Funktionelle Charakterisierung der CRBN E3 Ubiquitin-Ligase, das Zielprotein von Lenalidomid

• Antragsteller: Professor Dr. Jan Krönke
• Fachliche Zuordnung: Hämatologie, Onkologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 263416443

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das immunmodulatorische Medikament (IMiD) Thalidomid, das durch seine Teratogenität zur Contergan-Katastrophe in den 1950ern führte, und seine potenteren Analoga Lenalidomid und Pomalidomid haben eine hohe klinische Wirksamkeit bei der Behandlung des Multiplen Myeloms. 2014 entdeckten wir, dass Thalidomid und seine Analoga die Substratspezifität von Cereblon (CRBN) moduliert, dem Substratadapter der CRBN-CRL4 E3-Ubiquitin-Ligase. Dies induziert die CRBN-CRL4 E3 vermittelte Ubiquitinierung und den porteasomalen Abbau der lymphoiden Transkriptionsfaktoren Ikaros (IKZF1) und Aiolos (IKZF3), was zum Wachstumsstopp von Multiplen Myelomzellen führt und die T-Zell-Aktivität durch Induktion von Interleukin-2 und anderen Zytokinen verstärkt. In der ersten Förderperiode des Emmy Noether-Programms konnten wir den Wirkmechanismus von Lenalidomid bei del(5q) MDS aufklären: Lenalidomid, nicht aber die anderen IMiD e, induzieren den Abbau von Casein Kinase 1 alpha (CK1alpha), die bei MDS mit del(5q) haploinsuffizient ist und dadurch ein therapeutisches Fenster für Lenalidomid öffnet. Wir fanden außerdem heraus, dass nicht-konservierte Aminosäuren in CRBN für die IMiD-Unempfindlichkeit von Mäusen verantwortlich sind, was die Grundalge für die Entwicklung IMID-sensitiver Mausmodelle war. Seit der Veröffentlichung unserer Ergebnisse hat sich das Konzept des gezielten Proteinabbaus zu einer neuen Schlüsseltechnologie in der Medikamentenentwicklung entwickelt. In Zusammenarbeit mi t Kollaborationspartnern aus der Pharmazie haben wir erfolgreich eine große Serie neuer IMiD-Analoga und Proteolyse-gerichteter Chimären (PROTACs) zum gezielten Abbau krebsassoziierter Proteine generiert und validiert. Wir erforschten weiterhin die Funktion von CRBN einschließlich neu identifizierter Bindungsproteine wie FAM46C. Ein weiteres Ziel des Antrages war die Aufklärung von Resistenzmechanismen und prädiktiven Markern für IMiDs beim Multiplen Myelom. Durch Anwendung von umfassenden Untersuchungen des Genoms, des Transkriptoms und des Proteoms auf primäre Patientenproben und Integration mit funktionellen Studien konnten wir neue Resistenzmechanismen für IMiDs aufdecken, neue therapeutische Ziele identifizieren sowie prognostische und prädiktive Marker finden, die sich zur Therapiesteuerung eignen. Zusammenfassend haben die Ergebnisse dieses Projekts neue Mechanismen der post -translationalen Regulation aufgedeckt, die in der Biologie und Therapie von Krebs eine Rolle spielen und möglicherweise zu neuen und effektiveren Behandlungen in der Zukunft führen könnten.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Frequency and prognostic impact of casein kinase 1A1 mutations in MDS patients with deletion of chromosome 5q. Leukemia, 29(9), 1942-1945.
  Heuser, M.; Meggendorfer, M.; Cruz, M. M. A.; Fabisch, J.; Klesse, S.; Köhler, L.; Göhring, G.; Ganster, C.; Shirneshan, K.; Gutermuth, A.; Cerny-Reiterer, S.; Krönke, J.; Panagiota, V.; Haferlach, C.; Koenecke, C.; Platzbecker, U.; Thiede, C.; Schroeder, T.; Kobbe, G. ... & Thol, F.
  
• Lenalidomide induces ubiquitination and degradation of CK1α in del(5q) MDS. Nature, 523(7559), 183-188.
  Krönke, Jan; Fink, Emma C.; Hollenbach, Paul W.; MacBeth, Kyle J.; Hurst, Slater N.; Udeshi, Namrata D.; Chamberlain, Philip P.; Mani, D. R.; Man, Hon Wah; Gandhi, Anita K.; Svinkina, Tanya; Schneider, Rebekka K.; McConkey, Marie; Järås, Marcus; Griffiths, Elizabeth; Wetzler, Meir; Bullinger, Lars; Cathers, Brian E.; Carr, Steven A. ... & Ebert, Benjamin L.
  
• IKZF1 expression is a prognostic marker in newly diagnosed standard-risk multiple myeloma treated with lenalidomide and intensive chemotherapy: a study of the German Myeloma Study Group Leukemia, 31(6), 1363-1367.
  Krönke, J.; Kuchenbauer, F.; Kull, M.; Teleanu, V.; Bullinger, L.; Bunjes, D.; Greiner, A.; Kolmus, S.; Köpff, S.; Schreder, M.; Mügge, L.-O.; Straka, C.; Engelhardt, M.; Döhner, H.; Einsele, H.; Bassermann, F.; Bargou, R.; Knop, S. & Langer, C.
  
• Prognostic impact of Ikaros expression in lenalidomide-treated multiple myeloma. Oncotarget, 8(63), 106163-106164.
  Krönke, Jan; Knop, Stefan & Langer, Christian
  
• Homo-PROTACs for the Chemical Knockdown of Cereblon. ACS Chemical Biology, 13(9), 2771-2782.
  Steinebach, Christian; Lindner, Stefanie; Udeshi, Namrata D.; Mani, Deepak C.; Kehm, Hannes; Köpff, Simon; Carr, Steven A.; Gütschow, Michael & Krönke, Jan
  
• A MedChem toolbox for cereblon-directed PROTACs. MedChemComm, 10(6), 1037-1041.
  Steinebach, Christian; Sosič, Izidor; Lindner, Stefanie; Bricelj, Aleša; Kohl, Franziska; Ng, Yuen Lam Dora; Monschke, Marius; Wagner, Karl G.; Krönke, Jan & Gütschow, Michael
  
• Chemical Inactivation of the E3 Ubiquitin Ligase Cereblon by Pomalidomide-based Homo-PROTACs. Journal of Visualized Experiments.
  Lindner, Stefanie; Steinebach, Christian; Kehm, Hannes; Mangold, Martin; Gütschow, Michael & Krönke, Jan
  
• PROTAC-mediated crosstalk between E3 ligases. Chemical Communications, 55(12), 1821-1824.
  Steinebach, Christian; Kehm, Hannes; Lindner, Stefanie; Vu, Lan Phuong; Köpff, Simon; López, Mármol Álvaro; Weiler, Corinna; Wagner, Karl G.; Reichenzeller, Michaela; Krönke, Jan & Gütschow, Michael
  
• Systematic exploration of different E3 ubiquitin ligases: an approach towards potent and selective CDK6 degraders. Chemical Science, 11(13), 3474-3486.
  Steinebach, Christian; Ng, Yuen Lam Dora; Sosič, Izidor; Lee, Chih-Shia; Chen, Sirui; Lindner, Stefanie; Vu, Lan Phuong; Bricelj, Aleša; Haschemi, Reza; Monschke, Marius; Steinwarz, Elisabeth; Wagner, Karl G.; Bendas, Gerd; Luo, Ji; Gütschow, Michael & Krönke, Jan
  
• Cereblon enhancer methylation and IMiD resistance in multiple myeloma. Blood, 138(18), 1721-1726.
  Haertle, Larissa; Barrio, Santiago; Munawar, Umair; Han, Seungbin; Zhou, Xiang; Vogt, Cornelia; Fernández, Rafael Alonso; Bittrich, Max; Ruiz-Heredia, Yanira; Da Viá, Matteo; Zovko, Josip; Garitano-Trojaola, Andoni; Bolli, Niccolò; Ruckdeschel, Anna; Stühmer, Thorsten; Chatterjee, Manik; Kull, Miriam; Krönke, Jan; Agirre, Xabier ... & Kortüm, K. Martin
  
