Entwicklung allosterischer Inhibitoren der Proteinkinase CK2 mit zusätzlicher Protein-Protein-Interaktions-hemmender Wirkung

• Antragsteller: Dr. Matthias Engel
• Fachliche Zuordnung: Pharmazie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 442811857

Proteinkinasen gehören zu den wichtigsten Steuerenzymen in der Zelle; sie verwenden ATP, um eine Phosphatgruppe auf ihre Substratproteine zu übertragen, wodurch deren Aktivität reguliert wird. Mutierte oder fehlregulierte Proteinkinasen sind aktiv an der Tumorentstehung beteiligt und zählen daher zu den wichtigsten molekularen Angriffspunkten für neue Krebstherapeutika. Die Proteinkinase CK2 ist ein validiertes Zielprotein für die Entwicklung neuer Arzneistoffe gegen viele Tumorarten. Ein Hemmstoff (CX-4945), der an der ATP-Bindetasche angreift und diese blockiert, ist derzeit in der klinischen Prüfung und hat erste Antitumor-Effekte gezeigt. Er ist allerdings nicht spezifisch für CK2, sondern hemmt noch drei weitere Proteinkinasen gleich stark, was zu Dosis-limitierenden Nebenwirkungen führen könnte. Die mangelnde Selektivität ist auf die Bindung an die ATP-Tasche zurückzuführen, die bei allen über 500 Proteinkinasen des Menschen ähnlich aufgebaut ist. Demgegenüber sind allosterische Inhibitoren, die an alternativen Bindestellen angreifen, meistens selektiver. Unsere Gruppe hat kürzlich neue allosterische Hemmstoffe der Proteinkinase CK2 entdeckt, die an eine alternative Bindestelle, genannt „P-loop“-Tasche, binden. Diese haben sich als selektiver für die CK2 und als sehr effektiv bei der Hemmung der CK2 in Zellen herausgestellt. Der andersartige allosterische Hemmmechanismus bewirkt auch, dass die Verbindungen die verschiedenen Substrate mit unterschiedlicher Stärke hemmen, da allosterische Mechanismen auch gegenreguliert werden können. Im direkten Vergleich mit CX-4945 haben unsere Hemmstoffe selektiver nur bei Tumorzellen den programmierten Zelltod ausgelöst als bei Nichttumorzellen. Dies könnte bei zukünftigen therapeutischen Anwendungen eine höhere Tumorselektivität mit entsprechend geringeren Nebenwirkungen bedeuten, was aber erst in Vorstudien im Tiermodell getestet werden muss. Das Hauptziel unseres Forschungsvorhabens ist es daher, die vorhandenen Leitstukturen bezüglich Wirkstärke, Selektivität und metabolische Stabilität so zu verbessern, dass sie für einen ersten Test im Tiermodell geeignet sind (geplant als Teil einer Folgestudie). Die Molekülabschnitte sollen einzeln optimiert und die besten erhaltenen Inhibitoren mit der CK2 kokristallisiert werden, um die 3D-Struktur des Komplexes aufzuklären. Für einige Substratproteine der CK2 ist bekannt, dass sie im Komplex mit der Kinase vorliegen, was eine besonders effiziente Phosphorylierung ermöglicht. Die Kontaktstelle zwischen den Proteinen überlappt dabei mit der Bindestelle unserer allosterischen Inhibitoren, so dass eine Bindung unserer Hemmstoffe als zusätzliche Wirkung auch die Substratproteine aus dem Komplex mit der CK2 verdrängen und nachhaltig eine Rephosphorylierung verhindern könnte. Dieser willkommene Zusatzeffekt soll bei den neuen Derivaten gezielt verstärkt und in neu zu etablierenden Fluoreszenz-basierten Zellassays näher analysiert und quantifiziert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen