors of pyruvate kinase as fungicides.

Description

Verfahren zum Identifizieren von fungizid wirksamen Verbindungen basierend auf Pyruvat- kinasen aus PilzenMethod for identifying fungicidally active compounds based on pyruvate kinases from fungi
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Identifizieren von Fungiziden, die Verwendung von pilzlicher Pyruvatkinase zum Identifizieren von Fungiziden, und die Verwendung von Inhibitoren der Pyruvatkinase als Fungizide.The invention relates to a method for identifying fungicides, the use of fungal pyruvate kinase to identify fungicides, and the use of inhibitors of pyruvate kinase as fungicides.
Unerwünschtes Pilzwachstum, das in der Landwirtschaft jedes Jahr zu beträchtlichen Schäden führt, kann durch die Verwendung von Fungiziden kontrolliert werden. Die Ansprüche an Fungizide sind dabei hinsichtlich ihrer Wirksamkeit, Kosten und vor allem ihrer Umweltverträglichkeit stetig angestiegen. Es existiert deshalb ein Bedarf an neuen Substanzen bzw. Substanzklassen, die zu leistungsfähigen und umweltverträglichen neuen Fungiziden entwickelt werden können. Im Allgemeinen ist es üblich, in Gewächshaustests nach solchen neuen Leitstrukturen zu suchen. Solche Tests sind jedoch arbeitsintensiv und teuer. Die Anzahl der Substanzen, die im Gewächshaus getestet werden können, ist entsprechend begrenzt. Eine Alternative zu solchen Tests ist die Verwendung von sogenannten Hochdurchsatzverfahren (HTS = high throughput screening). Dabei werden in einem automatisierten Verfahren eine große Anzahl von Einzelsubstanzen hinsichtlich ihrer Wirkung auf Zellen, individuelle Genprodukte oder Gene getestet. Wird für bestimmte Substanzen eine Wirkung nachgewiesen, so können diese in herkömmlichen Screeningverfahren untersucht und gegebenenfalls weiter entwickelt werden.Unwanted fungal growth, which causes considerable damage in agriculture every year, can be controlled through the use of fungicides. The demands on fungicides have steadily increased in terms of their effectiveness, costs and, above all, their environmental compatibility. There is therefore a need for new substances or classes of substances that can be developed into powerful and environmentally compatible new fungicides. In general, it is common to search for such new lead structures in greenhouse tests. However, such tests are labor intensive and expensive. The number of substances that can be tested in the greenhouse is limited accordingly. An alternative to such tests is the use of high-throughput screening (HTS). A large number of individual substances are tested for their effects on cells, individual gene products or genes in an automated process. If an effect is proven for certain substances, these can be examined in conventional screening methods and, if necessary, further developed.
Vorteilhafte Angriffspunkte für Fungizide werden oft in essentiellen Biosynthesewegen gesucht. Ideale Fungizide sind weiterhin solche Stoffe, die Genprodukte hemmen, die eine entscheidende Bedeutung bei der Ausprägung der Pathogenität eines Pilzes haben.Favorable targets for fungicides are often sought in essential biosynthetic pathways. Ideal fungicides continue to be those substances that inhibit gene products that are of crucial importance in the expression of the pathogenicity of a fungus.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es deshalb, einen geeigneten neuen Angriffspunkt für potentielle fungizide Wirkstoffe zu identifizieren und zugänglich zu machen, und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das die Identifizierung von Modulatoren dieses Angriffspunkts ermög- licht, die dann als Fungizide verwendet werden können.The object of the present invention was therefore to identify a suitable new point of attack for potential fungicidal active substances and to make them accessible, and to provide a method which makes it possible to identify modulators of this point of attack which can then be used as fungicides.
Pyruvatkinase (EC No. 2.7.1.40), im Folgenden auch mit PK abgekürzt, ist das letzte Enzym in der Glykolyse, dem wichtigsten Abbauweg von Glucose in eukaryontischen Zellen. Synonyme für die Pyruvatkinase sind auch die Bezeichnungen Phosphoenolpyruvatkinase, Phosphoenol-Transphos- phorylase oder Pyruvat-2-O-phosphotransferase. Die PK bewirkt die Umwandlung von Phos- phoenolpyruvat und ADP in Pyruvat und ATP. Die enzymatische Aktivität der PK kann also schematisch wir folgt dargestellt werden:Pyruvate kinase (EC No. 2.7.1.40), hereinafter also abbreviated to PK, is the last enzyme in glycolysis, the most important way of breaking down glucose in eukaryotic cells. Synonyms for pyruvate kinase are also the names phosphoenol pyruvate kinase, phosphoenol transphosphorylase or pyruvate 2-O-phosphotransferase. The PK converts phosphoenolpyruvate and ADP into pyruvate and ATP. The enzymatic activity of the PK can be represented schematically as follows:
Phosphoenolpyruvat + ADP + H+ <=> Pyruvat + ATP. Dies ist die zweite der ATP-bildenden Reaktionen (neben der Phosphoglycerat Kinase-Reaktion) in der Glykolyse. Die Reaktion kann in zwei Hälften unterteilt werden (Muirhead et al., 1986). Zunächst wird das Phosphat von Phosphoenolpyruvat unter Bildung eines Pyruvat-enolations (stabilisiert durch ein Mg2+ Ion) direkt auf ADP übertragen. Anschließend wird das Pyruvatenolat protoniert und isomerisiert zum Pyruvat. Diese Isomerisierung zur Ketoform erfolgt praktisch quantitativ und stellt die Antriebskraft für die Reaktion dar.Phosphoenolpyruvate + ADP + H + <=> pyruvate + ATP. This is the second of the ATP-forming reactions (besides the phosphoglycerate kinase reaction) in glycolysis. The reaction can be divided into two halves (Muirhead et al., 1986). First, the phosphate of phosphoenol pyruvate is transferred directly to ADP with the formation of a pyruvate enolation (stabilized by a Mg 2+ ion). The pyruvate enolate is then protonated and isomerized to the pyruvate. This isomerization to the keto form is practically quantitative and is the driving force for the reaction.
Die PK stellt einen wichtigen Regulierungspunkt im Stoffwechsel einer Zelle dar, da sie für den glykolytischen Stoffwechsel hochaktiv, bei aktiver Gluconeogenese jedoch inaktiv sein muss, um nicht neugebildetes Phosphoenolpyruvat in einem Leerlaufzyklus wieder abzubauen. Die Kinetik und Regulation der PK ist gut untersucht (zusammengefasst z.B. in Muirhead, 1987 und Boles, 1997). In Säugern gibt es vier verschiedene PK Isoenzyme (L, R, Mi und M2), die sich in ihren kinetischen Eigenschaften unterscheiden. Die M2, L und R- Formen werden allosterisch reguliert: Fructose-l,6-bisphosphate, Phosphoenolpyruvat, ADP, K+- und NH4 4- Ionen wirken aktivierend, Zitronensäure und ATP reprimierend. Das Mi- Enzym ist nicht allosterisch reguliert. S. cerevisiae verfugt nur über ein PK Isoenzym, das in seinen regulatorischen Eigenschaften der M2 Isoform aus Säugern ähnelt.PK is an important regulating point in the metabolism of a cell, since it has to be highly active for the glycolytic metabolism, but with active gluconeogenesis it has to be inactive in order to break down newly formed phosphoenolpyruvate in an idle cycle. The kinetics and regulation of PK have been well investigated (summarized, for example, in Muirhead, 1987 and Boles, 1997). There are four different PK isoenzymes (L, R, Mi and M 2 ) in mammals, which differ in their kinetic properties. The M 2 , L and R forms are regulated allosterically: fructose-l, 6-bisphosphate, phosphoenolpyruvate, ADP, K + - and NH 4 4 - ions have an activating effect, repressing citric acid and ATP. The mi-enzyme is not allosterically regulated. S. cerevisiae only has a PK isoenzyme that is similar in regulatory properties to the M 2 isoform from mammals.
Gene für die Pyruvatkinase wurden aus verschiedenen Organismen kloniert, darunter auch aus den Pilzen Neurospora crassa (TrEMBL Accession No. EAA30602), Trichoderma reesei (Swissprot Accession No. P31865), Emericella nidulans (Swissprot Accession No. P22360), Aspergillus niger (Swissprot Accession No. Q122669), Aspergillus oryzae (TrEMBL Accession No. Q9HGY6), Kluyveromyces lactis (TrEMBL Accession No. Q875M9), Yarrowia lipolytica (Swissprot Accession No. P30614), Schizosaccharomyces pombe (Swissprot Accession No. Q10208), Agaricus bisporus (Swissprot Accession No. 094122) sowie aus Saccharomyces cerevisiae (PYK1, Swissprot Accession No. P00549 und PYK2, Swissprot Accession No. P52489). Die Sequenzähnlichkeiten sind innerhalb der eukaryontischen Klassen signifikant. Auch in DNA- Sequenzen einiger pflanzenpathogener Pilze, die aus verschiedenen Sequenzierprojekten stammen, wurden Pyruvate Kinase Gene aufgrund von Sequenzähnlichkeiten annotiert, z.B. für Magnaporthe grisea (Locus No. MG08063.1, Zugang: http://www- genome.wi.mit.edii/annotation fungi/magnaporthe/geneindex.html) oder für Botrytis cinerea, Blumeria graminis, Mycosphaerella graminicola oder Phytophthora infestans (Sequenzen BfCon[1384], Bg[0304], mgall26f, PiCon[0026], Zugang: http://cogeme.ex.ac.uk/search.html).Genes for pyruvate kinase have been cloned from various organisms, including the fungus Neurospora crassa (TrEMBL Accession No. EAA30602), Trichoderma reesei (Swissprot Accession No. P31865), Emericella nidulans (Swissprot Accession No. P22360), Aspergillus niger (Swissprot Accession No. Q122669), Aspergillus oryzae (TrEMBL Accession No. Q9HGY6), Kluyveromyces lactis (TrEMBL Accession No. Q875M9), Yarrowia lipolytica (Swissprot Accession No. P30614), Schizosaccharomyces pombe (Swissprot Accession No. Q10208), Agaricus bispor No. 094122) and from Saccharomyces cerevisiae (PYK1, Swissprot Accession No. P00549 and PYK2, Swissprot Accession No. P52489). The sequence similarities are significant within the eukaryotic classes. Pyruvate kinase genes have also been annotated in DNA sequences of some phytopathogenic fungi originating from different sequencing projects due to sequence similarities, e.g. for Magnaporthe grisea (Locus No. MG08063.1, access: http: // www- genome.wi.mit.edii / annotation fungi / magnaporthe / geneindex.html) or for Botrytis cinerea, Blumeria graminis, Mycosphaerella graminicola or Phytophthora infestans ( Sequences BfCon [1384], Bg [0304], mgall26f, PiCon [0026], access: http://cogeme.ex.ac.uk/search.html).
In der medizinischen Forschung wurde bereits die Bedeutung der Pyruvatkinase erforscht. Tumorzellen enthalten im Gegensatz zu den meisten anderen Geweben hauptsächlich das M2-Isozym der PK (zusammengefasst in Mazurek und Eigenbrodt, 2003). Daher wird die PK als möglicher Ansatzpunkt für die Bekämpfung von Tumoren angesehen (WO 01/96535 A2, US 2001/0046997 AI, WO 02/095063 AI). Es sind auch Inhibitoren der Pyruvatkinase bekannt geworden, die als Pharmazeutika gegen verschiedene Krankheiten wie Krebs oder Alzheimer verwendet werden können (US 2001/0046997 AI). Eine mögliche Rolle der Pyruvatkinase als Angriffspunkt von fungiziden Wirkstoffen wurde dagegen noch nicht untersucht.The importance of pyruvate kinase has already been explored in medical research. In contrast to most other tissues, tumor cells mainly contain the M 2 isozyme of PK (summarized in Mazurek and Eigenbrodt, 2003). Therefore, the PK is considered as possible Starting point for the fight against tumors viewed (WO 01/96535 A2, US 2001/0046997 AI, WO 02/095063 AI). Inhibitors of pyruvate kinase have also become known which can be used as pharmaceuticals for various diseases such as cancer or Alzheimer's (US 2001/0046997 AI). However, a possible role of pyruvate kinase as a target for fungicidal agents has not yet been investigated.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es nun, neue Angriffspunkte von Fungiziden in Pilzen, insbesondere in phytopathogenen Pilzen, zu identifizieren und ein Verfahren zugänglich zu machen, in denen Inhibitoren eines solchen Angriffspunktes bzw. Polypeptids identifiziert und auf ihre fungiziden Eigenschaften hin geprüft werden können. Die Aufgabe wurde gelöst, indem die Pyruvatkinase als ein Angriffspunkt für fungizide Wirkstoffe identifiziert wurde, die für Pyruvatkinase kodierende Nukleinsäure aus einem phytopathogenen Pilz, Ustilago maydis, isoliert, das davon kodierte Polypeptid gewonnen und ein Verfahren zur Verfügung gestellt wurde, mit dem Inhibitoren dieses Enzyms bestimmt werden können. Die mit diesem Verfahren identifizierten Inhibitoren können in vivo gegen Pilze eingesetzt werden. The object of the present invention was now to identify new points of attack by fungicides in fungi, in particular in phytopathogenic fungi, and to make a method accessible in which inhibitors of such a point of attack or polypeptide can be identified and their fungicidal properties can be tested. The object was achieved by identifying the pyruvate kinase as a target for fungicidal active substances, which isolated nucleic acid coding for pyruvate kinase from a phytopathogenic fungus, Ustilago maydis, which was obtained from the encoded polypeptide and made available a method with the inhibitors of this enzyme can be determined. The inhibitors identified with this method can be used against fungi in vivo.
Beschreibung der AbbildungenDescription of the pictures
Abbildung 1: Schematische Darstellung der von der Pyruvatkinase katalysierten Reaktion. Die Pyruvatkinase katalysiert die Umsetzung von Phosphoenolpyruvat (PEP) und ADP zu Pyruvat und ATP.Figure 1: Schematic representation of the reaction catalyzed by the pyruvate kinase. Pyruvate kinase catalyzes the conversion of phosphoenolpyruvate (PEP) and ADP to pyruvate and ATP.
Abbildung 2: Sequenz-Alignment zur Darstellung der Homologie zwischen Pyruvatkinasen aus verschiedenen Pilzen. Besonders homologe Bereiche (Konsensussequenz) sind schwarz unterlegt dargestellt.Figure 2: Sequence alignment to show the homology between pyruvate kinases from different fungi. Particularly homologous areas (consensus sequence) are shown with a black background.
Abbildung 3: Graphische Darstellung der Kinetik der NADPH-Abnahme in einem gekoppelten Aktivitätstest für die Pyruvatkinase. Die Reaktion der Pyruvatkinase wurde mit der Reaktion der Lactatdehydrogenase gekoppelt. Es wurden in Testansätzen von 200 μl pro Well verschiedene LDH-Konzentrationen verwendet. Bei Verwendung von 1U LDH zeigt sich die Abnahme der NADH- Konzentration besonders deutlich.Figure 3: Graphical representation of the kinetics of the NADPH decrease in a coupled activity test for the pyruvate kinase. The reaction of the pyruvate kinase was coupled with the reaction of the lactate dehydrogenase. Different concentrations of LDH were used in test batches of 200 μl per well. When using 1U LDH, the decrease in NADH concentration is particularly evident.
Abbildung 4: Graphische Darstellung der Abnahme der Aktivität der Pyruvatkinase bei Anwesenheit eines Inhibitors. Der Reaktionsverlauf ist für Ansätze mit unterschiedlichen Konzentrationen der Verbindung 1 und für die Positiv- und Negativkontrolle dargestellt.Figure 4: Graphical representation of the decrease in the activity of pyruvate kinase in the presence of an inhibitor. The course of the reaction is shown for batches with different concentrations of compound 1 and for the positive and negative control.
SEQ ID NO:l Nukleinsäuresequenz kodierend für die Pyruvatkinase aus Ustilago maydis.SEQ ID NO: 1 nucleic acid sequence coding for the pyruvate kinase from Ustilago maydis.
SEQ ID NO: 2 Aminosäuresequenz der Pyruvatkinase aus Ustilago maydis. SEQ ID NO: 2 amino acid sequence of Ustilago maydis pyruvate kinase.
Definitionendefinitions
Unter dem Begriff "Homologie" bzw. "Identität" soll die Anzahl der übereinstimmenden Aminosäuren (Identität) mit anderen Proteinen, ausgedrückt in Prozent verstanden werden. Bevorzugt wird die Identität durch Vergleiche einer gegebenen Sequenz zu anderen Proteinen mit Hilfe von Compute rogrammen ermittelt. Weisen Sequenzen, die miteinander verglichen werden, unterschiedliche Längen auf, ist die Identität so zu ermitteln, dass die Anzahl an Aminosäuren, welche die kürzere Sequenz mit der längeren Sequenz gemeinsam hat, den prozentualen Anteil der Identität bestimmt. Die Identität kann standardmäßig mittels bekannten und der Öffentlichkeit zur Verfügung stehenden Computerprogrammen wie z.B. ClustalW (Thompson et al., Nucleic Acids Research 22 (1994), 4673-4680) ermittelt werden. ClustalW wird z.B. öffentich zur Verfügung gestellt von Julie Thompson (Thompson@EMBL-Heidelberg.DE) und Toby Gibson (Gibson@EMBL-Heidelberg.DE), European Molecular Biology Laboratory, Meyerhofstrasse 1, D 69117 Heidelberg, Germany. ClustalW kann ebenfalls von verschiedenen lhternetseiten, u.a. beim IGBMC (Institut de Genetique et de Biologie Moleculaire et Cellulaire, B.P.163, 67404 Illkirch Cedex, France; ftp://ftp-igbmc.u-strasbg.fr/pub/) und beim EBI (ftp://ftp.ebi.ac.uk pub/software/) sowie bei allen gespiegelten Internetseiten des EBI (European Bioinformatics Institute, Wellcome Trust Genome Campus, Hinxton, Cambridge CB10 1SD, UK), heruntergeladen werden. Wenn das ClustalW Computerprogramm der Version 1.8 benutzt wird, um die Identität zwischen z.B. einem gegebenen Referenzprotein und anderen Proteinen zu bestimmen, sind folgende Parameter einzustellen: KTUPLE=1, TOPDIAG=5, WTNDOW=5, PATRGAP=3, GAPOPEN=10, GAPEXTEND=0.05, GAPDIST=8, MAXDIV=40, MATRLX=GONNET, ENDGAPS(OFF), NOPGAP, NOHGAP. Eine Möglichkeit zum Auffinden von ähnlichen Sequenzen ist die Durchführung von Sequenzdatenbankrecherchen. Hierbei wird eine oder werden mehrere Sequenzen als sogenannte Abfrage ("query") vorgegeben. Diese Abfragesequenz wird dann mittels statistischen Computerprogrammen mit Sequenzen, die in den ausgewählten Datenbanken enthalten sind, verglichen. Solche Datenbankabfragen ("blast searches") sind dem Fachmann bekannt und können bei verschiedenen Anbietern durchgeführt werden. Wird eine solche Datenbankabfrage z.B. beim NCBI (National Center for Biotechnology Information, http://www.ncbi.nlm.nih.gov/) durchgeführt, so sollen die Standardeinstellungen, die für die jeweilige Vergleichsanfrage vorgegeben sind, benutzt werden. Für Proteinsequenzvergleiche ("blastp") sind dieses folgende Einstellungen: Limit entrez = nicht aktiviert; Filter = low complexity aktiviert; Expect value = 10; word size = 3; Matrix = BLOSUM62; Gap costs: Existence = 11, Extension = 1. Als Ergebnis einer solchen Abfrage werden neben anderen Parametern auch der Anteil an Identität zwischen der Abfragesequenz und den in den Datenbanken aufgefundenen ähnlichen Sequenzen dargestellt. Unter einem erfindungsgemäßen Protein sollen daher im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung solche Proteine verstanden werden, die bei der Verwendung mindestens einer der vorstehend beschriebenen Methoden zur Identitätsbestimmung eine Identität von mindestens 70 % aufweisen, bevorzugt von mindestens 75 %, besonders bevorzugt von mindestens 80 %, weiter bevorzugt von mindestens 85 %, und insbesondere von mindestens 90 %.The term "homology" or "identity" is to be understood as the number of matching amino acids (identity) with other proteins, expressed in percent. The identity is preferably determined by comparing a given sequence to other proteins with the aid of computer programs. If sequences which are compared with one another have different lengths, the identity is to be determined in such a way that the number of amino acids which the shorter sequence has in common with the longer sequence determines the percentage of identity. As a standard, the identity can be determined by means of known computer programs which are available to the public, such as, for example, ClustalW (Thompson et al., Nucleic Acids Research 22 (1994), 4673-4680). ClustalW is made publicly available by Julie Thompson (Thompson@EMBL-Heidelberg.DE) and Toby Gibson (Gibson@EMBL-Heidelberg.DE), European Molecular Biology Laboratory, Meyerhofstrasse 1, D 69117 Heidelberg, Germany. ClustalW is also available from various websites, including the IGBMC (Institut de Genetique et de Biologie Moleculaire et Cellulaire, BP163, 67404 Illkirch Cedex, France; ftp://ftp-igbmc.u-strasbg.fr/pub/) and the EBI ( ftp://ftp.ebi.ac.uk pub / software /) and from all mirrored websites of the EBI (European Bioinformatics Institute, Wellcome Trust Genome Campus, Hinxton, Cambridge CB10 1SD, UK). If the ClustalW computer program version 1.8 is used to determine the identity between e.g. a given reference protein and other proteins, the following parameters must be set: KTUPLE = 1, TOPDIAG = 5, WTNDOW = 5, PATRGAP = 3, GAPOPEN = 10, GAPEXTEND = 0.05, GAPDIST = 8, MAXDIV = 40, MATRLX = GONNET, ENDGAPS (OFF), NOPGAP, NOHGAP. One way to find similar sequences is to perform sequence database searches. Here, one or more sequences are specified as a so-called query. This query sequence is then compared using statistical computer programs with sequences that are contained in the selected databases. Such database queries ("blast searches") are known to the person skilled in the art and can be carried out at various providers. If such a database query is carried out, for example, at the NCBI (National Center for Biotechnology Information, http://www.ncbi.nlm.nih.gov/), the standard settings that are specified for the respective comparison request should be used. For protein sequence comparisons ("blastp") these are the following settings: Limit entrez = not activated; Filter = low complexity activated; Expect value = 10; word size = 3; Matrix = BLOSUM62; Gap costs: Existence = 11, Extension = 1. As a result of such a query, the proportion of identity between the query sequence and the similar sequences found in the databases are shown in addition to other parameters. Under a protein according to the invention Therefore, in connection with the present invention, such proteins are to be understood which, when using at least one of the methods described above for identity determination, have an identity of at least 70%, preferably of at least 75%, particularly preferably of at least 80%, further preferably of at least 85 %, and in particular of at least 90%.
Der Ausdruck "hybridisieren" oder "Hybridisierung", wie er hierin verwendet wird, beschreibt den Vorgang, bei welchem ein einzelsträngiges Nukleinsäuremolekül mit einem komplementären Strang eine Basenpaarung eingeht. Auf diese Weise können z.B. ausgehend von der hierin genannten oder ableitbaren Sequenzinformation beispielsweise DNA-Fragmente aus anderen phyto- pathogenen Pilzen als Ustilago maydis isoliert werden, welche für Pyruvatkinasen kodieren, welche dieselben oder ähnliche Eigenschaften einer der erfindungsgemäße Pyruvatkinase aufweisen.The term "hybridize" or "hybridization" as used herein describes the process in which a single-stranded nucleic acid molecule with a complementary strand undergoes base pairing. In this way e.g. starting from the sequence information mentioned or derivable here, for example, DNA fragments from phytopathogenic fungi other than Ustilago maydis are isolated which code for pyruvate kinases which have the same or similar properties of one of the pyruvate kinase according to the invention.
Hybridisierungsbedingungen werden nach folgender Formel näherungsweise berechnet:Hybridization conditions are approximately calculated using the following formula:
Schmelztemperatur Tm = 81,5°C + 16,6 {log[c(Na+)]} + 0,41(% G + C) - (500/n) (Lottspeich, F., Zorbas H. (Hrsg.). (1998). Bioanalytik. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, Berlin). Dabei ist c die Konzentration und n die Länge des hybridisierenden Sequenzabschnitts in Basenpaaren. Für eine Sequenz >100 bp entfällt der Ausdruck 500/n. Mit höchster Stringenz wird bei einer Temperatur 5-15°C unterhalb Tm und einer Ionenstärke von 15 mM Na+ (entspricht 0.1 x SSC) gewaschen. Wird eine RNA-Probe zur Hybridisierung verwendet, so ist der Schmelzpunkt um 10-15°C höher. 20 x SSC-Puffer setzt sich wie folgt zusammen: 1,5 M NaCl, 150 mM Natriumeitrat, pH 7.Melting temperature Tm = 81.5 ° C + 16.6 {log [c (Na + )]} + 0.41 (% G + C) - (500 / n) (Lottsspeich, F., Zorbas H. (ed. (1998) Bioanalytics, Spectrum Academic Publishing House, Heidelberg, Berlin). Here, c is the concentration and n is the length of the hybridizing sequence section in base pairs. The expression 500 / n is omitted for a sequence> 100 bp. It is washed with the highest stringency at a temperature of 5-15 ° C below Tm and an ionic strength of 15 mM Na + (corresponds to 0.1 x SSC). If an RNA sample is used for hybridization, the melting point is 10-15 ° C higher. 20 x SSC buffer is composed as follows: 1.5 M NaCl, 150 mM sodium citrate, pH 7.
Bevorzugte Hybridisierungsbedingungen sind nachstehend angegeben:Preferred hybridization conditions are given below:
Hybridisierungslösung: DIG Easy Hyb (Röche, ZZ) Hybridisierungstemperatur: 42°C bis 70°C, bevorzugt bei 42-65°C (DNA-DNA) oder 50°C (DNA-RNA). Im vorliegenden Fall besonders geeignete stringente Temperaturen für die Hybridisierung liegen zwischen 50 und 65°C, wobei eine Temperatur von 65°C eine insbesondere geeignete stringente Temperatur darstellt.Hybridization solution: DIG Easy Hyb (Röche, ZZ) Hybridization temperature: 42 ° C to 70 ° C, preferably at 42-65 ° C (DNA-DNA) or 50 ° C (DNA-RNA). In the present case, particularly suitable stringent temperatures for the hybridization are between 50 and 65 ° C, a temperature of 65 ° C being a particularly suitable stringent temperature.
1. Waschschritt: 2 x SSC, 0,1 % SDS 2 5 min bei Raumtemperatur;1st washing step: 2 x SSC, 0.1% SDS 2 5 min at room temperature;
2. Waschschritt: 1 x SSC, 0,1 % SDS 2 x 15 min bei 50°C; bevorzugt 0,5 x SSC, 0,1 % SDS 2 x 15 min bei 65°C; besonders bevorzugt 0,2 x SSC, 2 x 15 min bei 68°C.2nd washing step: 1 x SSC, 0.1% SDS 2 x 15 min at 50 ° C; preferably 0.5 x SSC, 0.1% SDS 2 x 15 min at 65 ° C; particularly preferably 0.2 x SSC, 2 x 15 min at 68 ° C.
Der Ausdruck "vollständige Pyruvatkinase" wie er hierin verwendet wird, beschreibt eine Pyruvatkinase, die von einer vollständigen kodierenden Region einer Transkriptionseinheit kodiert wird, umfassend ein ATG-Startcodon und umfassend alle informationstragenden Exonbereiche des im Herkunftsorganismus vorliegenden, für eine Pyruvatkinase kodierenden Gens, sowie die für eine koπekte Termination der Transkription nötigen Signale.The term "complete pyruvate kinase" as used herein describes a pyruvate kinase encoded by a complete coding region of a transcription unit, comprising an ATG start codon and comprising all information-bearing exon regions of the gene present in the organism of origin, coding for a pyruvate kinase, and the signals necessary for a proper termination of the transcription.
Der Ausdruck „enzymatische" oder „biologische Aktivität einer Pyruvatkinase" wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf die Fähigkeit eines Polypeptids, die vorstehend beschriebene Reaktion, d.h. die Umwandlung von Phosphoenolpyruvat und ADP in Pyruvat und ATP zu katalysieren.The term "enzymatic" or "biological activity of a pyruvate kinase" as used herein refers to the ability of a polypeptide to carry out the reaction described above, i.e. to catalyze the conversion of phosphoenolpyruvate and ADP to pyruvate and ATP.
Der Ausdruck "aktives Fragment" wie er hierin verwendet wird, beschreibt nicht mehr vollständige Nukleinsäuren kodierend für Pyruvatkinase, die aber noch für Polypeptide mit der biologischen Aktivität einer Pyruvatkinase kodieren, und die eine für die Pyruvatkinase charakteristische Reaktion wie vorne beschrieben katalysieren können. Solche Fragmente sind kürzer als die oben beschriebenen vollständigen, für die Pyruvatkinase kodierenden Nukleinsäuren. Dabei können sowohl an den 3'- und/oder 5 '-Enden der Sequenz Nukleinsäuren entfernt worden sein, es können aber auch Teile der Sequenz deletiert, d.h. entfernt worden sein, die die biologische Aktivität der Pyruvatkinase nicht entscheidend beeinträchtigen. Eine geringere oder gegebenenfalls auch eine erhöhte Aktivität, die aber noch die Charakterisierung bzw. Verwendung des resultierenden Pyruvatkinase Fragments gestattet, wird dabei als ausreichend im Sinne des hier verwendeten Ausdrucks verstanden. Der Ausdruck "aktives Fragment" kann sich ebenso auf die Aminosäuresequenz der Pyruvatkinase beziehen und gilt dann analog den obigen Ausführungen für solche Polypeptide, die im Vergleich zur oben definierten vollständigen Sequenz bestimmte Teile nicht mehr enthalten, wobei die biologische Aktivität des Enzyms jedoch nicht entscheidend beeinträchtigt ist. Die Fragmente können dabei verschiedene Länge besitzen.The term "active fragment" as used herein no longer describes complete nucleic acids coding for pyruvate kinase, but which still code for polypeptides with the biological activity of a pyruvate kinase and which can catalyze a reaction characteristic of the pyruvate kinase as described above. Such fragments are shorter than the complete nucleic acids encoding pyruvate kinase described above. Nucleic acids may have been removed both at the 3 'and / or 5' ends of the sequence, but parts of the sequence can also be deleted, i.e. have been removed that do not significantly affect the biological activity of the pyruvate kinase. A lower or possibly also an increased activity, which, however, still allows the characterization or use of the resulting pyruvate kinase fragment, is understood to be sufficient in the sense of the expression used here. The expression "active fragment" can also refer to the amino acid sequence of the pyruvate kinase and then applies analogously to the above statements for those polypeptides which, in comparison to the complete sequence defined above, no longer contain certain parts, the biological activity of the enzyme however not significantly impairing this is. The fragments can have different lengths.
Die Begriffe "Pyruvatkinase-Hemmtest" oder "Hemmtest " wie sie hierin verwendet werden, beziehen sich auf ein Verfahren bzw. einen Test, der es gestattet, die Inhibition der enzymatischen Aktivität eines Polypeptids mit der Aktivität einer Pyruvatkinase durch eine oder mehrere chemische Verbindungen ("Kandidaten-" oder "Testverbindung(en)") zu erkennen, wodurch die chemische Verbindung als Inhibitor der Pyruvatkinase identifiziert werden kann.The terms "pyruvate kinase inhibition test" or "inhibition test" as used herein refer to a method or a test which allows the inhibition of the enzymatic activity of a polypeptide with the activity of a pyruvate kinase by one or more chemical compounds ( "Candidate" or "test compound (s)"), whereby the chemical compound can be identified as an inhibitor of pyruvate kinase.
Der Ausdruck "Gen", wie er hierin verwendet wird, ist die Bezeichnung für einen Abschnitt aus dem Genom einer Zelle, der für die Synthese einer Polypeptid-Kette verantwortlich ist.The term "gene" as used herein is the term for a portion of the genome of a cell that is responsible for the synthesis of a polypeptide chain.
Der Ausdruck "Fungizid" bzw. "fungizid" wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf chemische Verbindungen, die zur Bekämpfung von human-, tier- und pflanzenpathogenen Pilzen, insbesondere von pflanzenpathogenen Pilzen geeignet sind. Solche pflanzenpathogene Pilze werden nachfolgenden genannt, wobei die Aufzählung nicht abschließend ist: Plasmodiophoromycetes, Oomycetes, Chytridiomycetes, Zygomycetes, Ascomycetes, Basidiomycetes und Deuteromycetes, z.B.The term "fungicide" or "fungicidal" as used herein refers to chemical compounds which are suitable for combating fungi which are pathogenic to humans, animals and plants, in particular fungi which are pathogenic to plants. Such phytopathogenic fungi are mentioned below, the list is not exhaustive: Plasmodiophoromycetes, Oomycetes, Chytridiomycetes, Zygomycetes, Ascomycetes, Basidiomycetes and Deuteromycetes, e.g.
Pythium-Arten, wie beispielsweise Pythium ultimum, Phytophthora-Arten, wie beispielsweise Phytophthora infestans, Pseudoperonospora-Arten, wie beispielsweise Pseudoperonospora humuli oder Pseudoperonospora cubensis, Plasmopara-Arten, wie beispielsweise Plasmopara viticola, Bremia-Arten, wie beispielsweise Bremia lactucae, Peronospora-Arten, wie beispielsweise Peronospora pisi oder P. brassicae, Erysiphe-Arten, wie beispielsweise Erysiphe graminis, Sphaerotheca-Arten, wie beispielsweise Sphaerotheca fuliginea, Podosphaera-Arten, wie beispielsweise Podosphaera leucotricha, Venturia-Arten, wie beispielsweise Venturia inaequalis, Pyrenophora-Arten, wie beispielsweise Pyrenophora teres oder P. graminea (Konidienform: Drechslera, Syn: Helminthosporium), Cochliobolus-Arten, wie beispielsweise Cochliobolus sativus (Konidienform: Drechslera, Syn: Helminthosporium), Uromyces-Arten, wie beispielsweise Uromyces appendiculatus, Puccinia-Arten, wie beispielsweise Puccinia recondita, Sclerotinia-Arten, wie beispielsweise Sclerotinia sclerotiorum, Tilletia-Arten, wie beispielsweise Tilletia caries; Ustilago-Arten, wie beispielsweise Ustilago nuda oder Ustilago avenae, Pellicularia-Arten, wie beispielsweise Pellicularia sasakii, Pyricularia-Arten, wie beispielsweise Pyricularia oryzae, Fusarium-Arten, wie beispielsweise Fusarium culmorum, Botrytis-Arten, Septoria-Arten, wie beispielsweise Septoria nodorum, Leptosphaeria-Arten, wie beispielsweise Leptosphaeria nodorum, Cercospora-Arten, wie beispielsweise Cercospora canescens, Alternaria-Arten, wie beispielsweise Alternaria brassicae oder Pseudocercosporella-Arten, wie beispielsweise Pseudocercosporella herpotrichoides.Pythium species, such as, for example, Pythium ultimum, Phytophthora species, such as, for example, Phytophthora infestans, Pseudoperonospora species, such as, for example, Pseudoperonospora humuli or Pseudoperonospora cubensis, Plasmopara species, such as, for example, Plasmopara viticola, Bremia species, such as, for example, Bremia lactucae, Peronospor Species such as Peronospora pisi or P. brassicae, Erysiphe species such as Erysiphe graminis, Sphaerotheca species such as Sphaerotheca fuliginea, Podosphaera species such as Podosphaera leucotricha, Venturia species such as Venturia inaequalis and Pyrenophora species , such as, for example, Pyrenophora teres or P. graminea (conidial form: Drechslera, Syn: Helminthosporium), Cochliobolus species, such as, for example, Cochliobolus sativus (Conidial form: Drechslera, Syn: Helminthosporium), Uromyces species, such as, for example, Uromyces appinia species, Pu such as, for example, Puccinia recondita, Sclerotinia species n, such as Sclerotinia sclerotiorum, Tilletia species, such as Tilletia caries; Ustilago species, such as, for example, Ustilago nuda or Ustilago avenae, Pellicularia species, such as, for example, Pellicularia sasakii, Pyricularia species, such as, for example, Pyricularia oryzae, Fusarium species, such as, for example, Fusarium culmorum, Botrytis species, Septoria species, such as, for example, Septoria nodorum, Leptosphaeria species, such as, for example, Leptosphaeria nodorum, Cercospora species, such as, for example, Cercospora canescens, Alternaria species, such as, for example, Alternaria brassicae or Pseudocercosporella species, such as, for example, Pseudocercosporella herpotrichoides.
Von besonderem Interesse sind z.B. auch Magnaporthe grisea, Cochliobulus heterostrophus, Nectria hematococca und Phytophtora species.Of particular interest are e.g. also Magnaporthe grisea, Cochliobulus heterostrophus, Nectria hematococca and Phytophtora species.
Fungizide Wirkstoffe, die mit Hilfe der erfmdungsgemäßen Pyruvatkinasen aus pfianzen- pathogenen Pilzen gefunden werden, können aber auch mit Pyruvatkinase aus humanpathogenen Pilzspezies interagieren, wobei die Interaktion mit den unterschiedlichen in diesen Pilzen vorkommenden Pyruvatkinasen nicht immer gleich stark sein muss.Fungicidal active ingredients which are found with the aid of the pyruvate kinases according to the invention from plant pathogenic fungi can also interact with pyruvate kinase from human pathogenic fungus species, the interaction with the different pyruvate kinases occurring in these fungi not always having to be equally strong.
Gegenstand der vorliegenden Erfindungen ist deshalb auch die Verwendung von Inhibitoren der Pyruvatkinase zum Herstellen von Mitteln zur Behandlung von durch humanpathogene Pilze hervorgerufenen Erkrankungen.The present invention therefore also relates to the use of inhibitors of pyruvate kinase for the preparation of agents for the treatment of diseases caused by fungi which are pathogenic to humans.
Dabei sind die folgenden humanpathogenen Pilze von besonderem Interesse, die die nachfolgend genannten Krankheitsbilder hervorrufen können: Dermatophyten, wie z.B. Trichophyton spec, Microsporum spec, Epidermophytonfloccosum oder Keratomyces ajelloi, die z.B. Fußmykosen (Tinea pedis) hervorrufen,The following human pathogenic fungi are of particular interest, which can cause the following clinical pictures: Dermatophytes, such as Trichophyton spec, Microsporum spec, Epidermophytonfloccosum or Keratomyces ajelloi, which cause foot mycoses (tinea pedis), for example,
Hefen, wie z.B. Candida albicans, die Soor-Ösophagitis und Dermatitis hervorruft, Candida glabrata, Candida krusei oder Cryptococcus neoformans, die z.B. pulmonale Cryptococcose und auch Torulose hervorrufen können,Yeasts such as Candida albicans, which causes thrush esophagitis and dermatitis, Candida glabrata, Candida krusei or Cryptococcus neoformans, which e.g. can cause pulmonary cryptococcosis and also torulose,
Schimmelpilze, wie z.B. Aspergillus fumigatus, A. flavus, A. niger, die z.B. bronchopulmonale Aspergillose oder Pilzsepsis hervorrufen, Mucor spec, Absidia spec, oder Rhizopus spec, die z.B. Zygomykosen (intravasale Mykosen) hervorrufen, Rhinosporidium seeberi, der z.B. chronische granulomatöse Pharyngitis und Tracheitis hervorruft, Madurella myzetomatis, der z.B. subkutane Myzetome hervorruft, Histoplasma capsulatum, der z.B. retikuloendotheliale Zytomykose und M. Darling hervorruft, Coccidioides immitis, der z.B. pulmonale Coccidioidomykose und Sepsis hervorruft, Paracoccidioides brasiliensis, der z.B. brasilianische Blastomykose hervorruft, Blastomyces dermatitidis, der z.B. Gilchrist-Krankheit und nordamerikanische Blastomykose hervorruft, Loboa loboi, der z.B. Keloid-Blastomykose und Lobo's Krankheit hervorruft, und Sporothrix schenckii, der z.B. Sporotrichose (granulomatöse Hautmykose) hervorruft.Mold, such as Aspergillus fumigatus, A. flavus, A. niger, e.g. cause bronchopulmonary aspergillosis or fungal sepsis, Mucor spec, Absidia spec, or Rhizopus spec, e.g. Cause zygomycoses (intravascular mycoses), Rhinosporidium seeberi, which e.g. chronic granulomatous pharyngitis and tracheitis, Madurella myzetomatis, which e.g. causes subcutaneous mycetomas, Histoplasma capsulatum, which e.g. reticuloendothelial cytomycosis and Darling disease, Coccidioides immitis, which e.g. pulmonary coccidioidomycosis and sepsis, Paracoccidioides brasiliensis, which e.g. Brazilian blastomycosis, Blastomyces dermatitidis, which e.g. Gilchrist's disease and North American blastomycosis, Loboa loboi, which e.g. Keloid blastomycosis and Lobo's disease, and Sporothrix schenckii, e.g. Sporotrichosis (granulomatous skin mycosis).
Fungizide Wirkstoffe, die mit Hilfe einer aus einem bestimmten Pilz, hier aus Ustilago maydis, gewonnenen Pyruvatkinase gefunden werden, können also auch mit Pyruvatkinase aus anderen zahlreichen Pilzspezies, gerade auch mit pflanzenpathogenen Pilzen interagieren, wobei die Interaktion mit den unterschiedlichen in diesen Pilzen vorkommenden Pyruvatkinase nicht immer gleich stark sein muss. Dies erklärt unter anderem die beobachtete Selektivität der an diesem Enzym wirksamen Substanzen.Fungicidal active ingredients which are found with the aid of a pyruvate kinase obtained from a specific fungus, here from Ustilago maydis, can therefore also interact with pyruvate kinase from other numerous fungus species, especially also with phytopathogenic fungi, the interaction with the different pyruvate kinases occurring in these fungi does not always have to be equally strong. Among other things, this explains the observed selectivity of the substances active on this enzyme.
Der Ausdruck "homologer Promotor", wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf einen Promotor, der im Ursprungsorganismus die Expression des betreffenden Gens kontrolliert. Der Ausdruck "heterologer Promotor", wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf einen Promotor, der andere Eigenschaften als derjenige Promotor aufweist, der im Ursprungsorganismus die Expression des betreffenden Gens kontrolliert.The term "homologous promoter" as used in the present context refers to a promoter which controls the expression of the gene in question in the original organism. The term "heterologous promoter" as used in the present context refers to a promoter which has different properties than the promoter which controls the expression of the gene in question in the original organism.
Der Ausdruck "Kompetitor" wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf die Eigenschaft der Verbindungen, mit anderen, gegebenenfalls zu identifizierenden Verbindungen um die Bindung an der Pyruvatkinase zu kompetitieren und diese vom Enzym zu verdrängen bzw. von dieser ver- drängt zu werden.The term “competitor” as used in the present context refers to the property of the compounds to compete with other compounds that may be identified in order to compete for binding to the pyruvate kinase and to displace or be displaced by the enzyme.
Der Ausdruck "Inhibitor" bzw. "spezifischer Inhibitor", wie er hierin gebraucht wird, bezeichnet eine Substanz, die direkt eine enzymatische Aktivität der Pyruvatkinase inhibiert. Ein solcher Inhibitor ist vorzugsweise "spezifisch", d.h die Hemmung der PK wird eine niedrigere Konzentration des Inhibitors benötigt als für eine andere, davon unabhängige Wirkung. Vorzugsweise ist die Konzentration zweifach niedriger, insbesondere bevorzugt fünffach niedriger und ganz besonders bevorzugt zumindest zehnfach oder 20fach niedriger als die Konzentration einer Ver- bindung, die zum Hervorrufen eines unspezifischen Effekts benötigt wird.The term "inhibitor" or "specific inhibitor" as used herein denotes a substance that directly inhibits an enzymatic activity of the pyruvate kinase. Such a Inhibitor is preferably "specific", ie the inhibition of PK requires a lower concentration of the inhibitor than for another, independent effect. The concentration is preferably two times lower, particularly preferably five times lower and very particularly preferably at least ten times or 20 times lower than the concentration of a compound which is required to produce an unspecific effect.
Der Ausdruck "Modulator", wie er hierin verwendet wird, stellt einen Oberbegriff für Inhibitoren und Aktivatoren dar. Modulatoren können kleine organisch-chemische Moleküle, Peptide oder Antikörper sein, die an die erfindungsgemäßen Polypeptide binden bzw. die deren Aktivität beeinflussen. Weiterhin können Modulatoren kleine organisch-chemische Moleküle, Peptide oder Anti- körper sein, die an ein Molekül binden, welches wiederum an die erfindungsgemäßen Polypeptide bindet, und dadurch deren biologische Aktivität beeinflusst. Modulatoren können natürliche Substrate und Liganden darstellen oder strukturelle oder funktioneile Mimetika davon. Bevorzugt handelt es sich beim Ausdruck "Modulator", wie er hierin verwendet wird, jedoch um solche Moleküle, die nicht die natürlichen Substrate bzw. Liganden darstellen.The term "modulator" as used herein represents a generic term for inhibitors and activators. Modulators can be small organic chemical molecules, peptides or antibodies which bind to the polypeptides according to the invention or which influence their activity. Furthermore, modulators can be small organic chemical molecules, peptides or antibodies which bind to a molecule which in turn binds to the polypeptides according to the invention and thereby influences their biological activity. Modulators can represent natural substrates and ligands or structural or functional mimetics thereof. The term "modulator" as used herein is preferably, however, those molecules which do not represent the natural substrates or ligands.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
In der vorliegenden Erfindung wird zum ersten Mal die vollständige Sequenz einer Pyruvatkinase aus dem pflanzenpathogenen Pilz Ustilago maydis zur Verfügung gestellt, die die weitere Erforschung von Pyruvatkinasen insbesondere aus pflanzenpathogenen Pilzen und damit die Erschließung eines neuen Zielproteins für die Identifizierung neuer fungizider Wirkstoffe ermöglicht.In the present invention, the complete sequence of a pyruvate kinase from the plant-pathogenic fungus Ustilago maydis is made available, which enables further research of pyruvate kinases, in particular from plant-pathogenic fungi, and thus the development of a new target protein for the identification of new fungicidal active substances.
Trotz der umfangreichen Forschung an der Pyruvatkinase war bislang unbekannt, dass die Pyruvatkinase in Pilzen ein Zielprotein (ein so genanntes "Target") fungizid wirksamer Substanzen sein kann. Damit wird in der vorliegenden Erfindung zum ersten Mal gezeigt, dass die Pyruvatkinase ein insbesondere für Pilze wichtiges Enzym darstellt und deshalb in besonderem Maße dazu geeignet ist, als Zielprotein für die Suche nach weiteren und verbesserten fungizid wirksamen Wirkstoffen verwendet zu werden.Despite the extensive research on pyruvate kinase, it was previously unknown that pyruvate kinase in fungi can be a target protein (a so-called "target") of fungicidally active substances. This is the first time that the present invention shows that pyruvate kinase is an enzyme that is particularly important for fungi and is therefore particularly suitable for use as a target protein in the search for further and improved fungicidally active compounds.
Inhibitoren der Pyruvatkinase mit einer fungiziden Wirkung wurden bisher nicht beschrieben. Es gibt bislang auch keinen Hinweis darauf, dass die Pyruvatkinase in pflanzenpathogenen oder auch human- oder tierpathogenen Pilzen durch Wirkstoffe beeinflusst, z.B. inhibiert werden kann, und ob die Bekämpfung von Pilzen, insbesondere von pflanzenpathogenen Pilzen, in vivo mit einem die Pyruvatkinase modulierenden Wirkstoff möglich ist. Die Pyruvatkinase wurde damit als Zielprotein für Fungizide bislang noch nicht beschrieben. Es sind keine Wirkstoffe bekannt, die eine fungizide Wirkung aufweisen und deren Wirkort die Pyruvatkinase ist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung konnte nun gezeigt werden, dass die Pyruvatkinase bei pflanzenpathogenen Pilzen ein Angriffspunkt oder "Target" für fungizide Wirkstoffe sein kann, die Inhibition der Pyruvatkinase also zur Schädigung oder zum Absterben des Pilzes führen könnte.Inhibitors of pyruvate kinase with a fungicidal activity have not previously been described. So far, there is also no indication that the pyruvate kinase in phytopathogenic or human or animal pathogenic fungi can be influenced, for example inhibited, by active substances and whether it is possible in vivo to combat fungi, in particular phytopathogenic fungi, with an active substance which modulates the pyruvate kinase is. Pyruvate kinase has not yet been described as a target protein for fungicides. There are no known active ingredients which have a fungicidal action and whose site of action is pyruvate kinase. In the context of the present invention, it has now been possible to show that the pyruvate kinase can be a target or “target” for fungicidal active compounds in phytopathogenic fungi, so that the inhibition of the pyruvate kinase could lead to damage or death of the fungus.
Es konnte weiterhin gezeigt werden, dass das Enzym Pyruvatkinase zum Identifizieren von Modulatoren bzw. Inhibitoren seiner enzymatischen Aktivität in Testverfahren verwendet werden kann, was bei verschiedenen theoretisch interessanten Targets, die z.B. auch bereits als essentiell für einen Organismus bekannt sind, nicht selbstverständlich ist. Schließlich konnte auch gezeigt werden, dass Inhibitoren der Pyruvatkinase, die in solchen Verfahren identifiziert werden konnten, als Fungizide eingesetzt werden können.It was also possible to show that the enzyme pyruvate kinase can be used to identify modulators or inhibitors of its enzymatic activity in test procedures, which is possible with various theoretically interesting targets, e.g. are already known as essential for an organism. Finally, it could also be shown that inhibitors of pyruvate kinase, which could be identified in such processes, can be used as fungicides.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde ein Verfahren entwickelt, das geeignet ist, die Aktivität der Pyruvatkinase sowie die Hemmung dieser Aktivität in einem so genannten Hemmtest zu bestimmen, auf diese Weise Inhibitoren des Enzyms z.B. in HTS- und UHTS-Verfahren zu identifizieren. Die mit Hilfe dieses erfindungsgemäßen Verfahrens identifizierten Verbindungen wurden in in vivo Tests an Pilzen geprüft.In the context of the present invention, a method was developed which is suitable for determining the activity of the pyruvate kinase and the inhibition of this activity in a so-called inhibition test, in this way inhibitors of the enzyme e.g. identified in HTS and UHTS procedures. The compounds identified with the aid of this method according to the invention were tested in in vivo tests on fungi.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde so gefunden, dass die Pyruvtakmase auch in vivo durch Wirkstoffe inhibiert werden und ein mit diesen Wirkstoffen behandelter pilzlicher Organismus durch die Behandlung mit diesen Wirkstoffen geschädigt und abgetötet werden kann. Die Inhibitoren einer pilzlichen Pyruvatkinase können also als Fungizide insbesondere im Pflanzenschutz oder auch als Antimykotika in Pharmaindikationen verwendet werden. In der vorlie- genden Erfindung wird beispielsweise gezeigt, dass die Hemmung der Pyruvatkinase mit einer in einem erfindungsgemäßen Verfahren identifizierten Substanzen zum Absterben oder zu einer Wachstumshemmung der behandelten Pilze in synthetischen Medien bzw. auf der Pflanze führt.In the context of the present invention, it was found that pyruvtakmase can also be inhibited in vivo by active substances and that a fungal organism treated with these active substances can be damaged and killed by treatment with these active substances. The inhibitors of a fungal pyruvate kinase can therefore be used as fungicides, in particular in crop protection or as antifungals in pharmaceutical indications. In the present invention it is shown, for example, that the inhibition of pyruvate kinase with a substance identified in a method according to the invention leads to the death or inhibition of growth of the treated fungi in synthetic media or on the plant.
Pyruvatkinasen können aus verschiedenen pflanzenpathogenen oder auch aus human- oder tier- pathogenen Pilzen gewonnen werden, z.B. wie in der vorliegenden Erfindung gezeigt aus dem pflanzenpathogenen Pilz U. maydis. Zur Herstellung der Pyruvatkinase aus Pilzen kann das Gen z.B. rekombinant in Escherichia coli exprimiert und aus E. coli Zellen eine Enzympräparation hergestellt werden. Bevorzugt werden Pyruvatkinasen aus pflanzenpathogenen Pilzen verwendet, um im Pflanzenschutz einsetzbare Fungizide zu identifizieren. Ist das Ziel die Identifizierung von Fungiziden bzw. Antimycotika, die in Pharmaindikationen verwendet werden sollen, empfiehlt sich der Einsatz von Pyruvatkinasen aus human- bzw. tierpathogenen Pilzen.Pyruvate kinases can be obtained from various phytopathogenic fungi or from human or animal pathogenic fungi, e.g. as shown in the present invention from the plant pathogenic fungus U. maydis. For the production of pyruvate kinase from fungi, the gene can e.g. recombinantly expressed in Escherichia coli and an enzyme preparation made from E. coli cells. Pyruvate kinases from phytopathogenic fungi are preferably used to identify fungicides which can be used in crop protection. If the goal is to identify fungicides or antimycotics that are to be used in pharmaceutical indications, the use of pyruvate kinases from human or animal pathogenic fungi is recommended.
So wurde für die Expression der Pyruvatkinase aus U. maydis der zugehörige ORF mittels PCR nach dem Fachmann bekannten Methoden über ausgewählte Primer amplifiziert. Nach der Amplifizierung des Pyruvatkinase-Gens aus genomischer DNA von Ustilago maydis mittels PCR, nachfolgender Restriktion und Ligation mit dem Vektor pET-21b(+) von Novagen (C-terminale Fusion mit dem His-Tag) erfolgte die Transformation in E. coli DH5α MAX Efficiency Competent Cells (Gibco). (Anschließend erfolgte die Transformation und Expression des Polypeptids in E. coli AD494(DE3) Comp. Cells von Novagen (Beispiel 1). Das für die Pyruvatkinase kodierende Gen aus Ustilago maydis besitzt eine Größe von 1587 |bp und es enthält kein Intron. Das Gen kodiert für ein Polypeptid von 528 Aminosäuren Länge mit einem Molekulargewicht von 39000 Dalton (Abbildung 2).For the expression of the pyruvate kinase from U. maydis, the associated ORF was amplified by means of PCR using selected primers using methods known to the person skilled in the art. After amplification of the pyruvate kinase gene from Ustilago maydis genomic DNA by means of PCR, Subsequent restriction and ligation with the vector pET-21b (+) from Novagen (C-terminal fusion with the His tag), the transformation into E. coli DH5α MAX Efficiency Competent Cells (Gibco) took place. (The polypeptide was then transformed and expressed in E. coli AD494 (DE3) Comp. Cells from Novagen (Example 1). The Ustilago maydis gene coding for pyruvate kinase has a size of 1587 | bp and it contains no intron Gene codes for a polypeptide of 528 amino acids in length with a molecular weight of 39000 daltons (Figure 2).
In der vorliegenden Erfindung wird damit auch eine vollständige genomische Sequenz eines pflanzenpathogenen Pilzes kodierend für eine Pyruvatkinase zur Verfügung gestellt, und deren Verwendung bzw. die Verwendung des davon kodierten Polypeptids zur Identifizierung von Inhibitoren des Enzyms beschrieben.The present invention thus also provides a complete genomic sequence of a phytopathogenic fungus coding for a pyruvate kinase, and describes its use or the use of the polypeptide encoded thereby for the identification of inhibitors of the enzyme.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist deshalb auch die für ein Polypeptid mit der enzy- matischen Funktion einer Pyruvatkinase kodierende Nukleinsäure aus dem Pilz Ustilago maydis gemäß SEQ ID NO: 1.The present invention therefore also relates to the nucleic acid from the Ustilago maydis fungus coding for a polypeptide with the enzymatic function of a pyruvate kinase according to SEQ ID NO: 1.
Pyruvatkinasen teilen sich homologe Bereiche (siehe Abbildung 2). Typisch für Pyruvatkinasen ist ein konservierte Region, die einen Lysinrest umfasst, der wahrscheinlich als Säure/Base-Katalysator bei der Umsetzung von Pyruvat zu Phosphonenolypruvat fungiert. Die konservierte Region umfasst ebenfalls einen Glutaminsäurerest, der an der Bindung des Magnesiumions beteiligt ist.Pyruvate kinases share homologous regions (see Figure 2). Typical of pyruvate kinases is a conserved region that includes a lysine residue that is likely to act as an acid / base catalyst in the conversion of pyruvate to phosphonenolypruvate. The conserved region also includes a glutamic acid residue that is involved in the binding of the magnesium ion.
Diese beiden Aminosäurereste sind ebenso wie ihre Sequenzumgebung ein für Pyruvatkinasen charakteristisches Sequenzmerkmal. Dieses für Pyruvatkinasen typische Sequenzmotiv kann in Form eines Prosite-Motivs wiedergegeben werden (Hofmann et al., 1999). Es kann wie folgt dargestellt werden:
Figure imgf000013_0001
These two amino acid residues, like their sequence environment, are a characteristic feature of the sequence of pyruvate kinases. This sequence motif, which is typical for pyruvate kinases, can be reproduced in the form of a prostite motif (Hofmann et al., 1999). It can be represented as follows:
Figure imgf000013_0001
wobei der Rest K für Lysin im aktiven Zentrum steht und der Rest E für das an der Bindung des Magnesiumions beteiligte Glutamin.where the residue K stands for lysine in the active center and the residue E for the glutamine involved in the binding of the magnesium ion.
Vorzugsweise werden Pyruvatkinasen mit dem SequenzmotivPyruvate kinases with the sequence motif are preferred
[1V]-X-[IV]-I-[SPACV]-K-[IV]-E-[NS]-X-[EQ]-G-[LΓVM][1V] -X- [IV] -I- [SPACV] -K- [IV] -E- [NS] -X- [EQ] -G- [LΓVM]
|verwendet. Das Motiv ist in Abbildung 2 erkennbar.| Used. The motif can be seen in Figure 2.
PROSITE ermöglicht Polypeptiden eine Funktion zuzuordnen und somit Pyruvatkinasen als solche zu erkennen. Bei der Darstellung des Prosite Motivs wird der "Ein-Buchstaben-Code" verwendet. Das Symbol "x" steht für eine Position, an der jede Aminosäure akzeptiert wird. Eine variable Position, an der verschiedene bestimmte Aminosäuren akzeptiert werden, wird in eckigen Klammern "[...]" dargestellt, wobei die an dieser Position möglichen Aminosäuren aufgezählt werden. Aminosäuren, die an einer bestimmten Position nicht akzeptiert werden, stehen dagegen in geschweiften Klammern "{...}". Ein Gedankenstrich "-" trennt die einzelnen Elemente bzw. Positionen des Motivs. Wiederholt sich eine bestimmte Position, z.B. "x", mehrfach hintereinander, kann dies durch Angabe der Zahl der Wiederholungen in einer nachfolgenden Klammer dargestellt werden, z.B. "x (3)", was für "x-x-x" steht.PROSITE enables polypeptides to be assigned a function and thus to recognize pyruvate kinases as such. The "one-letter code" is used to display the Prosite motif. The symbol "x" stands for a position where every amino acid is accepted. A variable position at which various specific amino acids are accepted is shown in square brackets "[...]", whereby the possible amino acids at this position are listed. Amino acids that are not accepted at a certain position, however, are enclosed in curly brackets "{...}". A dash "-" separates the individual elements or positions of the motif. If a certain position, for example "x", repeats several times in succession, this can be represented by specifying the number of repetitions in a subsequent bracket, for example "x (3)", which stands for "xxx".
Ein Prosite Motiv stellt also letztlich die Komponenten einer Konsensussequenz dar, sowie Abstände zwischen den beteiligten Aminosäuren und ist damit typisch für eine bestimmte Enzymklasse. Anhand dieses Motivs können auf Basis der erfindungsgemäßen Nukleinsäuren weitere Polypeptide aus pflanzenpathogenen Pilzen indentifiziert bzw. zugeordnet werden, die zur selben Klasse wie das erfindungsgemäße Polypeptid gehören und deshalb auch in erfindungsgemäßer Weise verwendet werden können.A Prosite motif ultimately represents the components of a consensus sequence, as well as the distances between the amino acids involved, and is therefore typical for a certain enzyme class. Using this motif, further polypeptides from phytopathogenic fungi can be identified or assigned on the basis of the nucleic acids according to the invention which belong to the same class as the polypeptide according to the invention and can therefore also be used in the manner according to the invention.
Im Falle der Pyruvatkinase aus U. maydis liegt dieses Motiv ebenso vor wie bei Neurospora crassa, Trichoderma reesei, Emericella nidulans, Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Kluyveromyces lactis, Yarrowia lipolytica, Schizosaccharomyces pombe, Agaricus bisporus, S. cerevisiae und Pytophthora infestans (vgl. Abbildung 2).In the case of the pyruvate kinase from U. maydis, this motif is present, as is the case with Neurospora crassa, Trichoderma reesei, Emericella nidulans, Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Kluyveromyces lactis, Yarrowia lipolytica, Schizosaccharomyces pombe, Agaricusthisophiae infestus, S. c Figure 2).
Das oben genannte Prosite Motiv bzw. die spezifische Konsensussequenz sind typisch für die erfindungsgemäßen Polypeptide, die anhand dieser Konsensussequenzen strukturell definiert werden können und damit auch eindeutig identifϊzierbar sind.The above-mentioned Prosite motif or the specific consensus sequence are typical of the polypeptides according to the invention, which can be structurally defined on the basis of these consensus sequences and are therefore also clearly identifiable.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind deshalb auch Polypeptide aus pflanzenpathogenen Pilzen mit der biologischen Aktivität einer Pyruvatkinase, die das vorstehend genannte Prosite Motiv [LIVAC]-x-[LlvTsI](2)-[SAPCV]-K-[LIV]-E-| rKRST]-x-[DEQHS]- [GSTA]-[LIVM] um- fassen. Bevorzugt werden dabei jene Polypeptide, die das Prosite Motiv [lV]-x-[IV]-I-[SPACV]-K- [ΓV]-E-[NS]-X-[EQ]-G-[LIVM] umfassen.The present invention therefore also relates to polypeptides from phytopathogenic fungi with the biological activity of a pyruvate kinase, which have the aforementioned prosite motif [LIVAC] -x- [LlvTsI] (2) - [SAPCV] -K- [LIV] -E- | rKRST] -x- [DEQHS] - [GSTA] - [LIVM]. Those polypeptides which comprise the prosite motif [IV] -x- [IV] -I- [SPACV] -K- [ΓV] -E- [NS] -X- [EQ] -G- [LIVM] are preferred ,
Aufgrund der Homologien, die bei speziesspezifischen Nukleinsäuren kodierend für Pyruvatkinasen vorliegen, können auch Pyruvatkinasen aus anderen pflanzenpathogenen Pilzen identifiziert und verwendet werden, um die oben gestellte Aufgabe zu lösen, d.h. sie können ebenfalls zum .Identifizieren von Inhibitoren einer Pyruvatkinase verwendet werden, welche wiederum als Fungizide im Pflanzenschutz verwendet werden können. Es ist jedoch auch denkbar einen anderen Pilz, der nicht pflanzenpathogen ist, bzw. dessen Pyruvatkinase oder die dafür kodierende Sequenz zu verwenden, um fungizid wirkende Inhibitoren der Pyruvatkinase zu identifizieren. Aufgrund der hier angegebenen Sequenz gemäß SEQ ID NO: 1 und eventuell davon abgeleiteten Primern sowie gegebenenfalls unter Zuhilfenahme des vorstehend gezeigten Prosite Motivs ist es dem Fachmann möglich, z.B. mittels PCR weitere für Pyruvatkinasen kodierende Nukleinsäuren aus anderen (pflanzenpathogenen) Pilzen zu erhalten und zu identifizieren. Solche Nukleinsäuren und deren Verwendung in Verfahren zum Identifizieren von fungiziden Wirkstoffen werden als von der vorliegenden Erfindung umfasst betrachtet.Because of the homologies that exist for species-specific nucleic acids coding for pyruvate kinases, pyruvate kinases from other phytopathogenic fungi can also be identified and used to achieve the above object, ie they can also be used to identify inhibitors of a pyruvate kinase, which in turn can be used as Fungicides can be used in crop protection. However, it is also conceivable to use another fungus which is not pathogenic to the plant, or its pyruvate kinase or the sequence coding therefor, in order to identify fungicidal inhibitors of pyruvate kinase. Due to the The sequence given here according to SEQ ID NO: 1 and any primers derived therefrom and, if appropriate, with the aid of the prostite motif shown above, it is possible for the person skilled in the art to obtain and identify further nucleic acids coding for pyruvate kinases from other (phytopathogenic) fungi, for example by PCR. Such nucleic acids and their use in methods for identifying fungicidal active substances are considered to be encompassed by the present invention.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Nukleinsäuresequenz sowie gemäß den vorstehend beschriebenen Verfahren erhaltene Sequenzen aus anderen pflanzenpathogenen Pilzen können weitere für eine Pyruvatkinase kodierende Nukleinsäuresequenzen aus anderen Pilzen identifiziert werden. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher auch die Verwendung von Nukleinsäuren aus pflanzenpathogenen Pilzen, die für ein Polypeptid mit der enzymatischen Aktivität einer Pyruvatkinase kodieren, insbesondere Polypeptide, die das vorstehend beschriebene Motiv umfassen, zum Identifizieren von Inhibitoren pilzlicher Pyruvatkinasen.With the aid of the nucleic acid sequence according to the invention and sequences obtained from other phytopathogenic fungi according to the methods described above, further nucleic acid sequences coding for a pyruvate kinase from other fungi can be identified. The present invention therefore also relates to the use of nucleic acids from phytopathogenic fungi which code for a polypeptide with the enzymatic activity of a pyruvate kinase, in particular polypeptides which comprise the motif described above, for identifying inhibitors of fungal pyruvate kinases.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die für die Pyruvatkinase aus Ustilago maydis kodierende Nukleinsäure mit der SEQ ID NO: 1 sowie die für die Polypeptide gemäß SEQ ID NO:2 oder aktive Fragmente davon kodierenden Nukleinsäuren.The present invention also relates to the nucleic acid coding for the Ustilago maydis pyruvate kinase with the SEQ ID NO: 1 and the nucleic acids coding for the polypeptides according to SEQ ID NO: 2 or active fragments thereof.
Bei den erfϊndungsgemäßen Nukleinsäuren handelt es sich insbesondere um einzelsträngige oder doppelsträngige Desoxyribonukleinsäuren (DNA) oder Ribonukleinsäuren (RNA). Bevorzugte Ausführungsformen sind Fragmente genomischer DNA, und insbesondere cDNAs.The nucleic acids according to the invention are in particular single-stranded or double-stranded deoxyribonucleic acids (DNA) or ribonucleic acids (RNA). Preferred embodiments are fragments of genomic DNA, and in particular cDNAs.
Besonders bevorzugt umfassen die in erfindungsgemäßer Weise einsetzbaren Nukleinsäuren eine Sequenz aus pflanzenpathogenen Pilzen kodierend für ein Polypeptid mit der enzymatischen Aktivität einer Pyruvatkinase ausgewählt ausParticularly preferably, the nucleic acids which can be used in the manner according to the invention comprise a sequence of phytopathogenic fungi coding for a polypeptide with the enzymatic activity of a pyruvate kinase selected from
a) einer Sequenz gemäß SEQ ID NO: 1,a) a sequence according to SEQ ID NO: 1,
b) Sequenzen, die für ein Polypeptid kodieren, welches die Aminosäuresequenz gemäß SEQ TD NO: 2 umfasst,b) sequences which code for a polypeptide which comprises the amino acid sequence according to SEQ TD NO: 2,
c) Sequenzen, die für ein Polypeptid kodieren, welches das Motiv [LrVAC]-x-[LTVM](2)- [SAPCV]-K-[LIV]-E-[NKRST]-x-[DEQHS]- [GSTA]-[LIVM] umfasst,c) Sequences coding for a polypeptide which has the motif [LrVAC] -x- [LTVM] (2) - [SAPCV] -K- [LIV] -E- [NKRST] -x- [DEQHS] - [GSTA ] - [LIVM] includes
d) Sequenzen, welche an die unter a) und b) definierten Sequenzen bei einer Hybridisierungs- temperatur von 42-65 °C hybridisieren, und e) Sequenzen, welche eine zumindest 80 %ige, bevorzugt zumindest 85 %ige und besonders bevorzugt eine zumindest 90 %ige Identität mit den unter a) und b) definierten Sequenzen aufweisen.d) sequences which hybridize to the sequences defined under a) and b) at a hybridization temperature of 42-65 ° C., and e) sequences which have at least 80%, preferably at least 85% and particularly preferably at least 90% identity with the sequences defined under a) and b).
Wie bereits vorstehend ausgeführt, ist die vorliegende Erfindung nicht nur auf die Pyruvatkinase aus Ustilago maydis beschränkt. In analoger und dem Fachmann bekannter Weise können auch aus anderen Pilzen, vorzugsweise aus pflanzenpathogenen Pilzen, Polypeptide mit der Aktivität einer Pyruvatkinase gewonnen werden, die dann z.B. in einem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können. Bevorzugt wird die Pyruvatkinase aus Ustilago maydis verwendet.As already stated above, the present invention is not restricted only to the pyruvate kinase from Ustilago maydis. In an analogous manner known to those skilled in the art, polypeptides with the activity of a pyruvate kinase can also be obtained from other fungi, preferably from phytopathogenic fungi, which then e.g. can be used in a method according to the invention. The pyruvate kinase from Ustilago maydis is preferably used.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind weiterhin DNA-Konstrukte, die eine erfindungs- gemäße Nukleinsäure und einen homologen oder heterologen Promotor umfassen.The present invention furthermore relates to DNA constructs which comprise a nucleic acid according to the invention and a homologous or heterologous promoter.
Die Auswahl von heterologen Promotoren ist davon abhängig, ob zur Expression pro- oder eukaryotische Zellen oder zellfreie Systeme verwendet werden. Beispiele für heterologe Promotoren sind der 35S Promotor des Blumenkohlmosaikvirus für pflanzliche Zellen, der Promotor der Alkoholdehydrogenase für Hefezellen, die T3-, T7- oder SP6-Promotoren für prokaryotische Zellen oder zellfreie Systeme. Promotoren, die zur Expression der UMP/CMP-Kinasen in gramnegativen Bakterienstämmen ebenfalls geeignet sind, sind beispielsweise der cos-, tac-, trp-, tet-, lpp-, lac-, laclq-, T5-, gal-, trc-, ara-, 1-PR- oder 1 -PL-Promotor. Zur Expression in Hefestämmen können außerdem die Promotoren ADC1, MFa, AC, P-60, CYC1, GAPDH, TEF, rp28, AOX1 und GAP genutzt werden. Für Insektenzellen sind beispielsweise der Polyhedrin-Promotor sowie der plO-Promotor (Luckow, V. A. and Summers, M. D. (1988) Bio/Techn. 6, 47-55) einsetzbar.The selection of heterologous promoters depends on whether pro- or eukaryotic cells or cell-free systems are used for expression. Examples of heterologous promoters are the 35S promoter of cauliflower mosaic virus for plant cells, the alcohol dehydrogenase promoter for yeast cells, the T3, T7 or SP6 promoters for prokaryotic cells or cell-free systems. Promoters which are also suitable for the expression of the UMP / CMP kinases in gram-negative bacterial strains are, for example, the cos, tac, trp, tet, lpp, lac, laclq, T5, gal, trc , ara, 1-PR or 1-PL promoter. The promoters ADC1, MFa, AC, P-60, CYC1, GAPDH, TEF, rp28, AOX1 and GAP can also be used for expression in yeast strains. For insect cells, for example, the polyhedrin promoter and the p10 promoter (Luckow, V.A. and Summers, M.D. (1988) Bio / Techn. 6, 47-55) can be used.
Bevorzugt sollten pilzliche Expressionssysteme wie z.B. das Pichia pastoris-System verwendet werden, wobei hier die Transkription durch den Methanol induzierbaren AOX-Promotor angetrieben wird.Fungal expression systems such as e.g. the Pichia pastoris system can be used, the transcription here being driven by the methanol-inducible AOX promoter.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind ferner Vektoren, die eine erfindungsgemäße Nuklein- säure, eine erfmdungsgemäße regulatorische Region oder ein erfindungsgemäßes DNA-Konstrukt enthalten. Als Vektoren können alle in molekularbiologischen Laboratorien verwendete Phagen, Plasmide, Phagmide, Phasmide, Cosmide, YACs, BACs, künstliche Chromosomen oder Partikel, die für einen Partikelbeschuss geeignet sind, verwendet werden.The present invention furthermore relates to vectors which contain a nucleic acid according to the invention, a regulatory region according to the invention or a DNA construct according to the invention. All phages, plasmids, phagmids, phasmids, cosmids, YACs, BACs, artificial chromosomes or particles which are suitable for particle bombardment can be used as vectors.
Bevorzugte Vektoren sind z.B. die kommerziell erhältlichen Fusions- und Expressionsvektoren pGEX (Pharmacia Biotech Ine), pMAL (New England Biolabs, Beverly, MA) and pRIT5 (Pharmacia, Piscataway, NJ) welches Glutathion S-transferase beinhaltet (GST), Maltose Bindeprotein, oder Protein A, die pTrc- Vektoren (Amann et al., (1988), Gene 69:301-315), der "pKK233-2n (CLONTECH, Palo Alto, Californien) und die "pET"- und "pBADH-Vektor-Serien von Stratagene, La Jolla. Weitere vorteilhafte Vektoren zur Verwendung in Hefe sind pYep Secl (Baldari et al. (1987), Embo J. 6:229-234), pMFa (Kurjan and Herskowitz (1982), Cell 30:933- 943), pJRY88 (Schultz et al. (1987), Gene 54:113-123), and pYES-Derivate, pGAPZ-Derivate, pPICZ-Derivate, die Vektoren des Pichia Expression Kit' (Tnvitrogen Corporation, San Diego, CA), die p4XXprom. Vektorserie (Mumberg et al., 1995) sowie pSPORT-Vektoren (Fa. Life Technologies) für bakterielle Zellen, oder Gateway Vektoren (Fa. Life Technologies) für verschiedene Expressionssysteme in bakteriellen Zellen, Pflanzen, P. pastoris, S. cerevisiae oderInsektenzellen.Preferred vectors are, for example, the commercially available fusion and expression vectors pGEX (Pharmacia Biotech Ine), pMAL (New England Biolabs, Beverly, MA) and pRIT5 (Pharmacia, Piscataway, NJ) which contains glutathione S-transferase (GST), maltose binding protein, or Protein A, the pTrc vectors (Amann et al., (1988), Gene 69: 301-315), the "pKK233-2n (CLONTECH, Palo Alto, California) and the" pET "and" pBADH vectors -series from Stratagene, La Jolla. Further advantageous vectors for use in yeast are pYep Secl (Baldari et al. (1987), Embo J. 6: 229-234), pMFa (Kurjan and Herskowitz (1982), Cell 30: 933-943), pJRY88 (Schultz et al. (1987), Gene 54: 113-123), and pYES derivatives, pGAPZ derivatives, pPICZ derivatives, the vectors of the Pichia Expression Kit '(Tnvitrogen Corporation, San Diego, CA), the p4XXprom. Vector series (Mumberg et al., 1995) and pSPORT vectors (Fa. Life Technologies) for bacterial cells, or gateway vectors (Fa. Life Technologies) for various expression systems in bacterial cells, plants, P. pastoris, S. cerevisiae or insect cells.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch Wirtszellen, die eine erfindungsgemäße Nukleinsäure, ein erfindungsgemäßes DNA-Konstrukt oder einen erfindungsgemäßen Vektor enthalten.The present invention also relates to host cells which contain a nucleic acid according to the invention, a DNA construct according to the invention or a vector according to the invention.
Der Ausdruck "Wirtszelle", wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf Zellen, die natürlicherweise die erfindungsgemäßen Nukleinsäuren nicht enthalten.The term "host cell" as used in the present context refers to cells which do not naturally contain the nucleic acids according to the invention.
Als Wirtszellen eignen sich sowohl prokaryotische Zellen, vorzugsweise E. coli, als auch eukaryotische Zellen, wie Zellen von Saccharomyces cerevisiae, Pichia pastoris, Insekten, Pflanzen, Froschoozyten und Zelllinien von Säugern.Suitable host cells are both prokaryotic cells, preferably E. coli, and eukaryotic cells, such as cells from Saccharomyces cerevisiae, Pichia pastoris, insects, plants, frog oocytes and cell lines from mammals.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind weiterhin Polypeptide mit der biologischen Aktivität einer Pyruvatkinase, die von den erfindungsgemäßen Nukleinsäuren kodiert werden.The present invention furthermore relates to polypeptides with the biological activity of a pyruvate kinase which are encoded by the nucleic acids according to the invention.
Bevorzugt umfassen die in erfindungsgemäßer Weise verwendbaren Polypeptide eine Amino- säuresequenz aus pflanzenpathogenen Pilzen ausgewählt ausThe polypeptides which can be used in accordance with the invention preferably comprise an amino acid sequence selected from phytopathogenic fungi
(a) der Sequenz gemäß SEQ ID NO:2,(a) the sequence according to SEQ ID NO: 2,
(b) Sequenzen, welche eine zumindest 70 %ige, bevorzugt eine zumindest 80 %ige, besonders bevorzugt eine 90 %ige und insbesondere bevorzugt eine 95 %ige Identität mit der unter a) definierten Sequenz haben,(b) sequences which have at least 70%, preferably at least 80%, particularly preferably 90% and particularly preferably 95% identity with the sequence defined under a),
(c) den unter b) angegebenen Sequenzen, welche das Prosite Motiv [LIVAC]-x-[LιVM](2)- [SAPCV]-K-[LJN]-E-[NKRST]-x-[DEQHS]-[GSTA]-[LIVM] umfassen, und(c) the sequences given under b) which contain the prosite motif [LIVAC] -x- [LιVM] (2) - [SAPCV] -K- [LJN] -E- [NKRST] -x- [DEQHS] - [ GSTA] - [LIVM] include, and
(d) Fragmenten der unter a) bis c) angegebenen Sequenzen, welche die gleiche biologische Aktivität aufweisen wie die unter a) definierte Sequenz.(d) Fragments of the sequences given under a) to c), which have the same biological activity as the sequence defined under a).
Der Ausdruck "Polypeptide", wie er hierin verwendet wird, bezieht sich sowohl auf kurze Aminosäureketten, die gewöhnlich als Peptide, Oligopeptide oder Oligomere bezeichnet werden, als auch auf längere Aminosäureketten, die gewöhnlich als Proteine bezeichnet werden. Er umfasst Aminosäureketten, die entweder durch natürliche Prozesse, wie posttranslationale Prozessierung, oder durch chemische Verfahren, die Stand der Technik sind, modifiziert sein können. Solche Modifikationen können an verschiedenen Stellen und mehrfach in einem Polypeptid vorkommen, wie beispielsweise am Peptid-Rückgrat, an der Aminosäure-Seitenkette, am Amino- und oder am Carboxy-Terminus. Sie umfassen beispielsweise Acetylierungen, Acylierungen, ADP-Ribosylie- rungen, Amidierungen, kovalente Verknüpfungen mit Flavinen, Häm-Anteilen, Nukleotiden oder Nukleotid-Derivaten, Lipiden oder Lipid-Derivaten oder Phophatidylinositol, Cyclisierungen, Disulfidbrückenbildungen, Demethylierungen, Cystin-Bildungen, Formylierungen, gamma- Carboxylierungen, Glycosylierungen, Hydroxylierungen, Iodierungen, Methylierungen, Myristoy- lierungen, Oxidationen, proteolytische Prozessierungen, Phosphorylierungen, Selenoylierungen und tRNA-veπnittelte Additionen von Aminosäuren.The term "polypeptides" as used herein refers to both short amino acid chains, commonly referred to as peptides, oligopeptides, or oligomers, as well as longer amino acid chains commonly referred to as proteins. It encompasses amino acid chains that can be modified either by natural processes, such as post-translational processing, or by chemical processes that are state of the art. Such modifications can occur at various locations and multiple times in a polypeptide, such as, for example, on the peptide backbone, on the amino acid side chain, on the amino and or on the carboxy terminus. They include, for example, acetylations, acylations, ADP ribosylations, amidations, covalent linkages with flavins, heme components, nucleotides or nucleotide derivatives, lipids or lipid derivatives or phosphatidylinositol, cyclizations, disulfide bridging, demethylations, cystine formation, formylations gamma carboxylations, glycosylations, hydroxylations, iodinations, methylations, myristoylations, oxidations, proteolytic processing, phosphorylations, selenoylations and tRNA-specific additions of amino acids.
Die erfindungsgemäßen Polypeptide können in der Form "reifer" Proteine oder als Teile größerer Proteine, z.B. als Fusionsproteine, vorliegen. Weiterhin können sie Sezernierungs- oder "Leader"- Sequenzen, Pro-Sequenzen, Sequenzen, die eine einfache Reinigung ermöglichen, wie mehrfache Histidin-Reste, oder zusätzliche stabilisierende Aminosäuren aufweisen. Die erfindungsgemäßen Proteine können ebenfalls so vorliegen, wie sie natürlicherweise in ihrem Herkunftsorganismus vorliegen, aus dem sie zum Beispiel direkt gewonnen werden können. In den erfindungsgemäßen Verfahren können ebenso aktive Fragmente einer Pyruvatkinase eingesetzt werden, solange sie die Bestimmung der enzymatischen Aktivität des Polypeptids bzw. deren Inhibition durch eine Kandidatenverbindung ermöglichen.The polypeptides according to the invention can be in the form of "mature" proteins or as parts of larger proteins, e.g. as fusion proteins. Furthermore, they can have secreting or "leader" sequences, pro sequences, sequences which enable simple purification, such as multiple histidine residues, or additional stabilizing amino acids. The proteins according to the invention can also be present as they are naturally present in their organism of origin, from which they can be obtained directly, for example. Active fragments of a pyruvate kinase can also be used in the method according to the invention, as long as they enable the determination of the enzymatic activity of the polypeptide or its inhibition by a candidate compound.
Die in den erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Polypeptide können im Vergleich zu den entsprechenden Regionen von natürlich vorkommenden Pyruvatkinasen Deletionen oder Aminosäuresubstitutionen aufweisen, solange sie zumindest noch die biologische Aktivität einer vollständigen Pyruvatkinase zeigen. Konservative Substitutionen sind bevorzugt. Solche konservativen Substitutionen umfassen Variationen, wobei eine Aminosäure durch eine andere Aminosäure aus der folgenden Gruppe ersetzt wird:The polypeptides used in the methods according to the invention can have deletions or amino acid substitutions in comparison with the corresponding regions of naturally occurring pyruvate kinases, as long as they still show at least the biological activity of a complete pyruvate kinase. Conservative substitutions are preferred. Such conservative substitutions include variations in which one amino acid is replaced by another amino acid from the following group:
1. Kleine aliphatische, nicht-polare oder wenig polare Reste: Ala, Ser, Thr, Pro und Gly;1. Small aliphatic, non-polar or slightly polar residues: Ala, Ser, Thr, Pro and Gly;
2. Polare, negativ geladene Reste und deren Amide: Asp, Asn, Glu und Gin;2. Polar, negatively charged residues and their amides: Asp, Asn, Glu and Gin;
3. Polare, positiv geladene Reste: His, Arg und Lys;3. Polar, positively charged residues: His, Arg and Lys;
4. Große aliphatische, nicht-polare Reste: Met, Leu, He, Val und Cys; und4. Large aliphatic, non-polar residues: Met, Leu, He, Val and Cys; and
5. Aromatische Reste: Phe, Tyr und Trp. Ein mögliches Reinigungsverfahren der Pyruvatkinase basiert auf präparativer Elektrophorese, FPLC, HPLC (z.B. unter Anwendung von Gelfiltrations-, Reversphasen- oder leicht hydrophoben Säulen), Gelfiltration, differentieller Präzipitation, Ionenaustausch-Chromatographie oder Affinitätschromatographie (vgl. Beispiel 2).5. Aromatic residues: Phe, Tyr and Trp. A possible purification method of pyruvate kinase is based on preparative electrophoresis, FPLC, HPLC (for example using gel filtration, reverse phase or slightly hydrophobic columns), gel filtration, differential precipitation, ion exchange chromatography or affinity chromatography (see Example 2).
Ein schnelles Verfahren zum Isolieren von Pyruvatkinase, die von Wirtszellen synthetisiert werden, beginnt mit der Expression eines Fusionsproteins, wobei der Fusionspartner auf einfache Weise affinitätsgereinigt werden kann. Der Fusionspartner kann beispielsweise ein MBP-Tag oder ein His-Tag sein (vgl. Beispiel 2). Der Fusionspartner kann durch partielle proteolytische Spaltung beispielsweise an Linkern zwischen dem Fusionspartner und dem zu reinigenden erfmdungsge- mäßen Polypeptid abgetrennt werden. Der Linker kann so gestaltet werden, dass er Ziel-Aminosäuren, wie Arginin- und Lysin-Reste einschließt, die Stellen für eine Spaltung durch Trypsin definieren. Um solche Linker zu erzeugen, können Standard-Klonierungsverfahren unter Verwendung von Oligonukleotiden angewendet werden.A rapid method for isolating pyruvate kinase synthesized by host cells begins with the expression of a fusion protein, whereby the fusion partner can be easily affinity-purified. The fusion partner can be, for example, an MBP tag or a His tag (cf. Example 2). The fusion partner can be separated by partial proteolytic cleavage, for example on linkers between the fusion partner and the polypeptide according to the invention to be purified. The linker can be designed to include target amino acids, such as arginine and lysine residues, that define sites for trypsin cleavage. Standard cloning techniques using oligonucleotides can be used to create such linkers.
Weitere mögliche Reinigungsverfahren basieren wiederum auf präparativer Elektrophorese, FPLC, HPLC (z.B. unter Anwendung von Gelfiltrations-, Reversphasen- oder leicht hydrophoben Säulen), Gelfiltration, differentieller Präzipitation, Ionenaustausch-Chromatographie und Affϊni- tätschromatographie.Further possible purification processes are based on preparative electrophoresis, FPLC, HPLC (e.g. using gel filtration, reverse phase or slightly hydrophobic columns), gel filtration, differential precipitation, ion exchange chromatography and affinity chromatography.
Die Ausdrücke "Isolierung oder Reinigung", wie sie hierin verwendet werden, bedeuten, dass die erfindungsgemäßen Polypeptide von anderen Proteinen oder anderen Makromolekülen der Zelle oder des Gewebes abgetrennt werden. Vorzugsweise ist eine die erfϊndungsgemäßen Polypeptide enthaltende Zusammensetzung hinsichtlich des Proteingehalts gegenüber einer Präparation aus den Wirtszellen mindestens 10-fach und besonders bevorzugt mindestens 100-fach angereichert.The terms "isolation or purification" as used in the present context mean that the polypeptides according to the invention are separated from other proteins or other macromolecules of the cell or the tissue. A composition containing the polypeptides according to the invention is preferably enriched at least 10-fold and particularly preferably at least 100-fold with respect to the protein content compared to a preparation from the host cells.
Die erfindungsgemäßen Polypeptide können auch ohne Fusionspartner mit Hilfe von Antikörpern, die an die Polypeptide binden, affinitätsgereinigt werden.The polypeptides according to the invention can also be affinity-purified without a fusion partner using antibodies which bind to the polypeptides.
Das Verfahren zum Herstellen von Polypeptiden mit der Aktivität einer Pyruvatkmase, wie z.B. der Pyruvatkinase aus U. maydis, ist damit gekennzeichnet durchThe method of making polypeptides with pyruvate mase activity, e.g. the pyruvate kinase from U. maydis is characterized by
(a) das Kultivieren einer Wirtszelle enthaltend zumindest eine exprimierbare Nukleinsäuresequenz kodierend für ein Polypeptid aus Pilzen mit der biologischen Aktivität einer Pyruvatkinase unter Bedingungen, die die Expression dieser Nukleinsäure gewährleisten, oder (b) das Exprimieren einer exprimierbaren Nukleinsäuresequenz kodierend für ein Polypeptid aus Pilzen mit der biologischen Aktivität einer Pyruvatkinase in einem in vitro-System, und(a) culturing a host cell containing at least one expressible nucleic acid sequence coding for a polypeptide from fungi with the biological activity of a pyruvate kinase under conditions which ensure the expression of this nucleic acid, or (b) expressing an expressible nucleic acid sequence coding for a polypeptide from fungi with the biological activity of a pyruvate kinase in an in vitro system, and
(c) die Gewinnung des Polypeptids aus der Zelle, dem Kulturmedium oder dem in vitro- System.(c) obtaining the polypeptide from the cell, the culture medium or the in vitro system.
Die so erhaltenen Zellen enthaltend das erfindungsgemäße Polypeptid oder das so erhaltene gereinigte Polypeptid sind geeignet, in Verfahren zum Identifizieren von Modulatoren bzw. Inhibitoren der Pyruvatkinase verwendet zu werden.The cells thus obtained containing the polypeptide according to the invention or the purified polypeptide thus obtained are suitable for use in methods for identifying pyruvate kinase modulators or inhibitors.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung von Polypeptiden aus Pilzen, bevorzugt aus pflanzenpathogenen Pilzen, welche zumindest eine biologische Aktivität einer Pyruvatkinase ausüben, in Verfahren zum Identifizieren von Fungiziden, wobei die Inhibitoren der Pyruvatkinase als Fungizide verwendet werden können. Besonders bevorzugt wird die Pyruvatkinase aus Ustilago maydis verwendet.The present invention also relates to the use of polypeptides from fungi, preferably from phytopathogenic fungi, which have at least one biological activity of a pyruvate kinase in methods for identifying fungicides, it being possible for the pyruvate kinase inhibitors to be used as fungicides. The pyruvate kinase from Ustilago maydis is particularly preferably used.
Fungizide Wirkstoffe, die mit Hilfe einer Pyruvatkinase aus einer bestimmten Pilzspezies gefunden werden, können auch mit Pyruvatkinase aus anderen Pilzspezies interagieren, wobei die Interaktion mit den unterschiedlichen in diesen Pilzen vorkommenden Pyruvatkinase nicht immer gleich stark sein muss. Dies erklärt unter anderem die Selektivität wirksamer Substanzen. Die Nutzung der Wirkstoffe, die mit einer spezifischen Pyruvatkinase gefunden wurden, als Fungizid auch bei anderen Pilzen kann darauf zurückgeführt werden, dass sich Pyruvatkinasen aus verschiedenen Pilzspezies sehr nahe stehen und in größeren Bereichen eine ausgeprägte Homologie zeigen. So wird an Abbildung 2 deutlich, dass eine solche Homologie über beträchtliche Sequenzabschnitte hinweg zwischen allen betrachteten Pilzen besteht und damit die Wirkung der z.B. mit Hilfe der Pyruvatkinase aus U. maydis gefundenen Substanzen nicht notwendigerweise auf U maydis beschränkt bleibt.Fungicidal active ingredients, which are found with the help of a pyruvate kinase from a particular fungal species, can also interact with pyruvate kinase from other fungal species, although the interaction with the different pyruvate kinase occurring in these fungi does not always have to be equally strong. This explains, among other things, the selectivity of active substances. The use of the active ingredients found with a specific pyruvate kinase as a fungicide in other fungi can also be attributed to the fact that pyruvate kinases from different fungus species are very close and show pronounced homology in larger areas. Figure 2 clearly shows that such homology exists over considerable sequence sections between all examined fungi and thus the effect of e.g. substances found with the help of pyruvate kinase from U. maydis is not necessarily limited to U maydis.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist deshalb auch ein Verfahren zum Identifizieren von Fungiziden durch Testen von potentiellen Inhibitoren bzw. Modulatoren der enzymatischen Aktivität der Pyruvatkinase („Kandidatenverbindung" oder „Testverbindung") in einem Pyruvatkinase- Hemmtest.The present invention therefore also relates to a method for identifying fungicides by testing potential inhibitors or modulators of the enzymatic activity of pyruvate kinase (“candidate compound” or “test compound”) in a pyruvate kinase inhibition test.
Verfahren, die geeignet sind, Modulatoren, insbesondere Inhibitoren bzw. Antagonisten der erfindungsgemäßen Polypeptide zu identifizieren, beruhen in aller Regel auf der Bestimmung derMethods which are suitable for identifying modulators, in particular inhibitors or antagonists, of the polypeptides according to the invention are generally based on the determination of the
Aktivität bzw. der biologischen Funktionalität des Polypeptids. Dazu kommen prinzipiell sowohl auf ganzen Zellen beruhende Verfahren (in vivo Verfahren) in Frage, wie auch Verfahren, die auf der Verwendung des aus den Zellen isolierten Polypeptids beruhen, das in gereinigter oder teilweise gereinigter Form oder auch als Rohextrakt vorliegen kann. Diese zellfreien in vitro Verfahren können ebenso wie in vivo Verfahren im Labormaßstab, in bevorzugter Weise aber auch in HTS oder UHTS Verfahren genutzt werden. Im Anschluss an die in vivo oder in vitro Identifizierung von Modulatoren des Polypeptids können Tests an Pilzkulturen durchgeführt werden, um die fungizide Wirksamkeit der gefundenen Verbindungen zu prüfen.Activity or the biological functionality of the polypeptide. In principle, methods based on whole cells (in vivo methods) as well as methods based on are based on the use of the polypeptide isolated from the cells, which can be present in purified or partially purified form or as a crude extract. These cell-free in vitro methods can be used just like in vivo methods on a laboratory scale, but preferably also in HTS or UHTS methods. Following the in vivo or in vitro identification of modulators of the polypeptide, tests can be carried out on fungal cultures in order to test the fungicidal activity of the compounds found.
Viele Testsysteme, die die Prüfung von Verbindungen und natürlichen Extrakten zum Ziel haben, sind bevorzugt auf hohe Durchsatzzahlen ausgerichtet, um die Zahl der untersuchten Substanzen in einem gegebenen Zeitraum zu maximieren. Testsysteme, die auf zellfreiem Arbeiten beruhen, brauchen gereinigtes oder semi-gereinigtes Protein. Sie sind geeignet für eine erste Prüfung, die in erster Linie darauf abzielt, einen möglichen Einfluss einer Substanz auf das Zielprotein zu detektieren. Ist eine solche erste Prüfung erfolgt und eine oder mehrere Verbindungen, Extrakte etc. gefunden, kann die Wirkung solcher Verbindungen im Labor noch gezielter untersucht werden. So kann in einem ersten Schritt die Inhibierung oder Aktivierung des erfϊndungsgemäßen Polypeptids in vitro noch einmal geprüft werden, um im Anschluss daran die Wirksamkeit der Verbindung am Zielorganismus, hier einem oder mehreren pflanzenpathogenen Pilzen, zu testen. Die Verbindung kann dann gegebenenfalls als Ausgangspunkt für die weitere Suche und Entwicklung von fungiziden Verbindungen verwendet werden, die auf der ursprünglichen Struktur basieren, jedoch z.B. hinsichtlich Wirksamkeit, Toxizität oder Selektivität optimiert sind.Many test systems that aim to test compounds and natural extracts are preferably geared towards high throughput numbers in order to maximize the number of substances tested in a given period of time. Test systems that are based on cell-free work require purified or semi-purified protein. They are suitable for a first test, which primarily aims to detect a possible influence of a substance on the target protein. Once such a first test has been carried out and one or more compounds, extracts etc. have been found, the effect of such compounds can be examined in a more targeted manner in the laboratory. In a first step, the inhibition or activation of the polypeptide according to the invention can be checked again in vitro in order to then test the effectiveness of the compound on the target organism, here one or more phytopathogenic fungi. The compound can then optionally be used as a starting point for the further search and development of fungicidal compounds based on the original structure, but e.g. are optimized in terms of effectiveness, toxicity or selectivity.
Um Modulatoren aufzufinden, kann z.B. ein synthetischer Reaktionsmix (z.B. Produkte der in vitro Transkription) oder ein zellulärer Bestandteil, wie eine Membran, ein Kompartiment oder irgendeine andere Präparation, die die erfindungsgemäßen Polypeptide enthält, zusammen mit einem gegebenenfalls markierten Substrat oder Liganden der Polypeptide in Gegenwart und Abwesenheit eines Kandidatenmoleküls inkubiert werden. Die Fähigkeit des Kandidatenmoleküls die enzymatische Aktivität der erfindungsgemäßen Polypeptide zu hemmen, wird z.B. erkennbar an einer verringerten Bindung des gegebenenfalls markierten Liganden oder an einer verringerten Umsetzung des gegebenenfalls markierten Substrates. Moleküle, die die biologische Aktivität der erfindungsgemäßen Polypeptide hemmen, sind gute Antagonisten bzw. Inhibitoren.To find modulators, e.g. incubating a synthetic reaction mix (e.g. products of in vitro transcription) or a cellular component such as a membrane, a compartment or any other preparation which contains the polypeptides according to the invention together with an optionally labeled substrate or ligand of the polypeptides in the presence and absence of a candidate molecule become. The ability of the candidate molecule to inhibit the enzymatic activity of the polypeptides of the invention will e.g. recognizable by a reduced binding of the optionally labeled ligand or by a reduced implementation of the optionally labeled substrate. Molecules that inhibit the biological activity of the polypeptides according to the invention are good antagonists or inhibitors.
Die Detektion der biologischen Aktivität der erfϊndungsgemäßen Polypeptide kann durch ein so genanntes Reportersystem verbessert werden. Reportersysteme in dieser Hinsicht umfassen, sind aber nicht beschränkt auf colorimetrisch oder fluorimetrisch nachweisbare Substrate, die in ein Produkt umgewandelt werden oder ein Reportergen, das auf Veränderungen der Aktivität oder der Expression der erfindungsgemäßen Polypeptide anspricht oder andere bekannte Bindungstests. Ein weiteres Beispiel für ein Verfahren, mit welchem Modulatoren der erfϊndungsgemäßen Polypeptide aufgefunden werden können, ist ein Verdrängungstest, bei dem man unter dafür geeigneten Bedingungen die erfϊndungsgemäßen Polypeptide und einen potenziellen Modulator mit einem Molekül, das bekanntermaßen an die erfϊndungsgemäßen Polypeptide bindet, wie einem natürlichen Substrat oder Liganden oder einem Substrat- oder Liganden-Mimetikum zusammenbringt. Die erfindungsgemäßen Polypeptide selbst können markiert werden, z.B. fluorimetrisch oder colorimetrisch, so dass man die Anzahl der Polypeptide, die an einen Liganden gebunden sind oder die eine Umsetzung mitgemacht haben, exakt bestimmen kann. Ebenso kann jedoch die Bindung mittels des gegebenenfalls markierten Substrats, Liganden bzw. Substratanalogen verfolgt werden. Auf diese Weise lässt sich die Effektivität eines Antagonisten ermessen.The detection of the biological activity of the polypeptides according to the invention can be improved by a so-called reporter system. Reporter systems in this regard include, but are not limited to, colorimetrically or fluorimetrically detectable substrates that are converted to a product, or a reporter gene that is responsive to changes in the activity or expression of the polypeptides of the invention, or other known binding assays. Another example of a method with which modulators of the polypeptides according to the invention can be found is a displacement test in which, under suitable conditions, the polypeptides according to the invention and a potential modulator with a molecule which is known to bind to the polypeptides according to the invention, such as a natural one Bring substrate or ligands or a substrate or ligand mimetic. The polypeptides according to the invention themselves can be labeled, for example fluorimetrically or colorimetrically, so that the number of polypeptides which are bound to a ligand or which have undergone a reaction can be determined exactly. However, the binding can also be followed by means of the optionally labeled substrate, ligand or substrate analog. In this way, the effectiveness of an antagonist can be measured.
Effekte wie Zelltoxizität werden in diesen in vitro Systemen in der Regel ignoriert. Die Testsysteme überprüfen dabei sowohl inhibierende bzw. suppressive Effekte der Substanzen, als auch stimulatorische Effekte. Die Effektivität einer Substanz kann durch konzentrationsabhängige Testreihen überprüft werden. Kontrollansätze ohne Testsubstanzen bzw. ohne Enzym können zur Bewertung der Effekte herangezogen werden.Effects such as cell toxicity are usually ignored in these in vitro systems. The test systems check both inhibitory or suppressive effects of the substances as well as stimulatory effects. The effectiveness of a substance can be checked using concentration-dependent test series. Control approaches without test substances or without enzyme can be used to evaluate the effects.
Eine weitere Möglichkeit zur Identifizierung von Inhibitoren des erfindungsgemäßen Polypeptides beruht auf so genannten in vivo oder cell-based Verfahren, die im Prinzip auf den folgenden Schritten basieren: (1) Herstellen von transgenen Organismen, die nach Transformation mit einer erfϊndungsgemäßen Nukleinsäure in der Lage sind, eine UMP/CMP-Kinase zu exprimieren, (2) Aufbringen einer Testverbindung auf den Organismus aus Schritt (1) und zur Kontrolle auf einen analogen, nicht transformierten Organismus, (3) Bestimmen des Wachstums oder der Überlebensfähigkeit des transgenen und eines nicht-transformierten Organismus nach dem Aufbringen der Testverbindung aus Schritt (2), und (4) Selektion von Testverbindungen, die im Vergleich mit dem Wachstum des transgenen Organismus ein vermindertes Wachstum, eine verminderte Über- lebensfahigkeit und/oder verminderte Pathogenität des nicht transgenen Organismus bewirken. Unter einem analogen, nicht transformierten Organismus ist ein Organismus zu verstehen, der als Ausgangsorganismus in Schritt (1) verwendet wurde. Die Transformation kann mit einem erfϊndungsgemäßen Vektor oder der erfϊndungsgemäßen Nukleinsäure selbst erfolgen. Als Organismen, die mit der erfindungsgemäßen Nukleinsäure bzw. Vektor transformiert werden, eignen sich bevorzugt Pilze, besonders bevorzugt die eingangs erwähnten phytopathogenen Pilze.Another possibility for identifying inhibitors of the polypeptide according to the invention is based on so-called in vivo or cell-based methods, which are based in principle on the following steps: (1) Production of transgenic organisms which are capable of transformation with a nucleic acid according to the invention to express a UMP / CMP kinase, (2) applying a test compound to the organism from step (1) and for control to an analog, non-transformed organism, (3) determining the growth or survivability of the transgenic and a non- transformed organism after the application of the test compound from step (2), and (4) selection of test compounds which, in comparison with the growth of the transgenic organism, result in reduced growth, reduced viability and / or reduced pathogenicity of the non-transgenic organism. An analog, non-transformed organism is to be understood as an organism that was used as the starting organism in step (1). The transformation can be carried out using a vector according to the invention or the nucleic acid according to the invention itself. Fungi are particularly suitable as organisms which are transformed with the nucleic acid or vector according to the invention, particularly preferably the phytopathogenic fungi mentioned at the beginning.
Durch die anhand der vorliegenden Erfindung verfügbaren, für eine erfindungsgemäße Pyruvatkinase kodierende Nukleinsäuren enthaltenden Wirtszellen, wird auch die Entwicklung von Testsystemen, die auf Zellen basieren, zur Identifizierung von Substanzen ermöglicht, die die Aktivität der erfϊndungsgemäßen Polypeptide modulieren. Vorzugsweise handelt es sich bei den zu identifizierenden Modulatoren um kleine organisch- chemische Verbindungen.The host cells containing nucleic acids coding for a pyruvate kinase according to the invention which are available on the basis of the present invention also enable the development of test systems based on cells for the identification of substances which modulate the activity of the polypeptides according to the invention. The modulators to be identified are preferably small organic chemical compounds.
Ein Verfahren zum Identifizieren einer Verbindung, die die Aktivität einer Pyruvatkinase aus Pilzen moduliert und die, gegebenenfalls in einer geeigneten Formulierung, als Fungizid im Pflanzenschutz verwendet werden kann, besteht bevorzugt darin, dass manA method for identifying a compound which modulates the activity of a pyruvate kinase from fungi and which, if appropriate in a suitable formulation, can be used as a fungicide in crop protection is preferably that
a) ein erfindungsgemäßes Polypeptid oder eine Wirtszelle enthaltend dieses Polypeptid mit einer chemischen Verbindung oder mit einem Gemisch von chemischen Verbindungen unter Bedingungen in Kontakt bringt, die die Interaktion einer chemischen Verbindung mit dem Polypeptid erlauben,a) a polypeptide according to the invention or a host cell containing this polypeptide is brought into contact with a chemical compound or with a mixture of chemical compounds under conditions which allow the interaction of a chemical compound with the polypeptide,
b) die Aktivität des erfϊndungsgemäßen Polypeptids bei Abwesenheit einer chemischen Verbindung mit der Aktivität des erfϊndungsgemäßen Polypeptids bei Anwesenheit einer chemischen Verbindung oder eines Gemisches von chemischen Verbindungen vergleicht, undb) comparing the activity of the polypeptide according to the invention in the absence of a chemical compound with the activity of the polypeptide according to the invention in the presence of a chemical compound or a mixture of chemical compounds, and
c) die chemische Verbindung auswählt, die die Aktivität des erfϊndungsgemäßen Polypeptids spezifisch moduliert, und gegebenenfallsc) selects the chemical compound which modulates the activity of the polypeptide according to the invention, and, if appropriate
d) die fungizide Wirkung der ausgewählten Verbindung in vivo prüft.d) tests the fungicidal activity of the selected compound in vivo.
Besonders bevorzugt wird dabei diejenige Verbindung bestimmt, die die Aktivität des erfϊndungsgemäßen Polypeptids spezifisch inhibiert. Der Begriff "Aktivität", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf die biologische Aktivität des erfϊndungsgemäßen Polypeptids.The compound which specifically inhibits the activity of the polypeptide according to the invention is particularly preferably determined. The term "activity" as used here refers to the biological activity of the polypeptide according to the invention.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Tatsache genutzt, dass das bei der Reaktion der Pyruvatkinase entstehende Pyruvat von der Lactat Dehydrogenase (LDH) unter Verbrauch von NADH zu Lactat umgesetzt wird. Dabei entsteht auch NAD0 Die Reaktion kann schematisch folgendermaßen dargestellt werden:In a preferred embodiment, the fact is used that the pyruvate formed in the reaction of the pyruvate kinase is converted to lactate by the lactate dehydrogenase (LDH) using NADH. This also creates NAD0. The reaction can be shown schematically as follows:
PK Phosphoenolpyruvat + ADP + H+ - Pyruvat + ATP LDH Pyruvat + NADH + ET*" -> Lactat + NAD+ PK phosphoenolpyruvate + ADP + H + - pyruvate + ATP LDH pyruvate + NADH + ET * " -> lactate + NAD +
Das bei der Reaktion der LDH verbrauchte Cosubstrat NADH besitzt bei 340nm ein Extinktionsmaximum. Man lässt die Reaktion ablaufen und verfolgt die Abnahme der Extinktion in Abhängigkeit von der Zeit (kinetische Messung). So kann die enzymatische Aktivität der Pyruvat- kinase verfolgt werden, indem man die Abnahme von NADH durch Absorptionsmessung bei 340 nm verfolgt. Eine geringere bzw. inhibierte Aktivität der Pyruvatkinase wird dadurch erkannt, dass die NADH Konzentration (photospektrometrisch bestimmt) lansamer bzw. gar nicht abnimmt. Bei Hemmung der Pyruvatkinase wird weniger oder gar kein Pyruvat gebildet, daher läuft auch die LDH-Reaktion in geringerem Maße ab und es wird weniger oder kein NADH verbraucht.The cosubstrate NADH consumed in the reaction of the LDH has an extinction maximum at 340 nm. The reaction is allowed to run and the decrease in absorbance is monitored as a function of time (kinetic measurement). The enzymatic activity of the pyruvate kinase can be followed by monitoring the decrease in NADH by absorbance measurement at 340 nm. A lower or inhibited activity of the pyruvate kinase is recognized by the fact that the NADH concentration (determined by photospectrometry) decreases more slowly or not at all. When pyruvate kinase is inhibited, less or no pyruvate is formed, so the LDH reaction takes place to a lesser extent and less or no NADH is consumed.
Da auch eine Hemmung der LDH zu einer veπingerten NADH Abnahme führen würde, müssen in dem oben beschriebenen Test gefundene Inhibitoren auf eine etwaige Inhibierung der LDH hin überprüft werden.Since an inhibition of LDH would also lead to a reduced decrease in NADH, inhibitors found in the test described above must be checked for any inhibition of LDH.
Die Messung kann auch in für HTS- oder UHTS-Assays gängigeren Formaten erfolgen, z.B. in Mikrotiterplatten, in denen z.B. ein Gesamtvolumen von 5 bis 50 μl pro Ansatz bzw. pro Well vorgelegt wird und die einzelnen Komponenten in einer der vorstehend angegebenen Endkonzentrationen vorliegen. Dabei wird die zu testende, potentiell die Aktivität des Enzyms inhibierende oder aktivierende Verbindung (Kandidatenmolekül) z.B. in einer geeigneten Konzentration in Testpuffer enthaltend ATP, Phosphoenolpyruvat, und NADH sowie das Hilfsenzym Lactat- dehydrogenase vorgelegt. Dann wird das erfϊndungsgemäße Polypeptid im oben genannten Testpuffer zugegeben und die Reaktion damit gestartet. Der Ansatz wird dann z.B. bis zu 30 Minuten bei einer geeigneten Temperatur inkubiert und die Abnahme der NADH-Konzentration gemessen.The measurement can also be carried out in formats more common for HTS or UHTS assays, e.g. in microtiter plates in which e.g. a total volume of 5 to 50 .mu.l per batch or per well is presented and the individual components are present in one of the final concentrations given above. The compound to be tested, potentially inhibiting or activating the activity of the enzyme (candidate molecule) is e.g. in a suitable concentration in test buffer containing ATP, phosphoenol pyruvate, and NADH and the auxiliary enzyme lactate dehydrogenase. Then the polypeptide according to the invention is added in the above-mentioned test buffer and the reaction is started with it. The approach is then e.g. incubated for up to 30 minutes at a suitable temperature and measured the decrease in the NADH concentration.
Eine weitere Messung erfolgt in einem entsprechenden Ansatz, jedoch ohne Zugabe eines Kandidatenmoleküls und ohne Zugabe eines erfϊndungsgemäßen Polypeptids (Negativkontrolle). Eine weitere Messung erfolgt wiederum bei Abwesenheit eines Kandidatenmoleküls, jedoch bei Anwesenheit des erfindungsgemäßen Polypeptids (Positivkontrolle). Negativ- und Positivkontrolle ergeben damit die Vergleichswerte zu den Ansätzen bei Anwesenheit eines Kandidatenmoleküls.A further measurement is carried out in a corresponding approach, but without adding a candidate molecule and without adding a polypeptide according to the invention (negative control). A further measurement is again carried out in the absence of a candidate molecule, but in the presence of the polypeptide according to the invention (positive control). Negative and positive control thus give the comparison values for the batches in the presence of a candidate molecule.
Um optimale Bedingungen für ein Verfahren zum Identifizieren von Inhibitoren der Pyruvatkinase bzw. zur Bestimmung der Aktivität der erfindungsgemäßen Polypeptide zu ermitteln, kann es vorteilhaft sein, den jeweiligen KM-Wert des verwendeten erfϊndungsgemäßen Polypeptids zu bestimmen. Dieser gibt Aufschluss über die bevorzugt zu verwendende Konzentration des bzw. der Substrate. Im Fall der Pyruvatkinase aus U. maydis konnte ein KM von 0,1 mM für Phosphoenolpyruvat und ein KM von 0,22 mM für ADP bestimmt werden.In order to determine optimal conditions for a method for identifying inhibitors of pyruvate kinase or for determining the activity of the polypeptides according to the invention, it may be advantageous to determine the respective K M value of the polypeptide according to the invention used. This provides information about the preferred concentration of the substrate or substrates. In the case of U. maydis pyruvate kinase, a K M of 0.1 mM for phosphoenolpyruvate and a K M of 0.22 mM for ADP could be determined.
Mit dem erfmdungsgemäßen Verfahren konnten auf diese Weise Inhibitoren der Pyruvatkinase identifiziert werden. In Tabelle I werden beispielhaft Verbindungen gezeigt, die mit einem erfϊndungsgemäßen Verfahren als Inhibitoren der Pyruvatkinase identifiziert werden konnten. Damit wird gezeigt, dass es möglich ist mit einem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgreich Inhibitoren der Pyruvatkinase zu identifizieren. In this way, inhibitors of pyruvate kinase could be identified with the method according to the invention. Table I shows examples of compounds which could be identified as inhibitors of pyruvate kinase using a method according to the invention. This shows that it is possible to successfully identify inhibitors of pyruvate kinase using a method according to the invention.
Tabelle ITable I
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Die Verbindungen 1 und 2 sind bekannte Cyclopentabenzofuran-Derivate, die im Zusammenhang mit der Therapie von NF-κB abhängigen Krankheiten beschrieben wurden (WO 00/08007 A2). Synthesewege zur Herstellung der Verbindungen 3 und 4 sind in Beispiel 8 beschrieben. Die gefundenen Inhibitoren der Pyruvatkinase bewirken keine messbare Hemmung der als Hilfsenzym verwendeten Lactat Dehydrogenase.The compounds 1 and 2 are known cyclopentabenzofuran derivatives which have been described in connection with the therapy of NF-κB-dependent diseases (WO 00/08007 A2). Synthetic routes for the preparation of compounds 3 and 4 are described in Example 8. The pyruvate kinase inhibitors found do not measurably inhibit the lactate dehydrogenase used as auxiliary enzyme.
Es versteht sich von selbst, dass neben den genannten Verfahren zur Bestimmung der enzymatischen Aktivität einer Pyruvatkinase bzw. der Inhibition dieser Aktivität und zum Identifizieren von Fungiziden auch andere, z.B. bereits bekannte, Verfahren bzw. Hemmtests verwendet werden können, solange diese Verfahren es gestatten, die Aktivität einer Pyruvatkinase zu bestimmen und eine Inhibition dieser Aktivität durch eine Kandidatenverbindung zu erkennen.It goes without saying that in addition to the methods mentioned for determining the enzymatic activity of a pyruvate kinase or the inhibition of this activity and for identifying fungicides, others, e.g. Already known methods or inhibition tests can be used as long as these methods make it possible to determine the activity of a pyruvate kinase and to recognize an inhibition of this activity by a candidate compound.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde auch gefunden, dass die mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Verfahrens identifizierten Inhibitoren einer erfϊndungsgemäßen Pyruvatkmase geeignet sind, in einer geeigneten Formulierung Pilze zu schädigen oder zu töten.In the context of the present invention, it was also found that the inhibitors of a pyruvate mase according to the invention identified with the aid of a method according to the invention are suitable for damaging or killing fungi in a suitable formulation.
Um ED50-Werte zu bestimmen, können z.B. in die Kavitäten von Mikrotiterplatten eine Lösung des zu prüfenden Wirkstoffs pipettiert werden. Nachdem das Lösungsmittel abgedampft ist, wird zu jeder Kavität Medium hinzugefügt. Das Medium wird vorher mit einer geeigneten Konzentration von Sporen bzw. Mycel des zu prüfenden Pilzes versetzt. Die resultierenden Konzentrationen des Wirkstoffes betragen z.B. 0,1, 1, 10 und 100 ppm.In order to determine ED 50 values, a solution of the active substance to be tested can be pipetted into the cavities of microtiter plates, for example. After the solvent has evaporated, medium is added to each cavity. A suitable concentration of spores or mycelium of the fungus to be tested is added to the medium beforehand. The resulting concentrations of the active ingredient are, for example, 0.1, 1, 10 and 100 ppm.
Die Platten werden anschließend auf einem Schüttler bei einer Temperatur von 22°C inkubiert, bis in der unbehandelten Kontrolle ein ausreichendes Wachstum feststellbar ist.The plates are then incubated on a shaker at a temperature of 22 ° C. until sufficient growth can be determined in the untreated control.
Die Auswertung erfolgt photometrisch bei einer Wellenlänge von 620 um. Aus den Messdaten der verschiedenen Konzentrationen kann die Wirkstoffdosis bestimmt werden, die zu einer 50 %igen Hemmung des Pilzwachstums gegenüber der unbehandelten Kontrolle führt (ED50). Die vorliegende Erfindung bezieht sich daher ebenfalls auf die Verwendung von Modulatoren der Pyruvatkinase aus Pilzen, bevorzugt aus pflanzenpathogenen Pilzen als Fungizide. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf Fungizide, die mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Verfahrens identifiziert wurden.The evaluation is carried out photometrically at a wavelength of 620 μm. The dose of active ingredient can be determined from the measurement data of the different concentrations, which leads to a 50% inhibition of fungal growth compared to the untreated control (ED 50 ). The present invention therefore also relates to the use of pyruvate kinase modulators from fungi, preferably from phytopathogenic fungi, as fungicides. The present invention also relates to fungicides which have been identified using a method according to the invention.
In Tabelle π sind die Ergebnisse eines solchen Tests als ED50- Werte für in einem erfϊndungsgemäßen Verfahren gefundene Verbindungen (vgl. Tab. I) beispielhaft wiedergegeben. Die Verbindungen zeigen bei verschiedenen Pilzen eine fungizide Wirkung. Tabelle IITable π shows the results of such a test as ED 50 values for compounds found in a process according to the invention (cf. Table I) as an example. The compounds have a fungicidal action on various fungi. Table II
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Es ist ebenso möglich die fungizide Wirkung der mit einem erfϊndungsgemäßen Verfahren gefundenen Verbindungen am pflanzenpathogenen Pilz Phytophthora infestans zu prüfen.It is also possible to test the fungicidal activity of the compounds found by a method according to the invention on the phytophthora infestans fungus which is pathogenic to plants.
Dazu vermischt man den zu prüfenden Wirkstoff mit einem Lösungsmittel und Emulgator und verdünnt das Konzentrat mit Wasser auf die gewünschte Konzentration. Zur Prüfung auf protek- tive Wirksamkeit der Verbindung werden junge Tomatenpflanzen mit der Wirkstoffzubereitung besprüht und 1 Tag nach der Behandlung mit einer Sporensuspension von Phytophthora infestans inokuliert. Die Pflanzen werden dann in eine Klimazelle verbracht und der Versuch nach einigen Tagen ausgewertet (Beispiel 7).To do this, the active ingredient to be tested is mixed with a solvent and emulsifier and the concentrate is diluted with water to the desired concentration. To test the protective activity of the compound, young tomato plants are sprayed with the active compound preparation and inoculated 1 day after treatment with a spore suspension of Phytophthora infestans. The plants are then placed in a climatic cell and the experiment is evaluated after a few days (example 7).
In Tabelle HI sind die Ergebnisse eines solchen Tests in Form eines Wirkungsgrads (WG, prozentuale Wirkung) für eine gegebene, in einem erfindungsgemäßen Verfahren gefundene Verbindungen (vgl. Tab. I) beispielhaft wiedergegeben (vgl. Beispiel 7). Dabei bedeutet 0 % ein Wirkungsgrad, der demjenigen der Kontrolle entspricht, während ein Wirkungsgrad von 100 % bedeutet, dass kein Befall der Pflanze durch den Pilz beobachtet wird.Table HI shows the results of such a test in the form of an efficiency (WG, percentage effect) for a given compound found in a process according to the invention (cf. Table I) (cf. Example 7). 0% means an efficiency which corresponds to that of the control, while an efficiency of 100% means that no infection of the plant by the fungus is observed.
Tabelle HITable HI
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Anhand dieser Ergebnisse wird beispielhaft gezeigt, dass Inhibitoren der pilzhchen Pyruvatkinase eine fungizide Wirkung besitzen und als Fungizide eingesetzt werden können. Die vorliegende Erfindung bezieht sich daher ebenfalls auf die Verwendung von Modulatoren der Pyruvatkinase aus Pilzen, bevorzugt aus pflanzenpathogenen Pilzen als Fungizide bzw. auf Verfahren zur Kontrolle von unerwünschtem Pilzwachstum, die darauf beruhen, dass man einen Inhibitor einer pilzlichen Pyruvatkinase mit dem unerwünschten Pilz und oder dessen Lebensraum in Kontakt bringt.Based on these results, it is shown by way of example that inhibitors of fungal pyruvate kinase have a fungicidal action and can be used as fungicides. The present invention therefore also relates to the use of modulators of pyruvate kinase from fungi, preferably from phytopathogenic fungi, as fungicides or to processes for Control of unwanted fungal growth based on bringing an inhibitor of fungal pyruvate kinase into contact with the unwanted fungus and or its habitat.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf Fungizide, die mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Verfahrens identifiziert wurden.The present invention also relates to fungicides which have been identified using a method according to the invention.
Verbindungen, die mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Verfahrens identifiziert werden, und die aufgrund der Inhibition der pilzlichen Pyruvatkinase eine fungizide Wirkung aufweisen, können somit zur Herstellung von fungiziden Mitteln verwendet werden.Compounds which are identified with the aid of a method according to the invention and which have a fungicidal action due to the inhibition of the fungal pyruvate kinase can thus be used for the preparation of fungicidal compositions.
Die identifzierten Wirkstoffe können in Abhängigkeit von ihren jeweiligen physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften in die üblichen Formulierungen überführt werden, wie Lösungen, Emulsionen, Suspensionen, Pulver, Schäume, Pasten, Granulate, Aerosole, Feinstverkapselungen in poly- meren Stoffen und in Hüllmassen für Saatgut, sowie ULV-Kalt- und Warmnebel-Formulierungen.Depending on their respective physical and / or chemical properties, the identified active ingredients can be converted into the customary formulations, such as solutions, emulsions, suspensions, powders, foams, pastes, granules, aerosols, very fine encapsulations in polymeric substances and in coating compositions for seeds , as well as ULV cold and warm fog formulations.
Diese Formulierungen werden in bekannter Weise hergestellt, z.B. durch Vermischen der Wirkstoffe mit Streckmitteln, also flüssigen Lösungsmitteln, unter Druck stehenden verflüssigten Gasen und/oder festen Trägerstoffen, gegebenenfalls unter Verwendung von oberflächenaktiven Mitteln, also Emulgiermitteln und oder Dispergiermitteln und/oder schaumerzeugenden Mitteln. Im Falle der Benutzung von Wasser als Streckmittel können z.B. auch organische Lösungsmittel als Hilfslösungsmittel verwendet werden. Als flüssige Lösungsmittel kommen im wesentlichen in Frage: Aromaten, wie Xylol, Toluol oder Alkylnaphthaline, chlorierte Aromaten oder chlorierte aliphatische Kohlen- Wasserstoffe, wie Chlorbenzole, Cblorethylene oder Methylenchlorid, aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie Cyclohexan oder Paraffine, z.B. Erdölfraktionen, Alkohole, wie Butanol oder Glycol sowie deren Ether und Ester, Ketone, wie Aceton, Methylethylketon, Methylisobutylketon oder Cyclohexanon, stark polare Lösungsmittel, wie Dimethylformamid und Dimethylsulfoxid, sowie Wasser. Mit verflüssigten gasförmigen Streckmitteln oder Trägerstoffen sind solche Flüssigkeiten gemeint, welche bei normaler Temperatur und unter Normaldruck gasförmig sind, z.B. Aerosol- Treibgase, wie Halogenkohlenwasserstoffe sowie Butan, Propan, Stickstoff und Kohlendioxid. Als feste Trägerstoffe kommen in Frage: z.B. natürliche Gesteinsmehle, wie Kaoline, Tonerden, Talkum, Kreide, Quarz, Attapulgit, Montmorillonit oder Diatomeenerde und synthetische Gesteinsmehle, wie hochdisperse Kieselsäure, Aluminiumoxid und Silikate. Als feste Trägerstoffe für Granulate kommen in Frage: z.B. gebrochene und fraktionierte natürliche Gesteine wie Calcit, Marmor, Bims, Sepiolith, Dolomit sowie synthetische Granulate aus anorganischen und organischen Mehlen sowie Granulate aus organischem Material wie Sägemehl, Kokosnussschalen, Maiskolben und Tabakstengel. Als Emulgier und/oder schaumerzeugende Mittel kommen in Frage: z.B. nichtionogene und anioniscbe Emulgatoren, wie Polyoxyethylen-Fettsäureester, Polyoxyethylen-Fettalkoholether, z.B. Alkylaryl- polyglycolether, Alkylsulfonate, Alkylsulfate, Arylsulfonate sowie Eiweißhydrolysate. Als Dispergiermittel kommen in Frage: z.B. Lignin-Sulfitablaugen und Methylcellulose.These formulations are prepared in a known manner, for example by mixing the active ingredients with extenders, that is to say liquid solvents, pressurized liquefied gases and / or solid carriers, if appropriate using surface-active agents, that is to say emulsifiers and or dispersants and / or foam-generating agents. If water is used as an extender, organic solvents can, for example, also be used as auxiliary solvents. The following are essentially suitable as liquid solvents: aromatics, such as xylene, toluene or alkylnaphthalenes, chlorinated aromatics or chlorinated aliphatic hydrocarbons, such as chlorobenzenes, chloromethylene or methylene chloride, aliphatic hydrocarbons, such as cyclohexane or paraffins, for example petroleum fractions, alcohols, such as butanol or Glycol and its ethers and esters, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone or cyclohexanone, strongly polar solvents such as dimethylformamide and dimethyl sulfoxide, and water. Liquefied gaseous extenders or carriers mean liquids which are gaseous at normal temperature and under normal pressure, for example aerosol propellants, such as halogenated hydrocarbons and butane, propane, nitrogen and carbon dioxide. The following are suitable as solid carriers: for example, natural rock powders such as kaolins, clays, talc, chalk, quartz, attapulgite, montmorillonite or diatomaceous earth and synthetic rock powders such as highly disperse silica, aluminum oxide and silicates. Possible solid carriers for granules are: e.g. broken and fractionated natural rocks such as calcite, marble, pumice, sepiolite, dolomite as well as synthetic granules from inorganic and organic flours as well as granules from organic material such as sawdust, coconut shells, corn cobs and tobacco stalks. Suitable emulsifiers and / or foaming agents are: for example nonionic and anionic Emulsifiers, such as polyoxyethylene fatty acid esters, polyoxyethylene fatty alcohol ethers, for example alkylaryl polyglycol ethers, alkyl sulfonates, alkyl sulfates, aryl sulfonates and protein hydrolyzates. Possible dispersing agents are, for example, lignin sulfite waste liquor and methyl cellulose.
Es können in den Formulierungen Haftmittel wie Carboxymethylcellulose, natürliche und synthe- tische pulverige, körnige oder latexförmige Polymere verwendet werden, wie Gummiarabicum, Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat, sowie natürliche Phospholipide, wie Kephaline und Lecithine, und synthetische Phospholipide. Weitere Additive können mineralische und vegetabile Öle sein.Adhesives such as carboxymethyl cellulose, natural and synthetic powdery, granular or latex-shaped polymers can be used in the formulations, such as gum arabic, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, and also natural phospholipids, such as cephalins and lecithins, and synthetic phospholipids. Other additives can be mineral and vegetable oils.
Es können Farbstoffe wie anorganische Pigmente, z.B. Eisenoxid, Titanoxid, Feπocyanblau und organische Farbstoffe, wie Alizarin-, Azo- und Metallphthalocyaninfarbstoffe und Spurennährstoffe, wie Salze von Eisen, Mangan, Bor, Kupfer, Kobalt, Molybdän und Zink verwendet werden.Dyes such as inorganic pigments, e.g. Iron oxide, titanium oxide, Feπocyanblau and organic dyes such as alizarin, azo and metal phthalocyanine and trace nutrients such as salts of iron, manganese, boron, copper, cobalt, molybdenum and zinc can be used.
Die Formulierungen enthalten im allgemeinen zwischen 0,1 und 95 Gewichtsprozent Wirkstoff, vorzugsweise zwischen 0,5 und 90 %.The formulations generally contain between 0.1 and 95 percent by weight of active compound, preferably between 0.5 and 90%.
Die erfϊndungsgemäßen Wirkstoffe können als solche oder in ihren Formulierungen auch in Mischung mit bekannten Fungiziden, Bakteriziden, Akariziden, Nematiziden oder Insektiziden verwendet werden, um so z.B. das Wirkungsspektrum zu verbreitern oder Resistenzentwicklungen vorzubeugen. In vielen Fällen erhält man dabei synergistische Effekte, d.h. die Wirksamkeit der Mischung ist größer als die Wirksamkeit der Einzelkomponenten.The active compounds according to the invention, as such or in their formulations, can also be used in a mixture with known fungicides, bactericides, acaricides, nematicides or insecticides, in order, for example, to broaden the spectrum of activity or to prevent the development of resistance. In many cases, synergistic effects are obtained, i.e. the effectiveness of the mixture is greater than the effectiveness of the individual components.
Beim Einsatz der erfindungsgemäßen Verbindungen als Fungizide können die Aufwandmengen je nach Applikation innerhalb größerer Bereiche variiert werden.When using the compounds according to the invention as fungicides, the application rates can be varied within wide ranges depending on the application.
Erfϊndungsgemäß können alle Pflanzen und Pflanzenteile behandelt werden. Unter Pflanzen werden hierbei alle Pflanzen und Pflanzenpopulationen verstanden, wie erwünschte und unerwünschte Wildpflanzen oder Kulturpflanzen (einschließlich natürlich vorkommender Kulturpflanzen). Kulturpflanzen können Pflanzen sein, die durch konventionelle Züchtungs- und Optimierungsmethoden oder durch biotechnologische und gentechnologische Methoden oder Kombi- nationen dieser Methoden erhalten werden können, einschließlich der transgenen Pflanzen und einschließlich der durch Sortenschutzrechte schützbaren oder nicht schützbaren Pflanzensorten. Unter Pflanzenteilen sollen alle oberirdischen und unterirdischen Teile und Organe der Pflanzen, wie Spross, Blatt, Blüte und Wurzel verstanden werden, wobei beispielhaft Blätter, Nadeln, Stengel, Stämme, Blüten, Fruchtkörper, Früchte und Samen sowie Wurzeln, Knollen und Rhizome aufgeführt werden. Zu den Pflanzenteilen gehört auch Erntegut sowie vegetatives und generatives Vermehrungsmaterial, beispielsweise Stecklinge, Knollen, Rhizome, Ableger und Samen. Die erfindungsgemäße Behandlung der Pflanzen und Pflanzenteile mit den Wirkstoffen erfolgt direkt oder durch Einwirkung auf deren Umgebung, Lebensraum oder Lageπaum nach den üblichen Behandlungsmethoden, z.B. durch Tauchen, Sprühen, Verdampfen, Vernebeln, Streuen, Aufstreichen und bei Vermehrungsmaterial, insbesondere bei Samen, weiterhin durch ein- öder mehrschichtiges Umhüllen.According to the invention, all plants and parts of plants can be treated. Plants are understood here to mean all plants and plant populations, such as desired and undesired wild plants or crop plants (including naturally occurring crop plants). Crop plants can be plants which can be obtained by conventional breeding and optimization methods or by biotechnological and genetic engineering methods or combinations of these methods, including the transgenic plants and including the plant cultivars which can or cannot be protected by plant breeders' rights. Plant parts are to be understood to mean all above-ground and underground parts and organs of plants, such as shoots, leaves, flowers and roots, examples being leaves, needles, stems, stems, flowers, fruiting bodies, fruits and seeds as well as roots, tubers and rhizomes. The plant parts also include crops and vegetative and generative propagation material, for example cuttings, tubers, rhizomes, offshoots and seeds. The treatment of the plants and parts of plants with the active compounds according to the invention is carried out directly or by acting on their environment, habitat or location according to the customary treatment methods, for example by immersion, spraying, evaporation, atomizing, scattering, spreading and, in the case of propagation material, in particular seeds single or multi-layer wrapping.
Die nachfolgenden Beispiele illustrieren verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung und sind nicht limitierend auszulegen. The following examples illustrate various aspects of the present invention and are not to be interpreted as limiting.
BeispieleExamples
Beispiel 1example 1
Klonierung und Expression der Pyruvatkinase aus U. maydisCloning and expression of U. maydis pyruvate kinase
Für die heterologe Expression des Pyruvatkinase-Gens wird das Gen mit genspezifischen Oligonucleotiden (forward primer: gcg ctg gcc cat atg atc tac gct cct att gcc aag aca c; reverse primer: g cca gca gct agc ggc cgc aac ctg agt gcc ctc gag ctt) mittels PCR amplifiziert. Das PCR Produkt wird nach Verdau mit den Restriktionsenzymen Ndel und Notl in den ebenso geschnittenen Expressionsvektor pET-21b(+) von Νovagen kloniert. Das so entstandene Plasmid pEB017 kodiert somit für eine Pyruvatkinase mit einem C-terminalen His6-TagFor the heterologous expression of the pyruvate kinase gene, the gene with gene-specific oligonucleotides (forward primer: gcg ctg gcc cat atg atc tac gct cct att gcc aag aca c; reverse primer: g cca gca gct agc ggc cgc aac ctg agt gcc ctc gag ctt ) amplified by PCR. After digestion with the restriction enzymes Ndel and Notl, the PCR product is cloned into the similarly cut expression vector pET-21b (+) from ebensoovagen. The resulting plasmid pEB017 thus codes for a pyruvate kinase with a C-terminal His 6 tag
Zur Expression der PK wird das Plasmid pEB017 in E.coli AD494(DE3) transformiert. Es wird eine Übernachtkultur (ÜΝK) angesetzt, indem 25 ml LB-Ampicillin-Medium (c[Ampicillin]: 100 μg/ml) in einem 100ml Erlenmeyerkölbchen mit etwas Zellmaterial (einzelne Kolonien) einer frisch gewachsenen Platte (< 1 Woche) inokuliert und diese bei 37°C und 200 rpm im Schüttelschrank über Nacht inkubiert werden.To express the PK, the plasmid pEB017 is transformed into E. coli AD494 (DE3). An overnight culture (ÜΝK) is set up by inoculating 25 ml LB-ampicillin medium (c [ampicillin]: 100 μg / ml) in a 100 ml Erlenmeyer flask with some cell material (individual colonies) from a freshly grown plate (<1 week) these are incubated at 37 ° C. and 200 rpm in a shaker cabinet overnight.
Am nächsten Morgen werden 1000 ml LB-Ampicillin-Medium auf 5 lOOOml-Erlenmeyerkolben zu je 200 ml aufgeteilt und diese mit je ~3ml der ÜNK angeimpft. Es folgt eine weitere Inkubation bei 37°C und 200 rpm bis die Kulturen eine optische Dichte von OD60o ~1 eπeichen (ca. 3-4 h). Dann werden zur Induktion zu je 200 ml Kultur 2 ml EPTG (Stammlösung 100 mM) gegeben (Endkonzentration: 1 mM) und die Kulturen über Nacht bei 18°C und 200-220 rpm weiterge- schüttelt.The next morning, 1000 ml LB-ampicillin medium is divided into 5 100 ml Erlenmeyer flasks, each with 200 ml and inoculated with ~ 3 ml each of the ÜNK. A further incubation at 37 ° C. and 200 rpm follows until the cultures calibrate an optical density of OD 60 o ~ 1 (approx. 3-4 h). Then, for induction, 200 ml of culture are added to 2 ml of EPTG (100 mM stock solution) (final concentration: 1 mM) and the cultures are shaken overnight at 18 ° C. and 200-220 rpm.
Am nächsten Morgen werden die Kulturen auf 10 50ml-Falcon-Tubes verteilt und ~20 min. bei 4000 rpm und 4°C abzentrifugiert. Nach dem ersten Abzentifugieren wird der Überstand verworfen und der Rest der Kulturen erneut auf die Tubes verteilt, so dass pro Falcon-Tube ein 100 ml-Pellet resultiert. Nach dem Abzentrifugieren können die Pellets in flüssigem Stickstoff schock- und bei -85°C eingefroren werden.The next morning, the cultures are distributed to 10 50 ml Falcon tubes and ~ 20 min. centrifuged at 4000 rpm and 4 ° C. After the first centrifugation, the supernatant is discarded and the rest of the cultures are redistributed to the tubes, so that a 100 ml pellet results per Falcon tube. After centrifugation, the pellets can be shock-frozen in liquid nitrogen and frozen at -85 ° C.
Beispiel 2Example 2
Reinigung der Pyruvatkinase aus U. maydisPurification of pyruvate kinase from U. maydis
Zellaufschlusscell disruption
Ein Zellpellet von 0,5 g wird mit 2,8 mL Lysispuffer, 50 mM Tris-Cl, pH 8,0, 300 mM NaCl, 10 % Glycerin, 6 mM DTT, dem 1 mg/ml Lysozym und 30 μl Sigma Protease-Inhibitor P8849 zugegeben werden, versetzt. Die resuspendierten Pellets werden daraufhin 20 min. bei 30°C und ~160 rpm geschüttelt (Verdau der Zellwand durch Lysozym). Anschließend werden die Zellsuspensionen auf 4 15ml-Falcon-Tubes aufgeteilt und mit dem Ultraschallstab (SONIFIER) für ca. 10 x ~15 sec, unter Rühren im Eis-Wasserbad aufgeschlossen, bis die Suspension opal-durch- scheinend aussieht. Da die PK kältelabil ist, sollte die Probe nur für den Ultraschallaufschluss leicht gekühlt werden. Die so beschallte Zellsuspension wird auf 2 ml Eppendorftubes verteilt und 25 min bei 10 000 x g zentrifugiert. Der Überstand wird dann auf 2 x 50 ml Falcontubes verteilt und zu jedem Tube 0,45 ml resuspendierte Ni-NTA Agarose pro ml Überstand gegeben. Das Gemisch wird nun < 60 min. bei Raumtemperatur inkubiert.A cell pellet of 0.5 g is mixed with 2.8 ml lysis buffer, 50 mM Tris-Cl, pH 8.0, 300 mM NaCl, 10% glycerol, 6 mM DTT, the 1 mg / ml lysozyme and 30 μl Sigma Protease- Inhibitor P8849 be added. The resuspended pellets are then 20 min. shaken at 30 ° C and ~ 160 rpm (digestion of the cell wall by lysozyme). Subsequently, the cell suspensions are divided into 4 15 ml Falcon tubes and disrupted with the ultrasonic wand (SONIFIER) for approx. 10 x ~ 15 sec, while stirring in an ice-water bath, until the suspension looks opaque. Since the PK is unstable to cold, the sample should only be cooled slightly for ultrasonic digestion. The cell suspension sonicated in this way is distributed over 2 ml of Eppendorf tubes and centrifuged for 25 min at 10,000 × g. The supernatant is then divided into 2 x 50 ml Falcon tubes and 0.45 ml of resuspended Ni-NTA agarose per ml of supernatant is added to each tube. The mixture is now <60 min. incubated at room temperature.
Chromatographiechromatography
Es werden Fritten in leere PDIO-Säulen eingesetzt, auf ihre Dichtheit bzw. Durchlässigkeit mit Wasser oder Lysispuffer geprüft und in den Tropfständer gehängt. Auf die Fritten wird vorsichtig das Ni-NTA-Enzym-Gemisch aufgetragen (zu gleichen Teilen) und der Durchfluss aufgefangen. Danach wird mit Imidazolkonzentrationen von 5 und 10 mM in Lysispuffer (s.o.) gewaschen bzw. mit Imidazolkonzentrationen von 100 mM eluiert. Anschließend wird eine Proteinbestimmung nach BioRad und ein Aktivitätstest der PK-haltigen Elutions-Fraktionen durchgeführt, sowie alle Proben per SDS-PAGE überprüft. Nach Überprüfen der Aktivität werden Fraktionen mit ausreichender Aktivität gepoolt und mit Hilfe der Millipore Ultrafree-15 Zentrifugiereinheiten, Porengröße 30kDa, entsalzt bzw. eingeengt.Frits are inserted into empty PDIO columns, checked for leaks or permeability with water or lysis buffer and hung in the drip rack. The Ni-NTA enzyme mixture is carefully applied to the frits (in equal parts) and the flow rate is collected. The mixture is then washed with imidazole concentrations of 5 and 10 mM in lysis buffer (see above) or eluted with imidazole concentrations of 100 mM. A protein determination according to BioRad and an activity test of the PK-containing elution fractions are then carried out, and all samples are checked by SDS-PAGE. After checking the activity, fractions with sufficient activity are pooled and desalted or concentrated using the Millipore Ultrafree-15 centrifugation units, pore size 30 kDa.
Einengen/Entsalzen (Dialyse des hnidazolsConcentrate / desalt (dialysis of hnidazole
Nach Kontrolle der Aktivität werden die Elutions-Fraktionen (100 mM Imidazol) gepoolt und mit Lagerungspuffer (50 mM MES, pH 6,2, 10% Glycerin, 100 mM KC1, 15 mM MgS04, 6 mM Phosphoenolpyruvat, 6 mM DTT) zum Umpuffern auf insg. 70 ml aufgefüllt. Die so aufgefüllte Enzymlösung wird auf 6 Millipore Ultrafreel5 - Filter/30kDa verteilt und 30 min. bei 2000 x g und 20°C zentrifugiert. Letztlich sind ca. 0,25 ml eingeengte Enzymlösung verblieben, die vereinigt und mit frischem Lagerungspuffer, reinem Glycerin und BSA so aufgefüllt werden, dass die Enzymlösung eine Endkonzentration von 50 % Glycerin, 20 μg/ml BSA und eine Enzymkonzentration von ca. 0,42 mg/ml hat.After checking the activity, the elution fractions (100 mM imidazole) are pooled and stored in storage buffer (50 mM MES, pH 6.2, 10% glycerol, 100 mM KC1, 15 mM MgSO 4 , 6 mM phosphoenol pyruvate, 6 mM DTT) Make up buffer to a total of 70 ml. The enzyme solution thus filled up is distributed over 6 Millipore Ultrafreel5 filters / 30kDa and 30 min. Centrifuged at 2000 xg and 20 ° C. Ultimately, approximately 0.25 ml of concentrated enzyme solution remain, which are combined and filled with fresh storage buffer, pure glycerol and BSA in such a way that the enzyme solution has a final concentration of 50% glycerol, 20 μg / ml BSA and an enzyme concentration of approx. 42 mg / ml.
Von dieser Lösung werden 1,5 ml Aliquots abgefüllt und bei -85°C eingefroren.1.5 ml aliquots are filled from this solution and frozen at -85 ° C.
Beispiel 3Example 3
Bestimmung der enzymatischen Aktivität der Pyruvatkinase durch Kopplung der Reaktion mit der Reaktion der Lactatdehydrogenase Die in Beispiel 2 beschriebene Enzympräparation wird aufgetaut und in Verdünnungspuffer (50 mM MES, pH 6,2; 100 mM KC1; 15 mM MgS04; 30 % (v/v) Glycerin; 0,6 mMDetermination of the enzymatic activity of pyruvate kinase by coupling the reaction with the reaction of lactate dehydrogenase The enzyme preparation described in Example 2 is thawed and in dilution buffer (50 mM MES, pH 6.2; 100 mM KC1; 15 mM MgSO 4 ; 30% (v / v) glycerol; 0.6 mM
Phosphoenolpyruvat; 6 mM DTT; 20 μg/ml BSA) je nach Aktivität der Enzympräparation auf 0,5 -phosphoenolpyruvate; 6mM DTT; 20 μg / ml BSA) depending on the activity of the enzyme preparation to 0.5 -
2 μg/ml Proteinkonzentration verdünnt. Diese Enzymlösung wird bei Raumtemperatur gelagert. In den Kavitäten einer 96-Loch Mikrotiterplatte werden 20 μl 5% (v/v) DMSO in Testpuffer (50 mMDiluted 2 μg / ml protein concentration. This enzyme solution is stored at room temperature. In the wells of a 96-well microtiter plate, 20 ul 5% (v / v) DMSO in test buffer (50 mM
MES, pH 6,2; 100 mM KC1; 15 mM MgS04) vorgelegt, 40 μl der Enzymlösung hinzugegeben und die Reaktion durch Zugabe von 140 μl Substratmix (50 mM MES, pH 6,2; 100 mM KC1; 15 mMMES, pH 6.2; 100 mM KC1; 15 mM MgS0 4 ) submitted, 40 ul of the enzyme solution added and the reaction by adding 140 ul substrate mix (50 mM MES, pH 6.2; 100 mM KC1; 15 mM
MgS04; 0,36 mM ADP; 0,25 mM Phosphoenolpyruvat; 0,36 mM NADH; 1,43 mM Fructose-1,6- bisphosphat und verschiedene Konzentrationen Lactatdehydrogenase; auf Eis gelagert) gestartet. Die Konzentrationen der LDH im Substratmix wurden so gewählt, dass sich im komplettenMgS0 4 ; 0.36 mM ADP; 0.25 mM phosphoenol pyruvate; 0.36 mM NADH; 1.43 mM fructose 1,6-bisphosphate and various concentrations of lactate dehydrogenase; stored on ice) started. The concentrations of the LDH in the substrate mix were chosen so that the total
Versuchsansatz (200 μl) 0,2; 1; 5 und 10 U LDH befanden (entsprechend Endkonzentrationen vonTest batch (200 μl) 0.2; 1; 5 and 10 U LDH (corresponding to final concentrations of
1, 5, 25 und 50 U LDH/ml) ergaben. Die Mikrotiterplatte wird bei Raumtemperatur inkubiert. Man misst die Abnahme der optischen Dichte bei 340 nm über 15- 30 Minuten.1, 5, 25 and 50 U LDH / ml). The microtiter plate is incubated at room temperature. The decrease in optical density at 340 nm is measured over 15-30 minutes.
Beispiel 4Example 4
Identifizierung von Modulatoren der Pyruvatkinase in einem HemmtestIdentification of modulators of pyruvate kinase in an inhibition test
Der Hemmtest zum Auffinden von Modulatoren wird in 384-Loch Mikrotiterplatten durchgeführt. Das Volumen der Ansätze beträgt 50 μl.The inhibition test for finding modulators is carried out in 384-well microtiter plates. The volume of the batches is 50 μl.
Die in Beispiel 2 beschriebene Enzympräparation wird aufgetaut und in Verdünnungspuffer (50 mM MES, pH 6,2; 100 mM KC1; 15 mM MgS04; 30 % (v/v) Glycerin; 0,6 mM Phos- phoenolpyruvat; 6 mM DTT; 20 μg/ml BSA) je nach Aktivität der Enzympräparation auf 0,5 - 2 μg/ml Proteinkonzentiation verdünnt. Diese Enzymlösung wird bei Raumtemperatur gelagert. In den Kavitäten einer 384-Loch Mikrotiterplatte werden 5 μl der zu prüfenden Substanzen in 5% (v/v) DMSO in Testpuffer (50 mM MES, pH 6,2; 100 mM KC1; 15 mM MgS04) vorgelegt. Die Konzentration der Substanzen wird so bemessen, dass die Endkonzentration zwischen 2 μM und 10 μM beträgt. Es werden 10 μl der Enzymlösung hinzugegeben und die Reaktion durch Zugabe von 35 μl Substratmix (50 mM MES, pH 6,2; 100 mM KC1; 15 mM MgS04; 0,36 mM ADP; 0,25 mM Phosphoenolpyruvat; 0,36 mM NADH; 1,43 mM Fructose-l,6-bisphosphat und 7,1 U LDH/ml; auf Eis gelagert) gestartet. Die Mikrotiterplatte wird bei Raumtemperatur inkubiert. Man misst die Abnahme der optischen Dichte bei 340 nm über 15- 30 Minuten.The enzyme preparation described in Example 2 is thawed and in dilution buffer (50 mM MES, pH 6.2; 100 mM KC1; 15 mM MgSO 4 ; 30% (v / v) glycerol; 0.6 mM phosphoenol pyruvate; 6 mM DTT ; 20 μg / ml BSA) depending on the activity of the enzyme preparation diluted to 0.5 - 2 μg / ml protein concentration. This enzyme solution is stored at room temperature. 5 μl of the substances to be tested are placed in 5% (v / v) DMSO in test buffer (50 mM MES, pH 6.2; 100 mM KC1; 15 mM MgSO 4 ) in the cavities of a 384-well microtiter plate. The concentration of the substances is measured so that the final concentration is between 2 μM and 10 μM. 10 μl of the enzyme solution are added and the reaction by adding 35 μl of substrate mix (50 mM MES, pH 6.2; 100 mM KC1; 15 mM MgS0 4 ; 0.36 mM ADP; 0.25 mM phosphoenolpyruvate; 0.36 mM NADH; 1.43 mM fructose-1, 6-bisphosphate and 7.1 U LDH / ml; stored on ice). The microtiter plate is incubated at room temperature. The decrease in optical density at 340 nm is measured over 15-30 minutes.
Als Negativkontrolle dient eine Messung, bei der keine zu prüfende Substanz, sondern 5 μl 0,5 % DMSO in Testpuffer (50 mM MES, pH 6,2; 100 mM KC1; 15 mM MgS04) vorgelegt wird und keine Enzymlösung, sondern reiner Verdünnungspuffer (50 mM MES, pH 6,2; 100 mM KC1; 15 mM MgS04; 30 % (v/v) Glycerin; 0,6 mM Phosphoenolpyruvat; 6 mM DTT; 20 μg/ml BSA) ohne Pyruvatkinase zugegeben wird. Ansonsten wird dieser Ansatz wie die Ansätze mit zu prüfenden Substanzen behandelt.A measurement is used as a negative control in which no substance to be tested, but 5 μl of 0.5% DMSO in test buffer (50 mM MES, pH 6.2; 100 mM KC1; 15 mM MgS0 4 ) is introduced and no enzyme solution, but purer Dilution buffer (50 mM MES, pH 6.2; 100 mM KC1; 15 mM MgS0 4 ; 30% (v / v) glycerin; 0.6 mM phosphoenolpyruvate; 6 mM DTT; 20 μg / ml BSA) without Pyruvate kinase is added. Otherwise, this approach is treated like the approaches with substances to be tested.
Als Positivkontrolle dient eine Messung, bei der keine zu prüfende Substanz, sondern 5 μl 0,5 % DMSO in Testpuffer (50 mM MES, pH 6,2; 100 mM KC1; 15 mM MgS04) vorgelegt wird und die gleiche Enzymlösung wie in den Ansätzen mit zu prüfenden Substanzen zugegeben wird. Auch dieser Ansatz wird wie die Ansätze mit zu prüfenden Substanzen behandelt.A measurement in which no substance to be tested but 5 μl of 0.5% DMSO in test buffer (50 mM MES, pH 6.2; 100 mM KC1; 15 mM MgS0 4 ) and the same enzyme solution as in is added to the batches with substances to be tested. This approach is also treated like the approaches with substances to be tested.
Negativ- und Positivkontrolle ergeben die Vegleichswerte zu den Ansätzen mit zu prüfenden Substanzen.Negative and positive control result in the comparative values for the batches with substances to be tested.
Test auf Modulation der LDHTest for modulation of the LDH
Substanzen, die in dem beschriebenen Test eine Erhöhung oder Erniedrigung der Enzymaktivität bewirkt haben, werden in einem zweiten Test auf die Modulation der LDH hin überprüft:Substances that caused an increase or decrease in enzyme activity in the test described are checked in a second test for the modulation of the LDH:
In diesem Test wird die Pyruvatkinase aus der ersten Lösung weggelassen und Phosphoenolpyruvat durch Pyruvat ersetzt. Das Pyruvat wird ausschließlich in der ersten Lösung zugegeben, da hier bei Anwesenheit von Pyruvat im Substratmix die Reaktion bereits im Substratmix abliefe.In this test, the pyruvate kinase is omitted from the first solution and phosphoenol pyruvate is replaced by pyruvate. The pyruvate is only added in the first solution, since in the presence of pyruvate in the substrate mix, the reaction already took place in the substrate mix.
Anstelle der in Beispiel 2 beschriebenen Enzymlösung wird eine entsprechende Lösung ohne Pyruvatkinase mit 1,5 mM Pyruvat hergestellt (50 mM MES, pH 6,2; 100 mM KC1; 15 mM MgS04; 30 % (v/v) Glycerin; 1,5 mM Pyruvat; 6 mM DTT; 20 μg/ml BSA). Diese Lösung wird bei Raumtemperatur gelagert. In den Kavitäten einer 384-Loch Mikrotiterplatte werden 5 μl der zu prüfenden Substanzen in 5% (v/v) DMSO in Testpuffer (50 mM MES, pH 6,2; 100 mM KC1; 15 mM MgS0 ) vorgelegt. Die Konzentration der Substanzen wird so bemessen, dass die Endkonzentration zwischen 2 μM und 10 μM beträgt. Es werden 10 μl der Pyruvatlösung hinzugegeben und die Reaktion durch Zugabe von 35 μl Substratmix für LDH Messung (50 mM MES, pH 6,2; 100 mM KC1; 15 mM MgS04; 0,36 mM ADP; 0,36 mM NADH; 1,43 mM Fructose-1,6- bisphosphat und 4 U LDH/ml; auf Eis gelagert) gestartet. Die Mikrotiterplatte wird bei Raum- temperatur inkubiert. Man misst die Abnahme der optischen Dichte bei 340 nm über 15- 30 Minuten.Instead of the enzyme solution described in Example 2, a corresponding solution without pyruvate kinase with 1.5 mM pyruvate is prepared (50 mM MES, pH 6.2; 100 mM KC1; 15 mM MgSO 4 ; 30% (v / v) glycerol; 1, 5mM pyruvate; 6mM DTT; 20µg / ml BSA). This solution is stored at room temperature. 5 μl of the substances to be tested are placed in 5% (v / v) DMSO in test buffer (50 mM MES, pH 6.2; 100 mM KC1; 15 mM MgSO) in the cavities of a 384-well microtiter plate. The concentration of the substances is measured so that the final concentration is between 2 μM and 10 μM. 10 μl of the pyruvate solution are added and the reaction is carried out by adding 35 μl of substrate mix for LDH measurement (50 mM MES, pH 6.2; 100 mM KC1; 15 mM MgS0 4 ; 0.36 mM ADP; 0.36 mM NADH; 1.43 mM fructose 1,6-bisphosphate and 4 U LDH / ml; stored on ice) started. The microtiter plate is incubated at room temperature. The decrease in optical density at 340 nm is measured over 15-30 minutes.
Als Negativkontrolle dient eine Messung, bei der keine zu prüfende Substanz, sondern 5 μl 0,5 % DMSO in Testpuffer (50 mM MES, pH 6,2; 100 mM KC1; 15 mM MgS04) vorgelegt wird und aus dem Substratmix für die LDH Messung das Enzym weggelassen wird. Ansonsten wird dieser Ansatz wie die Ansätze mit zu prüfenden Substanzen behandelt. Als Positivkontrolle dient eine Messung, bei der keine zu prüfende Substanz, sondern 5 μl 0,5 % DMSO in Testpuffer (50 mM MES, pH 6,2; 100 mM KC1; 15 mM MgS04) vorgelegt wird und die gleichen Lösungen wie in den Ansätzen mit zu prüfenden Substanzen zugegeben werden. Auch dieser Ansatz wird wie die Ansätze mit zu prüfenden Substanzen behandelt.A measurement in which no substance to be tested but 5 μl of 0.5% DMSO in test buffer (50 mM MES, pH 6.2; 100 mM KC1; 15 mM MgS0 4 ) is used as a negative control and from the substrate mix for the LDH measurement the enzyme is omitted. Otherwise, this approach is treated like the approaches with substances to be tested. A measurement in which no substance to be tested, but 5 μl of 0.5% DMSO in test buffer (50 mM MES, pH 6.2; 100 mM KC1; 15 mM MgS0 4 ) and the same solutions as in be added to the batches with substances to be tested. This approach is also treated like the approaches with substances to be tested.
Negativ- und Positivkontrolle ergeben die Vergleichswerte zu den Ansätzen mit zu prüfenden Substanzen.Negative and positive control give the comparison values for the batches with substances to be tested.
Beispiel 6Example 6
Nachweis der fungiziden Wirkung der identifizierten Inhibitoren der Pyruvatkinase in MikrotiterplattenDetection of the fungicidal activity of the identified inhibitors of pyruvate kinase in microtiter plates
In die Kavitäten von Mikrotiterplatten werden eine methanolische Lösung des anhand eines erfϊndungsgemäßen Verfahrens identifizierten Wirkstoffs (Bsp. 3), versetzt mit einem Emulgator, pipettiert. Nachdem das Lösungsmittel abgedampft ist, werden je Kavität 200 μl Potatoe-Dextrose- Medium hinzugefügt. Das Medium wird vorher mit geeigneten Konzentrationen von Sporen bzw. Mycelen des zu prüfenden Pilzes versetzt.A methanolic solution of the active substance identified by an inventive method (Example 3), piped with an emulsifier, is pipetted into the cavities of microtiter plates. After the solvent has evaporated, 200 μl of potato dextrose medium are added to each cavity. Suitable concentrations of spores or mycelia of the fungus to be tested are added to the medium beforehand.
Die resultierenden Konzentiationen des Wirkstoffs beträgt 0,1, 1, 10 und 100 ppm. Die resultierende Konzentration des Emulgators beträgt 300 ppm.The resulting concentrations of the active ingredient are 0.1, 1, 10 and 100 ppm. The resulting concentration of the emulsifier is 300 ppm.
Die Platten werden anschließend auf einem Schüttler bei einer Temperatur von 22°C inkubiert, bis in der unbehandelten Kontrolle ein ausreichendes Wachstum feststellbar ist. Die Auswertung erfolgt photometrisch bei einer Wellenlänge von 620 nm. Aus den Messdaten der verschiedenen Konzentrationen wird die Wirkstoffdosis, die zu einer 50 %igen Hemmung des Pilzwachstums gegenüber der unbehandelten Kontrolle führt (ED50), berechnet.The plates are then incubated on a shaker at a temperature of 22 ° C. until sufficient growth can be determined in the untreated control. The evaluation is carried out photometrically at a wavelength of 620 nm. The dose of active substance which leads to a 50% inhibition of fungal growth compared to the untreated control (ED 50 ) is calculated from the measurement data of the different concentrations.
Beispiel 7Example 7
Nachweis der fungiziden Wirkung der identifizierten Inhibitoren der Pyruvatkinase im Gewächshaus (Phytophthora-Υest, protektiv)Evidence of the fungicidal activity of the identified inhibitors of pyruvate kinase in the greenhouse (Phytophthora Υest, protective)
Zur Herstellung einer zweckmäßigen Wirkstoffzubereitung vermischt man 1 Gewichtsteil Wirkstoff mit 49 Gewichtsteilen N,N-Dimethylformamid (Lösungsmittel) und 1 Gewichtsteil Alkylarylpoly- glykolether (Emulgator) und verdünnt das Konzentrat mit Wasser auf die gewünschte Konzentration (siehe Tab. ID).To produce a suitable preparation of active compound, 1 part by weight of active compound is mixed with 49 parts by weight of N, N-dimethylformamide (solvent) and 1 part by weight of alkylaryl polyglycol ether (emulsifier) and the concentrate is diluted with water to the desired concentration (see Table ID).
Zur Prüfling auf protektive Wirksamkeit der identifizierten Verbindungen werden junge Tomatenpflanzen mit der Wirl stoffzubereitung in der angegebenen Aufwandmenge besprüht. 1 Tag nach der Behandlung werden die Pflanzen mit einer Sporensuspension von Phytophthora infestans inokuliert und bleiben dann für 24h bei 100% rel. Feuchte und 20°C. Anschließend werden die Pflanzen in einer Klimazelle bei ca. 96% relativer Luftfeuchtigkeit und einer Temperatur von ca. 20°C aufgestellt.To test the protective effectiveness of the identified compounds, young tomato plants are sprayed with the active substance preparation in the stated application rate. 1 day after the treatment, the plants are inoculated with a spore suspension of Phytophthora infestans and then remain at 100% rel. Humidity and 20 ° C. The plants are then placed in a climatic cell at approx. 96% relative air humidity and a temperature of approx. 20 ° C.
7 Tage nach der Inokulation erfolgt die Auswertung. Dabei bedeutet 0 % ein Wirkungsgrad, der demjenigen der Kontrolle entspricht, während ein Wirkungsgrad von 100 % bedeutet, daß kein Befall beobachtet wird.Evaluation is carried out 7 days after the inoculation. 0% means an efficiency that corresponds to that of the control, while an efficiency of 100% means that no infection is observed.
Beispiel 8Example 8
Soweit nicht anderes angegeben ist, handelt es sich bei allen quantitativen Angaben um Gewichtsprozent. Die Retentionszeit ist in Minuten angegeben und wurde mittels HPLC mit einer RC-Säule (Eurospher 100, C18, ID 4 mm) und mittels UV-Absorption bestimmt. Eluent: 0,1% Acetonitril/Wasser (0 min = 10% Acetonitril; 13 min = 80% Acetonitril; 15 min = 80% Acetonitril; 17 min = 10 % Acetonitril).Unless otherwise stated, all quantitative information is percent by weight. The retention time is given in minutes and was determined by means of HPLC with an RC column (Eurospher 100, C18, ID 4 mm) and by means of UV absorption. Eluent: 0.1% acetonitrile / water (0 min = 10% acetonitrile; 13 min = 80% acetonitrile; 15 min = 80% acetonitrile; 17 min = 10% acetonitrile).
