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Projekt
Design, Charakterisierung und Optimierung von HSP70-Inhibitoren, HSF-1 Inhibitoren und antitumoralen Naphthochinonen und Naphthylisochinolin-Alkaloiden zur Behandlung des Multiplen Myeloms
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professor Dr. Gerhard Bringmann; Professorin Dr. Ulrike Holzgrabe; Professor Dr. Christoph Sotriffer
Fachliche Zuordnung
Hämatologie, Onkologie
Förderung
Förderung von 2009 bis 2018
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 100308792
Ziel des Projektes ist die Entwicklung neuer pharmakologischer Wirkstoffe gegen das Multiple Myelom (MM) mit zwei verschiedenen Strategien: In einem Target-orientierten Ansatz basierend auf jüngsten Befunden zur pathobiologischen Rolle des heat-shock- Proteins 70 (HSP70) und des heat-shock-Transkriptionsfaktors 1 (HSF1) im MM werden Inhibitoren von HSP70 und HSF1 entwickelt. Komplementär dazu werden aussichtsreiche Verbindungen aus der Natur auf eine spezifische anti-MM-Wirkung hin optimiert und vertieft im Hinblick auf die Entdeckung neuer Zielstrukturen oder Wirkmechanismen untersucht. Ausgehend von Strukturdaten zu HSP70 wurde mittels Virtuellem Screening nach Molekülen gesucht, die am Interface zwischen Nukleotid- und Substratbindedomäne angreifen. Dies führte zu fünf Verbindungen mit biologischer Aktivität gegen eine MM-Zelllinie. Ausgehend vom besten Vertreter wurde eine Tetrahydroisochinolinon-Bibliothek synthetisiert und so eine Serie aktiver Verbindungen gegen MM-Zelllinien erhalten, die keine Toxizität gegen PBMCs (Peripheral blood mononuclear cells) zeigen. Zur Adressierung von HSF1 wurden zwei Bibliotheken Phenyl-substituierter Isochinoline über die Ugi-Heck-Synthese hergestellt. Überraschenderweise zeigten nur die ringoffenen Ugi-Intermediate eine Inhibition, wenngleich mit unbekanntem Wirkmechanismus.Vorrangiges Ziel in Bezug auf HSP70 ist die computergestützte und experimentelle Charakterisierung und Optimierung der erhaltenen aktiven Verbindungen. Dies erfordert die Untersuchung der Bindung an der Zielstruktur, sowie erweiterte biologische Testung der intrazellulären Effekte von HSP70-Inhibitoren. Zum Nachweis spezifischer Bindung und allosterischer Blockade an HSP70 soll ein HSP70-Assay etabliert und durch Kirstallstrukturanalyse sowie biophysikalische Bindungsstudien ergänzt werden. Mit Molekulardynamik-Simulationen werden Bindemechanismen untersucht und mechanistische Hypothesen im Wechselspiel mit den experimentellen Analysen erstellt. Die gewonnenen Erkenntnisse werden zur Optimierung der Inhibitoren und zur Synthese neuer Verbindungen genutzt.Zur weiteren Entwicklung von HSF1-Inhibitoren sollen erweiterte biologisch-funktionelle Assays und Strukturanalysen mittels Massenspektrometrie eingesetzt werden, um die Art der Wechselwirkung zwischen HSF1 und potenziellen Inhibitoren aufzuklären. Die Ergebnisse werden die Entwicklung verbesserter HSF1-Inhibitoren als Hilfsmittel zur Untersuchung des HSF1/HSP70 Signalwegs leiten.Aufgrund ihrer starken anti-MM-Wirkung wurden Dioncochinon B und modifizierte Analoga synthetisiert. Struktur-Wirksamkeits-Studien (SAR) zeigten, dass jede der drei OH-Gruppen für deren Aktivität erforderlich ist, während der Einfluss der anderen Substituenten bislang unklar bleibt. Mit einem von Dioncochinon B abgeleiteten Epoxid und Dioncophyllin A wurden zwei weitere Wirkstoffe identifiziert, die hochtoxisch auf MM-Zellen wirken, aber nicht auf normale PBMCs. Dioncochinon B könnte spezifisch Apoptose und weitere zelluläre Prozesse beeinflussen, wie am apoptischen Zelltod in etwa der Hälfte der behandelten MM-Zelllinien zu erkennen ist, während die anderen Hälfte Hemmung oder gar keine Beeinträchtigung des Wachstums zeigte. Studien zum Zelltod deuten auf einen Caspase-abhängigen Prozess mit Beteiligung mitochondrialer Mechanismen zur Stressantwort hin. Schwerpunkte sind weitere SAR-geleitete Strukturmodifikationen und Untersuchungen zum Wirkmechanismus von Dioncochinon B, verwandten Epoxiden und Dioncophyllin A. Für Studien zu ihren Wechselwirkungen mit zellulären Targets sollen sie mit Sonden (wie Biotin) ausgestattet werden. Geplant sind mechanistische Studien zur Analyse molekularer Effekte auf mitochondriale Prozesse, Apoptose und auf die spezifische Regulation der Wachstumshemmung. Ihr Effekt auf das Wachstum von MM-Zellen soll in einem MMMausmodell evaluiert werden.
DFG-Verfahren
Klinische Forschungsgruppen
