Computergestützter Entwurf neuer Immuntoxine zur Therapie maligner Erkrankungen

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Barth; Professor Dr. Paolo Carloni
• Fachliche Zuordnung: Hämatologie, Onkologie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 243918739

Herkömmliche Krebsbehandlungen wie Chemotherapie, Strahlentherapie und Chirurgie sind durch Faktoren wie Arzneimittelresistenz, Unspezifität, Rückfall aufgrund verbleibender Krebszellen oder inoperable Tumoren beschränkt. Immuntoxine (ITs) können diese Probleme durch die gezielte Abtötung von Krebszellen bekämpfen. Die aktuellen ITs der dritten Generation sind rekombinante Proteine bestehend aus einem zellselektiven rekombinanten Antikörperfragment, welches genetisch mit einem mutierten bakteriellen oder pflanzlichen Toxin vereinigt ist. Der Antikörper leitet das IT zur Anbindung an sein Zielantigen, welches selektiv auf Krebszellen exprimiert wird. Das IT wird in der Folge in den Zellen internalisiert, was dem Toxin ermöglicht, die Zielzellen zu töten. Mehrere ITs sind in klinischen Studien und denileukin difitox (Handelsname Ontak) ist von der FDA für die Behandlung des kutanen T-Zell-Lymphoms zugelassen. Jedoch leiden ITs der dritten Generation an wesentlichen Nachteilen: (I) Potentielle Immunogenität: bei wiederholter Anwendung reagiert das Immunsystem der Patienten mit der Erzeugung von neutralisierenden Antikörpern. (II) Verursachung des Vascular-Leak-Syndroms. (III) Ungezielte Aktivitäten hinsichtlich gesunder Zellen.Eine vielversprechende IT-Strategie besteht in der Entwicklung einer neuen Generation von ITs, welche menschliche Enzyme als zytotoxische Substanz verwenden. Wir haben bereits die ersten menschlichen zytolytischen Fusionsproteine (hCFP) mit vielversprechender spezifischer Zytotoxizität in vitro entwickelt. Diese hCFP enthalten die menschliche Pankreas-Ribonuclease Angiogenin (HuAng), welche die Zielzellen durch Abbau ihrer RNA eliminiert. Diese HuAng enthaltenden hCFPs können zu neuartigen Immuntherapeutika mit umfangreicher therapeutischer Breite führen, wenn zwei wesentliche Probleme behoben sind: (I) Die hCFPs müssen die Hemmung des intrazellulären menschlichen plazentalen RNase Inhibitors RNH1 vermeiden, welcher mit hoher Affinität an menschliche RNasen bindet. (II) Steigerung der geringen katalytischen Aktivität von HuAng, um einen hohen Wirkungsgrad zu ermöglichen. In diesem Projekt werden wir diese beiden Fragen angehen, indem wir die molekulare Struktur von HuAng modifizieren, um Varianten sowohl mit hoher katalytischer Aktivität als auch mit schwacher Anbindung an RNH1 zu erhalten. Basierend auf bekannten experimentellen Daten werden uns computergestützte Ansätze ermöglichen, die molekularen Mechanismen dieser Katalyse und der Anbindung zu untersuchen. Dies wird zu rationalem Design der gewünschten HuAng Varianten führen. Neue hCFPs werden mit diesen Varianten erzeugt werden. Ihre spezifische Zytotoxizität gegenüber Ziel-Krebszellen wird mit unseren etablierten experimentellen Verfahren in vitro untersucht werden. Durch die Kombination der fortschrittlichen rechnerischen und experimentellen Techniken wird dieses Projekt zu einer erfolgreichen Entwicklung von HuAng-abgeleiteten Anti-Krebs-Wirkstoffen führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Dr. Thomas Nachreiner