Herstellung von Verbindung 3 gemäß Tabelle IPreparation of compound 3 according to Table I
Die Synthese der Verbindung 3 kann nach folgendem Reaktionsschema erfolgen:Compound 3 can be synthesized according to the following reaction scheme:
Figure imgf000037_0001
Wang-Resin
Figure imgf000037_0001
Wang Resin
Figure imgf000037_0002
Figure imgf000037_0002
Verbindung 3Connection 3
Schritt (a):Step (a):
Man lässt 1,2 g Wang Polystyrene Festphasenlinker („Wang resin"; Rapp-Polymere, Tübingen; 1,08 mmol/g) in DMF quellen. Das Lösungsmittel wird abgesaugt und eine Lösung von 360 mg Bromessigsäure (Säurereagenz) in 8 ml Dimethylformamid wird zugegeben. Man schüttelt bei Raumtemperatur für 15 Minuten und setzt der Lösung dann 345 μl Pyridin und 543 mg 2,6- Dichlorbenzylchlorid zu. Man schüttelt für 2 h bei Raumtemperatur. Danach wird abgesaugt und der Festphasenlinker wird mit DMF gewaschen. Es werden weitere 360 mg Bromessigsäure in 8 ml DMF zugegeben und die Mischung für 15 Minuten geschüttelt. Es folgt die Zugabe von 345 μl Pyridin und 543 mg 2,6-Dichlorbenzylchlorid. Die Mischung wird über Nacht bei Raumtemperatur geschüttelt. Der Festphasenlinker wird schließlich mit DMF, Methanol und Dichlormethan gewaschen.1.2 g of Wang polystyrene solid phase linker ("Wang resin"; Rapp-Polymer, Tübingen; 1.08 mmol / g) are swollen in DMF. The solvent is filtered off with suction and a solution of 360 mg of bromoacetic acid (acid reagent) in 8 ml of dimethylformamide is added and shaken Room temperature for 15 minutes and then add 345 μl of pyridine and 543 mg of 2,6-dichlorobenzyl chloride to the solution. It is shaken for 2 h at room temperature. It is then suctioned off and the solid phase linker is washed with DMF. A further 360 mg of bromoacetic acid in 8 ml of DMF are added and the mixture is shaken for 15 minutes. 345 μl of pyridine and 543 mg of 2,6-dichlorobenzyl chloride are then added. The mixture is shaken overnight at room temperature. The solid phase linker is finally washed with DMF, methanol and dichloromethane.
Schritt (b):Step (b):
Man lässt den Festphasenlinker aus Schritt (a) in Dimethylsulfoxid (DMSO) quellen. Das Lösungsmittel wird abgesaugt und mit einer Lösung von 1,5 g l,l-Dimemoxypropan-2-amin in 8,5 ml DMSO behandelt und über Nacht geschüttelt. Der Festphasenlinker wird mit DMF, Methanol, Tetrahydrofuran (THF) und Dichlormethan gewaschen.The solid phase linker from step (a) is allowed to swell in dimethyl sulfoxide (DMSO). The solvent is filtered off with suction and treated with a solution of 1.5 g of l, l-dimemoxypropan-2-amine in 8.5 ml of DMSO and shaken overnight. The solid phase linker is washed with DMF, methanol, tetrahydrofuran (THF) and dichloromethane.
Schritt (c):Step (c):
70 mg des Festphasenlinker aus Schritt (b) lässt man in DMF quellen. Das Lösungsmittel wird abgesaugt und es wird eine Lösung von 138 mg (2E)-3-(l,3-Benzodioxol-5-yl)acrylsäure in 0,865 ml DMF und eine Lösung von 118 mg Diisopropylcarbodiimid in 0,21 ml DMF zugegeben. Man rührt für 3 h bei Raumtemperatur, saugt das Lösungsmittel ab und wäscht mit DMF. Es wird ein weiteres Mal eine Lösung von 138 mg (2E)-3-(l,3-Benzodioxol-5-yl)acrylsäure in 0,865 ml DMF und eine Lösung von 118 mg Diisopropylcarbodiimid in 0,21 ml DMF zugegeben und für 3 h bei Raumtemperatur gerührt. Danach wird abgesaugt und der Festphasenlinker mit Methanol/THF, THF unf Dichlormethan gewaschen.70 mg of the solid phase linker from step (b) are allowed to swell in DMF. The solvent is filtered off with suction and a solution of 138 mg (2E) -3- (1,3-benzodioxol-5-yl) acrylic acid in 0.865 ml DMF and a solution of 118 mg diisopropylcarbodiimide in 0.21 ml DMF are added. The mixture is stirred for 3 h at room temperature, the solvent is filtered off and washed with DMF. A solution of 138 mg (2E) -3- (1,3-benzodioxol-5-yl) acrylic acid in 0.865 ml DMF and a solution of 118 mg diisopropylcarbodiimide in 0.21 ml DMF are added once more and the mixture is added for 3 h stirred at room temperature. It is then suctioned off and the solid phase linker is washed with methanol / THF, THF and dichloromethane.
Schritt (ά):Step (ά):
Eine Lösung von 173 mg N-Hydroxy-l-[3-(trifluormethyl)phenyl]propan-2-amin hydrochlorid in 1,2 ml Ethanol/Toluol (2:10) wird zum Festphasenlinker aus Schritt (c) gegeben. Man rührt für 6 h bei 70°C und lässt danach auf Raumtemperatur abkühlen. Das Lösungsmittel wird abgesaugt und der Festphasenlinker mit THF/Methanol/Wasser, THF und Dichlormethan gewaschen.A solution of 173 mg of N-hydroxy-l- [3- (trifluoromethyl) phenyl] propan-2-amine hydrochloride in 1.2 ml of ethanol / toluene (2:10) is added to the solid phase linker from step (c). The mixture is stirred at 70 ° C. for 6 h and then allowed to cool to room temperature. The solvent is suctioned off and the solid phase linker is washed with THF / methanol / water, THF and dichloromethane.
Schritt (e):Steps):
Der Festphasenlinker aus Schritt (d) wird in 1 ml Trifluoressigsäure/Dichlormethan (1:1) für 1 h gerührt, abfiltriert und das Filtrat unter Vakuum eingeengt. Man erhält 18 mg der Verbindung 3. MS (ESI): 507 [M+H0]. Retentionszeit (HPLC): Rt= 8,8. Herstellung von Verbindung 4 gemäß Tabelle IThe solid phase linker from step (d) is stirred in 1 ml of trifluoroacetic acid / dichloromethane (1: 1) for 1 h, filtered off and the filtrate is concentrated in vacuo. 18 mg of compound 3 are obtained. MS (ESI): 507 [M + H0]. Retention time (HPLC): R t = 8.8. Preparation of compound 4 according to Table I
Die Synthese der Verbindung 4 kann nach folgendem Reaktionsschema erfolgen:The synthesis of compound 4 can be carried out according to the following reaction scheme:
Figure imgf000039_0001
Figure imgf000039_0001
Verbindung 4
Figure imgf000039_0002
Connection 4
Figure imgf000039_0002
Schritt (a):Step (a):
4,2 g eines mit Fmoc-L-Prolin beladenen Wang Festphasenlinkers (Rapp-Polymere Tübingen; 0,75 mmol/g) lässt man in DMF quellen. Das Lösungsmittel wird abgesaugt und der Festphasenlinker wird für 5 min. mit 32 ml einer Piperidin Lösung (20% Piperidin in DMF) behandeltDas Lösungsmittel wird abgesaugt und weitere 32 ml der Piperidin Lösung hinzugegeben. Man rührt für 30 min. bei Raumtemperatur, saugt das Lösungsmittel ab und wäscht mit DMF. Dann wird eine Lösung von 4,4 g Bromessigsäure in 50 ml DMF und eine Lösung von 5,2 g Diisopropylcarbodiimid in 6 ml DMF zugegeben. Man lässt bei Raumtemperatur für 2 h rühren, saugt das Lösungsmittel ab und wäscht mit DMF. Danach gibt man noch einmal eine Lösung von 4,4 g Bromessigsäure in 50 ml DMF und eine Lösung von 5,2 g Diisopropylcarbodiimid in 6 ml DMF zu. Man lässt wieder bei Raumtemperatur für 2 h rühren, saugt das Lösungsmittel ab und wäscht mit DMF.4.2 g of a Wang solid phase linker loaded with Fmoc-L-proline (Rapp-Polymer Tübingen; 0.75 mmol / g) are allowed to swell in DMF. The solvent is suctioned off and the solid phase linker is left for 5 min. treated with 32 ml of a piperidine solution (20% piperidine in DMF), the solvent is suctioned off and a further 32 ml of the piperidine solution are added. The mixture is stirred for 30 min. at room temperature, sucks off the solvent and washes with DMF. A solution of 4.4 g of bromoacetic acid in 50 ml of DMF and a solution of 5.2 g of diisopropylcarbodiimide in 6 ml of DMF are then added. The mixture is stirred at room temperature for 2 h, the solvent is filtered off with suction and washed with DMF. A solution of 4.4 g of bromoacetic acid in 50 ml of DMF and a solution of 5.2 g of diisopropylcarbodiimide in 6 ml of DMF are then added again. The mixture is again stirred at room temperature for 2 h, the solvent is filtered off and washed with DMF.
Schritt (b): Man lässt den Festphasenlinker aus Schritt (a) in DMSO quellen. Das Lösungsmittel wird abgesaugt, eine Lösung von 7,1 g l,lDimethoxypropan-2-amin in 30 ml DMSO zugegeben und über Nacht geschüttelt. Man wäscht danach mit DMF, Methanol, THF und Dichlormethan.Step (b): The solid phase linker from step (a) is allowed to swell in DMSO. The solvent is filtered off with suction, a solution of 7.1 gl, lDimethoxypropan-2-amine in 30 ml DMSO is added and shaken overnight. It is then washed with DMF, methanol, THF and dichloromethane.
Schritt (e):Steps):
70 mg des Festphasenlinkers aus Schritt (b) lässt man in DMF quellen. Nachdem man das Lösungsmittel abgesaugt hat, wird eine Lösung von 98 mg (2E)-3-(l,3-Benzodioxol-5-yl)acrylsäure in 0,865 ml DMF und eine Lösung von 84 mg Diisopropylcarbodiimid in 0,21 ml DMF zugegeben. Man rührt für 3 h bei Raumtemperatur, saugt das Lösungsmittel ab und wäscht mit DMF. Man gibt ein weiteres Mal eine Lösung von 98 mg (2E)-3-(l,3-Benzodioxol-5-yl)acrylsäure in 0,865 ml DMF und eine Lösung von 84 mg Diisopropylcarbodiimid in 0,21 ml DMF zu und rührt bei Raumtemperatur für 3 h. Danach wird abgesaugt und der Festphasenlinker mit Methanol/THF, THF unf Dichlormethan gewaschen.70 mg of the solid phase linker from step (b) are allowed to swell in DMF. After the solvent has been suctioned off, a solution of 98 mg (2E) -3- (1,3-benzodioxol-5-yl) acrylic acid in 0.865 ml DMF and a solution of 84 mg diisopropylcarbodiimide in 0.21 ml DMF are added. The mixture is stirred for 3 h at room temperature, the solvent is filtered off and washed with DMF. A solution of 98 mg (2E) -3- (1,3-benzodioxol-5-yl) acrylic acid in 0.865 ml DMF and a solution of 84 mg diisopropylcarbodiimide in 0.21 ml DMF are added once more and the mixture is stirred at room temperature for 3 h. It is then suctioned off and the solid phase linker is washed with methanol / THF, THF and dichloromethane.
Schritt (ä):Step (ä):
Eine Lösung von 77 mg N-Hydroxy-1-phenylmethanamin hydrochlorid in 1,2 ml Ethanol/Toluol (2:10) wird zum Festphasenlinker aus Schritt (c) gegeben. Man rührt für 6 h bei 70°C und lässt danach auf Raumtemperatur abkühlen. Das Lösungsmittel wird abgesaugt und der Festphasenlinker mit THF/Methanol/Wasser, THF und Dichlormethan gewaschen.A solution of 77 mg of N-hydroxy-1-phenylmethanamine hydrochloride in 1.2 ml of ethanol / toluene (2:10) is added to the solid phase linker from step (c). The mixture is stirred at 70 ° C. for 6 h and then allowed to cool to room temperature. The solvent is suctioned off and the solid phase linker is washed with THF / methanol / water, THF and dichloromethane.
Schritt (ei:Step (egg:
Der Festphasenlinker aus Schritt (d) wird in 1 ml Trifluoressigsäure/Dichlormethan (1:1) für 1 h gerührt, abfϊltriert und das Filtrat unter Vakuum eingeengt. Man erhält 17 mg der Verbindung 4. MS (ESI): 508 [M+H^]. Retentionszeit (HPLC): Rt= 8,6. The solid phase linker from step (d) is stirred in 1 ml of trifluoroacetic acid / dichloromethane (1: 1) for 1 h, filtered off and the filtrate is concentrated in vacuo. 17 mg of compound 4 are obtained. MS (ESI): 508 [M + H ^]. Retention time (HPLC): R t = 8.6.
Literaturliterature
1. Pyruvate kinase. Muirhead, Hilary. Dep. Biochem., Univ. Bristol, Bristol, UK. Biological Macromolecules and Assemblies (1987), 3, 143-86.1. Pyruvate kinase. Muirhead, Hilary. Dep. Biochem., Univ. Bristol, Bristol, UK. Biological Macromolecules and Assemblies (1987), 3, 143-86.
2. The structure of cat muscle pyruvate kinase. Muirhead, H.; Clayden, D. A.; Barford, D.; Lorimer, C. G.; Fothergill-Gilmore, L. A.; Schütz, E.; Schmitt, W. Dep. Biochem., Univ. Bristol, Bristol, UK. EMBO Journal (1986), 5(3), 475-81.2. The structure of cat muscle pyruvate kinase. Muirhead, H .; Clayden, D.A .; Barford, D .; Lorimer, C.G .; Fothergill-Gilmore, L.A .; Sagittarius.; Schmitt, W. Dep. Biochem., Univ. Bristol, Bristol, UK. EMBO Journal (1986), 5 (3), 475-81.
3. Pyruvate kinase in yeast sugar metabolism. Boles, Eckhard. Institut für Mikrobiologie, Technische Hochschule Darmstadt, Germany. Editor(s): Zimmermann, Friedrich K.; Entian, Karl-Dieter. Yeast Sugar Metabolism (1997), 171-186.3. Pyruvate kinase in yeast sugar metabolism. Boles, Eckhard. Institute for Microbiology, Technical University Darmstadt, Germany. Editor (s): Zimmermann, Friedrich K .; Entian, Karl-Dieter. Yeast Sugar Metabolism (1997), 171-186.
4. The tumor metabolome. Mazurek, Sybille; Eigenbrodt, Erich. Institute for Biochemistry and Endocrinology, Veterinary Faculty, Justus-Liebig-University of Giessen, Giessen, Germany. Anticancer Research (2003), 23(2A), 1149-1154.4. The tumor metabolome. Mazurek, Sybille; Eigenbrodt, Erich. Institute for Biochemistry and Endocrinology, Veterinary Faculty, Justus-Liebig-University of Giessen, Giessen, Germany. Anticancer Research (2003), 23 (2A), 1149-1154.
5. The structure of pyruvate kinase from Leishmania mexicana reveals details of the allosteric transition and unusual effector specificity. Eπatum in: J. Mol. Biol. (1999) Oct 29; 293(3):145- 749. Rigden D J; Phillips S E; Michels P A; Fothergill-Gilmore L A, J. Mol. Biol. (1999), 291(3), 615-35.5. The structure of pyruvate kinase from Leishmania mexicana reveals details of the allosteric transition and unusual effector specificity. Date in: J. Mol. Biol. (1999) Oct 29; 293 (3): 145-749. Rigden D J; Phillips S E; Michels P A; Fothergill-Gilmore L A, J. Mol. Biol. (1999), 291 (3), 615-35.
6. The allosteric regulation of pyruvate kinase by fructose-l,6-bisphosphate. Jurica, Melissa S.; Mesecar, Andrew; Heath, Patrick J.; Shi, Wuxian; Nowak, Thomas; Stoddard, Barry L. Molecular and Cellular Biology Program, Fred Hutchinson. Structure (1998), 6(2), 195-210.6. The allosteric regulation of pyruvate kinase by fructose-l, 6-bisphosphate. Jurica, Melissa S .; Mesecar, Andrew; Heath, Patrick J .; Shi, Wuxian; Nowak, Thomas; Stoddard, Barry L. Molecular and Cellular Biology Program, Fred Hutchinson. Structure (1998), 6 (2), 195-210.
7. Crystal structure of Escherichia coli pyruvate kinase type I: molecular basis of the allosteric transition. Mattevi A; Valentini G; Rizzi M; Speranza M L; Bolognesi M; Coda A. Structure (1995), 3(7), 729-41.7. Crystal structure of Escherichia coli pyruvate kinase type I: molecular basis of the allosteric transition. Mattevi A; Valentini G; Rizzi M; Speranza M L; Bolognesi M; Coda A. Structure (1995), 3 (7), 729-41.
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11. WO 02/095063 AI11. WO 02/095063 AI
12. WO 00/08007 A2 12. WO 00/08007 A2

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Identifizieren von Fungiziden, dadurch gekennzeichnet, dass man1. A method of identifying fungicides, characterized in that one
(a) ein pilzliches Polypeptid mit der enzymatischen Aktivität einer Pyruvatkinase mit einer chemischen Verbindung oder einem Gemisch von chemischen Verbindungen unter Bedingungen, die die Interaktion der chemischen Verbindung mit dem Polypeptid erlauben, in Kontakt bringt,(a) contacting a fungal polypeptide with the enzymatic activity of a pyruvate kinase with a chemical compound or a mixture of chemical compounds under conditions which allow the chemical compound to interact with the polypeptide,
(b) die Aktivität der Pyruvatkinase bei Abwesenheit einer chemischen Verbindung mit der Aktivität der Pyruvatkinase bei Anwesenheit einer chemischen Verbindung oder eines Gemisches von chemischen Verbindungen vergleicht, und (c) die chemische Verbindung, die die Pyruvatkinase spezifisch inhibiert, auswählt.(b) compares the activity of the pyruvate kinase in the absence of a chemical compound with the activity of the pyruvate kinase in the presence of a chemical compound or a mixture of chemical compounds, and (c) selects the chemical compound that specifically inhibits the pyruvate kinase.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadaurch gekennzeichnet, dass das Polypeptid ausgewählt ist aus2. The method according to claim 1, characterized in that the polypeptide is selected from
(a) der Sequenz gemäß SEQ ID NO:2,(a) the sequence according to SEQ ID NO: 2,
(b) Sequenzen, welche eine zumindest 70 %ige, bevorzugt eine zumindest 80 %ige, besonders bevorzugt eine 90 %ige und insbesondere bevorzugt eine 95 %ige Identität mit der unter a) definierten Sequenz haben,(b) sequences which have at least 70%, preferably at least 80%, particularly preferably 90% and particularly preferably 95% identity with the sequence defined under a),
(c) den unter b) angegebenen Sequenzen, welche das Prosite Motiv [LIVAC]-x- [LIVM](2)-[SAPCV]-K-|TIV]-E-|NKRST]-x-[DEQHS]-[GSTA]-[LIVM] umfassen, und (d) Fragmenten der unter a) bis c) angegebenen Sequenzen, welche die gleiche enzymatische Aktivität aufweisen wie die unter a) definierte Sequenz.(c) the sequences given under b), which contain the prosite motif [LIVAC] -x- [LIVM] (2) - [SAPCV] -K- | TIV] -E- | NKRST] -x- [DEQHS] - [ GSTA] - [LIVM], and (d) fragments of the sequences given under a) to c), which have the same enzymatic activity as the sequence defined under a).
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die Aktivität der Pyruvatkinase bestimmt indem man3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the activity of the pyruvate kinase is determined by
(a) das bei der Reaktion der Pyruvatkinase entstehende Pyruvat durch Lactat- dehydrogenase unter Verbrauch von NADH zu Lactat und NAD+ umsetzt, und(a) the pyruvate formed in the reaction of the pyruvate kinase is converted to lactate and NAD + by lactate dehydrogenase using NADH, and
(b) die Abnahme der NADH-Konzentration bei Abwesenheit einer chemischen Verbindung mit der Abnahme der NADH-Konzentration bei Anwesenheit einer chemischen Verbindung oder eines Gemisches von chemischen Verbindungen vergleicht, und(b) the decrease in the NADH concentration in the absence of a chemical compound with the decrease in the NADH concentration in the presence of a chemical compound or a mixture of chemical compounds, and
(c) die chemische Verbindung auswählt, bei deren Anwesenheit eine geringere Abnahme der NADH-Konzentration beobachtet wird.(c) selects the chemical compound in the presence of which a smaller decrease in NADH concentration is observed.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man in einem weiteren Schritt die fungizide Wirkung der identifizierten Verbindung testet, indem man sie mit einem Pilz in Kontakt bringt.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that in a further step the fungicidal activity of the identified compound is tested by bringing it into contact with a fungus.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Pyruvatkinase aus einem pflanzenpathogenen Pilz verwendet.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that one uses a pyruvate kinase from a phytopathogenic fungus.
6. Verwendung von Polypeptiden mit der Aktivität einer Pyruvatkinase zum Identifizieren von Fungiziden.6. Use of polypeptides with the activity of a pyruvate kinase to identify fungicides.
7. Verwendung von Inhibitoren von Polypeptiden mit der Aktivität einer Pyruvatkinase als Fungizide.7. Use of inhibitors of polypeptides with the activity of a pyruvate kinase as fungicides.
8. Verfahren zum Bekämpfen von pflanzenpathogenen Pilzen, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Inhibitor der pilzlichen Pyruvatkinase auf den Pilz und/oder seine Umgebung einwirken lässt.8. A method for controlling phytopathogenic fungi, characterized in that an inhibitor of the fungal pyruvate kinase is allowed to act on the fungus and / or its surroundings.
9. Fungizide Mittel, gekennzeichnet durch einen Gehalt eines Inhibitors der pilzlichen Pyruvatkinase und üblichen Streckmittel und/oder oberflächenaktiven Substanzen.9. Fungicidal agents, characterized by a content of an inhibitor of fungal pyruvate kinase and conventional extenders and / or surface-active substances.
10. Nukleinsäure kodierend für eine Pyruvatkinase aus einem pflanzenpathogenen Pilz, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Sequenz umfasst, die ausgewählt ist aus: a) einer Sequenz gemäß SEQ ID NO: 1, b) Sequenzen, die für ein Polypeptid kodieren, welches die Aminosäuresequenz gemäß SEQ ID NO: 2 umfasst.10. Nucleic acid coding for a pyruvate kinase from a phytopathogenic fungus, characterized in that it comprises a sequence which is selected from: a) a sequence according to SEQ ID NO: 1, b) sequences which code for a polypeptide which comprises the amino acid sequence according to SEQ ID NO: 2.
11. DNA-Konstrukt umfassend eine Nukleinsäure gemäß Anspruch 10 und einen heterologen Promotor.11. DNA construct comprising a nucleic acid according to claim 10 and a heterologous promoter.
12. Vektor umfassend eine Nukleinsäure gemäß Anspruch 10 oder ein DNA-Konstrukt gemäß Anspruch 11. 12. Vector comprising a nucleic acid according to claim 10 or a DNA construct according to claim 11.
13. Vektor gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Nukleinsäure funktionell mit regulatorischen Sequenzen verknüpft ist, die die Expression der Nukleinsäure in pro- oder eukaryotischen Zellen gewährleisten.13. Vector according to claim 12, characterized in that the nucleic acid is functionally linked to regulatory sequences which ensure the expression of the nucleic acid in pro- or eukaryotic cells.
14. Wirtszelle enthaltend eine Nukleinsäure gemäß Anspruch 10, ein DNA-Konstrukt gemäß Anspruch 11 oder einen Vektor gemäß Anspruch 12 oder 13.14. Host cell containing a nucleic acid according to claim 10, a DNA construct according to claim 11 or a vector according to claim 12 or 13.
15. Pyruvatkinase aus pflanzenpathogenen Pilzen, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Sequenz gemäß SEQ ID NO:2 umfasst. 15. Pyruvate kinase from phytopathogenic fungi, characterized in that it comprises a sequence according to SEQ ID NO: 2.
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