Synthese und Pharmakologie neuer Histon Deacetylase-Inhibitoren und von Proteolyse vermittelnden Chimären (PROTACs) für mutierte FMS-like Tyrosin-Kinase-3

• Antragsteller: Professor Dr. Oliver Holger Krämer; Professor Dr. Wolfgang Sippl
• Fachliche Zuordnung: Pharmazie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 495271833

Durch Mutationen in der Kinase FMS-like Tyrosine Kinase-3 (FLT3) verursachte akute myeloische Leukämien (AML) sind ein klinisch ungelöstes Problem. Die häufigsten Mutationen von FLT3 liegen in seiner Juxtamembrandomäne (FLT3-ITD). Etliche der vorhandenen FLT3 Inhibitoren sind sehr potent. Allerdings sind sie wenig effektiv gegen FLT3 mit Mutationen in der Tyrosinkinase-Domäne (FLT3-TKD), die während der Therapie mit solchen Inhibitoren entstehen, oder sie sind nicht spezifisch für FLT3. Ein großes Ziel bei der Entwicklung neuer FLT3 Inhibitoren ist die Identifizierung eines Moleküls, das mutiertes FLT3 in den aktiven beziehungsweise inaktiven DFG-in und DFG-out Konformationen hochpotent hemmt, und dabei nicht gegen für die normale Hämatopoese notwendige Kinasen wirkt. Da Inhibitoren der Histondeacetylase (HDAC) Familie den Abbau von mutiertem FLT3 fördern, haben wir neue Inhibitoren dieser Substanzklasse synthetisiert und in Leukämiezellen getestet. Diese Substanzen hemmen spezifisch die tumorrelevanten Klasse I HDACs (HDAC1, HDAC2, HDAC3), und sie sind dabei selektiver und effektiver als klinisch getestete Klasse I HDAC Inhibitoren gegen AML Zellen mit FLT3-ITD und FLT3-TKD Mutanten. Weitere verfügbare, strukturverwandte HDAC Inhibitoren sollen hinsichtlich ihrer Wirkungen gegen permanente und primäre Leukämiezellen mit mutiertem FLT3 analysiert werden. In diesem Kontext wollen wir unsere unerwartete Beobachtung zu einem dosisabhängigen Umschlagspunkt von der Stabilisierung zum Abbau von mutiertem FLT3 in mit HDAC Inhibitoren behandelten Zellen molekular erklären. Basierend auf dieser Beobachtung haben wir außerdem Protein-degradierende Inhibitoren (sogenannte PROTACs, die einen proteasomalen Abbau ihrer Zielproteine bewirken) für FLT3 synthetisiert und getestet. Hierbei haben wir erstmals einen potenten Mutanten-spezifischen PROTAC für FLT3-ITD und FLT3-TKD entdeckt, den wir nun hinsichtlich seiner biologischen Wirkungen auf Leukämiezellen chemisch optimieren wollen. Dies soll unter Verwendung strukturbasierter Optimierung, innovativer PROTAC Synthesekonzepte, in vitro Inhibitions-/Selektivitätstests und zellulärer Charakterisierung erfolgen. Dazu werden wir die besten FLT3-ITD Inhibitor-Gerüststrukturen (Scaffolds) mit verschiedenen Ubiqutin E3 Ligase-Liganden verknüpfen, um noch bessere PROTACs zu gewinnen. Als weiteres Ziel wollen wir die anti-leukämischen Wirkungen der FLT3 PROTACs allein und in Kombination mit neuen HDAC Inhibitoren in permanenten und primären AML Zellen testen und molekular verstehen. Dafür sollen globale Transkriptom-, Proteom- und Phospho-Proteomanalysen, individuelle und Kinom-weite Selektivitätsstudien, Proteinanalysen, Durchflusszytometrie und genetische Knockout Strategien eingesetzt werden. Hierdurch soll die präklinische Etablierung von HDAC Inhibitoren und FLT3 PROTACs vorangebracht werden, und wir können Hinweise auf innovative, rational entwickelte Kombinationstherapien erhalten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen