Erzeugung kovalenter Addukte zwischen Nukleotide und Proteinen: Anwendung als Werkzeuge und Modulatoren der Proteinaktivität
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ras-Proteine spielen eine zentrale Rolle bei der Regulierung wichtiger zellulärer Prozesse wie Zellwachstum und Überleben. Diese ausgefeilte Regulation wird durch einen genau abgestimmten Wechsel zwischen dem inaktiven, GDP-gebundenen und dem aktiven, GTP- gebundenen Zustand erreicht. Wie wichtig diese Regulierung von Ras für die zelluläre Signalübertragung ist, wird deutlich, wenn man bedenkt, dass onkogene Mutationen in diesen Proteinen, die das Gleichgewicht zwischen diesen Zuständen in Richtung der aktiven Form verschieben, bei 25 % der menschlichen Krebsarten zu finden sind. Diese Mutationen in Ras treten besonders häufig an den Positionen G12, G13 und Q61 auf. Die direkte Beeinflussung von Ras hat sich historisch als schwierig erwiesen, und nach der Entdeckung von Ras in den frühen 1980er Jahren gab es bis vor kurzem keine direkten Behandlungsmöglichkeiten. Die ersten Moleküle, die eine bestimmte Mutation (KRasG12C) als Ziel haben, sind erst in den letzten Jahren in die klinische Anwendung gekommen. In diesem Projekt haben wir modifizierte Nukleotid- Analoga entwickelt, die eine kovalente Bindung mit KRasG13C, einer weiteren onkogenen Variante, die Krebs verursacht, eingehen. Wir zeigen, dass das Protein, sobald es modifiziert ist, dauerhaft im entsprechenden Zustand (z. B. dem inaktiven GDP-Zustand) verbleibt und nicht aktiviert werden kann, selbst in Gegenwart des Nukleotidaustauschfaktors SOS. Eingehende biophysikalische und kinetische Studien zeigen, dass die in das Nukleotid eingeführten Modifikationen die allgemeine Bindungsaffinität der Nukleotide gegenüber Ras nicht beeinträchtigen, so dass sie auch mit hohen zellulären Konzentrationen der natürlichen Nukleotide konkurrieren können. Darüber hinaus konnten wir durch Strukturanalyse mittels Röntgen-Proteinkristallographie die erste Struktur dieser Ras-Mutante lösen und zeigen, dass die Nukleotide die erwartete Bindungsposition im aktiven Zentrum von Ras einnehmen. Schließlich konnten wir auch zeigen, dass die onkogene Signalübertragung in Zellen durch die kovalente Modifikation von Ras gehemmt wird. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass wir nukleotidbasierte kleine Moleküle entwickelt haben, die in der Lage sind, eine KRas-Mutante zu modifizieren, die in der Vergangenheit nicht direkt erfolgreich adressiert wurde. Diese Nukleotide werden derzeit weiterentwickelt, um die Zellgängigkeit und Reaktivität gegenüber RasG13C und möglicherweise anderen relevanten onkogenen Mutanten zu erhöhen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Mutant-Specific Targeting of Ras G12C Activity by Covalently Reacting Small Molecules. Cell Chemical Biology, 26(10), 1338-1348.
Goody, Roger S.; Müller, Matthias P. & Rauh, Daniel
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KRasG12C inhibitors in clinical trials: a short historical perspective. RSC Medicinal Chemistry, 11(7), 760-770.
Goebel, Lisa; Müller, Matthias P.; Goody, Roger S. & Rauh, Daniel
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Crystal Structure of KRasG13C in Complex with Nucleotide-based covalent Inhibitor bdaGDP. Worldwide Protein Data Bank. Worldwide Protein Data Bank.
Goebel, L.; Mueller, M.P. & Rauh, D.
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Crystal Structure of KRasG13C in Complex with Nucleotide-based Covalent Inhibitor edaGDP. Worldwide Protein Data Bank. Worldwide Protein Data Bank.
Goebel, L.; Mueller, M.P. & Rauh, D.
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Targeting oncogenic KRasG13C with nucleotide-based covalent inhibitors. eLife, 12.
Goebel, Lisa; Kirschner, Tonia; Koska, Sandra; Rai, Amrita; Janning, Petra; Maffini, Stefano; Vatheuer, Helge; Czodrowski, Paul; Goody, Roger S.; Müller, Matthias P. & Rauh, Daniel
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Targeting KRAS Diversity: Covalent Modulation of G12X and Beyond in Cancer Therapy. Journal of Medicinal Chemistry, 67(8), 6044-6051.
Kirschner, Tonia; Müller, Matthias P. & Rauh, Daniel
