Bedeutung und prognostische Relevanz der Casein Kinase 1 Familie, insbesondere von CK1delta, für die Tumorgenese und -progression kolorektaler Tumore
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Mitglieder der CK1 Familie phosphorylieren eine Vielzahl unterschiedlicher Substratproteine, welche in die Regulation verschiedener physiologischer Prozesse wie Metabolismus, Transkription, Zellzyklusregulation, Apoptose und Differenzierung involviert sind. Dadurch besitzen die CK1 Mitglieder Schlüsselfunktionen in vielen zellulären Funktionen. Folglich tragen Veränderungen in ihrer Expression und/oder Aktivität zur Pathogenese von neurodegenerativen, entzündlichen und proliferativen Erkrankungen bei. Deshalb ist in den letzten Jahren das Interesse gestiegen, hochselektive therapeutisch nutzbare CK1 Isoformspezifische Inhibitoren mit hoher Löslichkeit, begrenzten off target-Effekten und erhöhter Membranpermeabilität zu entwickeln. Screening von neuen Compounds, die von unserem Kooperationspartner auf der Basis der bereits gut charakterisierten Verbindung „Compound 1“ entwickelt wurden, führte zur Identifizierung der Verbindungen Compound 2, sowie #25 und #29, die CK1δ spezifisch inhibieren und die Viabilität aller untersuchten Tumorzelllinien reduzierten. Die Untersuchung der Target-Selektivität der wirksamsten Substanz Compound 2 wies eine starke CK1-Selektivität mit nur geringer Affinität zu unspezifischen Bindungspartnern auf. Somit konnte eine neue CK1-spezifische Verbindung mit inhibitorischer Aktivität gegen Tumorzellproliferation im nanomolaren Konzentrationsbereich und ohne nicht-zielgerichtete Effekte identifiziert werden. Die Fähigkeit von Compound 2, das Wachstum aller untersuchten Kolonkarzinom-Zelllinien zu inhibieren, unterstüzt die Annahme, daß CK1 Isoformen ein neues Target für die Behandlung kolorektaler Tumore darstellen. Die Relevanz von CK1 als therapeutisches Target konnte zudem durch Untersuchen verstärkt werden, in denen der Einfluss der CK1 Expression auf das tumorspezifische Überleben von 326 CRC Patienten untersucht wurde. Die Untersuchungen zeigten, dass Patienten mit erhöhter CK1α oder δ Expression im Tumorgewebe signifikant schlechtere Überlebensraten aufwiesen. Diese Ergebnisse wurden für CK1α in der Gruppe der mit Grad 3 und Grad 4 sowie für CK1δ in den mit Grad 1 und Grad 2 klassifizierten Tumoren noch deutlicher und deuten auf die Funktion eines prognostischen Markers von CK1α in schlecht differenzierten sowie von CK1δ in gut differenzierten Tumoren hin. Zudem haben Änderungen in der Expression von CK1α und δ unterschiedliche Auswirkungen auf das tumorspezifische Überleben von Patienten mit rechts- und linksseitigen Kolontumoren hat. Immunhistochemische Analysen der CK1δ Proteinexpression im Tumorgewebe bestätigten eine Korrelation zwischen Protein- und RNA-Expression. Insgesamt zeigen unsere Analysen, dass CK1α und δ als Biomarker im CRC fungieren können. Um die Rolle von CK1δ in der kolorektalen Karzinogese zu bestärken, wurden die biochemischen und biologischen Eigenschaften von in Tumoren kolorektaler Patienten identifizierter CK1δ Mutatnten charakterisiert. Untersuchungen in vitro, in Zellkultur und in vivo in einem Xenotransplantationsmodell zeigten Unterschiede der CK1δ-Mutanten in der ATP- Bindeaffinität, der Substratphosphorylierung, dem verankerungsunabhängigem Zellwachstum und der Tumorgröße. Des Weiteren wies eine hyperaktive CK1δ Mutante im Vergleich zum Wildtyp eine erhöhte Ansprechempfindlichkeit gegenüber CK1δ-spezifischen Inhibitoren auf, was die Bedeutung personalisierter Medizin hervorhebt. Vergleichende Genexpressionsanalysen von Tumoren, welche durch Wildtyp- oder Mutanten-exprimierende Zellen induziert wurden, bieten eine Basis für zukünftige Untersuchungen, um den Mechanismus der kolorektalen Tumorgenese, welcher durch abnormale CK1δ-Expression verursacht wird, aufzuklären. Zusammenfassend bestätigen unsere Ergebnisse eine potentielle Rolle von CK1δ im CRC. Deshalb könnte CK1δ als prognostischer Marker im CRC fungieren und eine neue vielversprechenede Zielstruktur für zukünftige Therapiekonzepte zur Behandlung des CRC darstellen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- 2-Benzamido-N-(1H-benzo[d]imidazol-2-yl)thiazole-4-carboxamide derivatives as potent inhibitors of CK1δ/ε. Amino Acids 2012, 43(4), 1577–1591
Bischof J, Leban J, Zaja M, Grothey A, Radunsky B, Othersen O, Strobl S, Vitt D, Knippschild U
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00726-012-1234-x) - Difluoro-dioxolo-benzoimidazol-benzamides as potent inhibitors of CK1delta and epsilon with nanomolar inhibitory activity on cancer cell proliferation. J Med Chem 2014, 57(19), 7933–7946
Richter J, Bischof J, Zaja M, Kohlhof H, Othersen O, Vitt D, Alscher V, Pospiech I, Garcia-Reyes B, Berg S, Leban J, Knippschild U
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/jm500600b) - The CK1 family: contribution to cellular stress response and its role in carcinogenesis. Front Oncol 2014;4(96)
Knippschild U, Krueger M, Richter J, Xu P, García-Reyes B, Peifer C, Halekotte J, Bakulev V, Bischof J
(Siehe online unter https://doi.org/10.3389/fonc.2014.00096) - Effects of altered expression and activity levels of CK1δ and ε on tumor growth and survival of colorectal cancer patients. Int J Cancer 2015, 136(12), 2799–2810
Richter J, Ullah K, Xu P, Alscher V, Blatz A, Peifer C, Halekotte J, Leban J, Vitt D, Holzmann K, Bakulev V, Pinna L, Henne-Bruns D, Hillenbrand A, Kornmann M, Leithäuser F, Bischof J, Knippschild U
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/ijc.29346) - Decreased CK1δ expression predicts prolonged survival in colorectal cancer patients. Tumor Biol. 2016, 1-9
Richter J, Rudeck S, Kretz AL, Kramer K, Just S, Henne-Bruns D, Hillenbrand A, Leithäuser F, Lemke J, Knippschild U
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s13277-015-4745-8) - New potential peptide therapeutics perturbing CK1δ/α-tubulin interaction. Cancer Lett. 2016, 375(2), 375-383
Krüger M, Kalbacher H, Kastritis PL, Bischof J, Barth H, Henne-Bruns D, Vorgias C, Sarno S, Pinna LA, Knippschild, U
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.canlet.2016.03.021) - CK1α overexpression correlates with poor survival in colorectal cancer. BMC Cancer 2018, 18:140
Richter J, Kretz AL, Lemke J, Fauler M, Werner JU, Paschke S, Leithäuser F, Henne- Bruns D, Hillenbrand A, Knippschild U
(Siehe online unter https://doi.org/10.1186/s12885-018-4019-0)