• Comprehensive CRISPR-Cas9 screens identify genetic determinants of drug responsiveness in multiple myeloma. Blood Advances, 5(9), 2391-2402.
  Bohl, Stephan R.; Schmalbrock, Laura K.; Bauhuf, Imke; Meyer, Tatjana; Dolnik, Anna; Szyska, Martin; Blätte, Tamara J.; Knödler, Sarah; Röhner, Linda; Miller, Denise; Kull, Miriam; Langer, Christian; Döhner, Hartmut; Letai, Anthony; Damm, Frederik; Heckl, Dirk; Bullinger, Lars & Krönke, Jan
  
• Generation of a lenalidomide-sensitive syngeneic murine in vivo multiple myeloma model by expression of Crbn. Experimental Hematology, 93, 61-69.e4.
  Röhner, Linda; Ng, Yuen Lam Dora; Scheffold, Annika; Lindner, Stefanie; Köpff, Simon; Brandl, Andreas; Beilhack, Andreas & Krönke, Jan
  
• Influence of Linker Attachment Points on the Stability and Neosubstrate Degradation of Cereblon Ligands. ACS Medicinal Chemistry Letters, 12(11), 1733-1738.
  Bricelj, Aleša; Dora, Ng Yuen Lam; Ferber, Dominic; Kuchta, Robert; Müller, Sina; Monschke, Marius; Wagner, Karl G.; Krönke, Jan; Sosič, Izidor; Gütschow, Michael & Steinebach, Christian
  
• The IKZF1–IRF4/IRF5 Axis Controls Polarization of Myeloma-Associated Macrophages. Cancer Immunology Research, 9(3), 265-278.
  Mougiakakos, Dimitrios; Bach, Christian; Böttcher, Martin; Beier, Fabian; Röhner, Linda; Stoll, Andrej; Rehli, Michael; Gebhard, Claudia; Lischer, Christopher; Eberhardt, Martin; Vera, Julio; Büttner-Herold, Maike; Bitterer, Katrin; Balzer, Heidi; Leffler, Magdalena; Jitschin, Simon; Hundemer, Michael; Awwad, Mohamed H.S.; Busch, Martin ... & Bruns, Heiko
  
• Proteomic profiling reveals CDK6 upregulation as a targetable resistance mechanism for lenalidomide in multiple myeloma. Nature Communications, 13(1).
  Ng, Yuen Lam Dora; Ramberger, Evelyn; Bohl, Stephan R.; Dolnik, Anna; Steinebach, Christian; Conrad, Theresia; Müller, Sina; Popp, Oliver; Kull, Miriam; Haji, Mohamed; Gütschow, Michael; Döhner, Hartmut; Walther, Wolfgang; Keller, Ulrich; Bullinger, Lars; Mertins, Philipp & Krönke, Jan
  
• Targeting the deubiquitinase USP7 for degradation with PROTACs. Chemical Communications, 58(63), 8858-8861.
  Murgai, Arunima; Sosič, Izidor; Gobec, Martina; Lemnitzer, Patricia; Proj, Matic; Wittenburg, Sophie; Voget, Rabea; Gütschow, Michael; Krönke, Jan & Steinebach, Christian
  
• The OTUD6B‐LIN28B‐MYC axis determines the proliferative state in multiple myeloma. The EMBO Journal, 41(20).
  Paulmann, Carmen; Spallek, Ria; Karpiuk, Oleksandra; Heider, Michael; Schäffer, Isabell; Zecha, Jana; Klaeger, Susan; Walzik, Michaela; Öllinger, Rupert; Engleitner, Thomas; Wirth, Matthias; Keller, Ulrich; Krönke, Jan; Rudelius, Martina; Kossatz, Susanne; Rad, Roland; Kuster, Bernhard & Bassermann, Florian
  
• Accessing three-branched high-affinity cereblon ligands for molecular glue and protein degrader design. RSC Chemical Biology, 4(3), 229-234.
  Kuchta, Robert; Heim, Christopher; Herrmann, Alexander; Maiwald, Samuel; Ng, Yuen Lam Dora; Sosič, Izidor; Keuler, Tim; Krönke, Jan; Gütschow, Michael; Hartmann, Marcus D. & Steinebach, Christian
  
• Direct-to-biology, automated, nano-scale synthesis, and phenotypic screening-enabled E3 ligase modulator discovery. Nature Communications, 14(1).
  Wang, Zefeng; Shaabani, Shabnam; Gao, Xiang; Ng, Yuen Lam Dora; Sapozhnikova, Valeriia; Mertins, Philipp; Krönke, Jan & Dömling, Alexander
  
• Heterobifunctional Ligase Recruiters Enable pan-Degradation of Inhibitor of Apoptosis Proteins. Journal of Medicinal Chemistry, 66(7), 4703-4733.
  Ng, Yuen Lam Dora; Bricelj, Aleša; Jansen, Jacqueline A.; Murgai, Arunima; Peter, Kirsten; Donovan, Katherine A.; Gütschow, Michael; Krönke, Jan; Steinebach, Christian & Sosič, Izidor
  
• Leveraging Ligand Affinity and Properties: Discovery of Novel Benzamide-Type Cereblon Binders for the Design of PROTACs. Journal of Medicinal Chemistry, 66(21), 14513-14543.
  Steinebach, Christian; Bricelj, Aleša; Murgai, Arunima; Sosič, Izidor; Bischof, Luca; Ng, Yuen Lam Dora; Heim, Christopher; Maiwald, Samuel; Proj, Matic; Voget, Rabea; Feller, Felix; Košmrlj, Janez; Sapozhnikova, Valeriia; Schmidt, Annika; Zuleeg, Maximilian Rudolf; Lemnitzer, Patricia; Mertins, Philipp; Hansen, Finn K.; Gütschow, Michael ... & Hartmann, Marcus D.
  
• SUMOylation inhibition overcomes proteasome inhibitor resistance in multiple myeloma. Blood Advances, 7(4), 469-481.
  Heynen, Guus J. J. E.; Baumgartner, Francis; Heider, Michael; Patra, Upayan; Holz, Maximilian; Braune, Jan; Kaiser, Melanie; Schäffer, Isabell; Bamopoulos, Stefanos A.; Ramberger, Evelyn; Murgai, Arunima; Ng, Yuen Lam Dora; Demel, Uta Margareta; Laue, Dominik; Liebig, Sven; Krüger, Josefine; Janz, Martin; Nogai, Axel; Schick, Markus ... & Wirth, Matthias
  
• CDK6 protein expression is associated with disease progression and treatment resistance in multiple myeloma. HemaSphere, 8(1).
  Steinhart, Johannes; Möller, Peter; Kull, Miriam; Krönke, Jan & Barth, Thomas F. E.
  
• Design, Synthesis, and Evaluation of BCL‐2 Targeting PROTACs. Chemistry – A European Journal, 30(45).
  Bricelj, Aleša; Dora, Ng Yuen Lam; Gobec, Martina; Kuchta, Robert; Hu, Wanyi; Javornik, Špela; Rožič, Miha; Gütschow, Michael; Zheng, Guangrong; Krönke, Jan; Steinebach, Christian & Sosič, Izidor
  
• Making AML fly too close to the sun. Blood, 143(15), 1438-1439.
  Bullinger, Lars & Krönke, Jan
  
• Revisiting the antiangiogenic mechanisms of fluorinated thalidomide derivatives. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, 110, 129858.
  Sievers, Johannes; Voget, Rabea; Lu, Feiteng; Garchitorena, Kathleen M.; Ng, Yuen Lam Dora; Chau, Cindy H.; Steinebach, Christian; Figg, William D.; Krönke, Jan & Gütschow, Michael
  
• The proteogenomic landscape of multiple myeloma reveals insights into disease biology and therapeutic opportunities. Nature Cancer, 5(8), 1267-1284.
  Ramberger, Evelyn; Sapozhnikova, Valeriia; Ng, Yuen Lam Dora; Dolnik, Anna; Ziehm, Matthias; Popp, Oliver; Sträng, Eric; Kull, Miriam; Grünschläger, Florian; Krüger, Josefine; Benary, Manuela; Müller, Sina; Gao, Xiang; Murgai, Arunima; Haji, Mohamed; Schmidt, Annika; Lutz, Raphael; Nogai, Axel; Braune, Jan ... & Krönke, Jan