InACTIvAtion – Adressierung von Activin A anhand fragmentbasierter Wirkstoffforschung und chemisch-genetischer Ansätze

• Antragstellerin: Dr. Lena Quambusch
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie ; Biochemie ; Biologische und Biomimetische Chemie ; Pharmazie
• Förderung: Förderung von 2022 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 505091675

• Erstellungsjahr: 2025

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Krebs betrifft jede dritte Person in Europa und ist eine der größten Herausforderungen im Gesundheitswesen. Mit steigenden Erkrankungszahlen wächst der Bedarf an neuen, effektiveren Therapien. Ein zentraler Faktor bei der Krebsentstehung ist die Signalweiterleitung von Wachstumsfaktoren (engl. transforming growth factors, TGF-β), die Tumorwachstum, Metastasierung und Resistenz gegen Zelltod fördern. Activin A, ein Mitglied der TGF-β-Familie, spielt hierbei eine Schlüsselrolle. Darüber hinaus ist Activin A auch als Regulator der Muskelmasse relevant, insbesondere in der Behandlung von Fettleibigkeit in Kombination mit GLP-1-Antagonisten. Eine Hemmung der Activin-A-Signalweiterleitung könnte den Verlust von Muskelmasse während der Therapie verhindern. Derzeit basieren Behandlungsmöglichkeiten gegen Activin A hauptsächlich auf neutralisierenden Antikörpern oder Rezeptorfallen. Diese Ansätze haben jedoch Einschränkungen wie schlechte pharmakokinetische Eigenschaften und reduzierte Spezifität. Die gezielte Hemmung von Activin A mit kleinen, medikamentenähnlichen Molekülen wurde bisher kaum erforscht. Ziel dieses Projekts ist es, diese Lücke zu schließen und kleine Moleküle zu entwickeln, die Activin A gezielt blockieren und dadurch eine präzisere und effektivere Behandlung ermöglichen könnten. Fragment-basierte Wirkstoffentwicklung (engl. fragment-based drug discovery, FBDD) ist eine innovative Technik zur Identifizierung solcher kleinen Moleküle. Mithilfe der Röntgenkristallographie kann diese Methode detaillierte Informationen über die Bindungsstellen der Moleküle liefern. Für Activin A haben wir zunächst dessen Löslichkeit optimiert, um hochwertigere Kristalle zu entwickeln. Dies ermöglichte ein umfangreiches Fragment-Screening an der XChem- Einrichtung des Diamond Light Source Synchrotrons. Das Screening lieferte über 1400 Datensätze und führte zur erfolgreichen Identifikation von etwa 100 einzigartigen Fragmentmolekülen, die an Activin A binden. Von diesen zielten 60 speziell auf die Typ-I-Rezeptor-Bindungsstelle ab, eine Schlüsselstelle, an der Activin A mit seinen Signalrezeptoren interagiert. Zur Validierung dieser Ergebnisse wurden verschiedene Assays eingesetzt, darunter ein BLI-Kompetitionsassay und ein NMR-Bindungstest. Diese Experimente bestätigten, dass die Fragmente nicht nur an Activin A binden, sondern auch dessen natürliche Bindung an den Rezeptor stören und somit einen vielversprechenden neuer Ansatz zur Hemmung von Activin A darstellen. Die Ergebnisse dieses Projekts legen den Grundstein für die Weiterentwicklung von niedermolekularen Inhibitoren, die die schädlichen Wirkungen von Activin A in verschiedenen Krankheiten blockieren können. Durch den Einsatz von FBDD haben wir bedeutende Fortschritte in Richtung neuer, gezielter Therapien erzielt. Unsere Erkenntnisse zeigen, dass derartige Ansätze machbar sind und eröffnen neue Perspektiven für die Wirkstoffentwicklung, die auf TGF- β-ähnliche Signalwege mit kleinen Molekülen abzielt.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• GitHub repository: 3D printing SOP “From PyMOL to Printable 3D Model”, Python code for plots, Scripts for uniform PyMOL sessions and figures.
  Quambusch, Lena
  
• Profiling human hypothalamic neurons reveals a candidate combination drug therapy for weight loss. openRxiv.
  Chen, Hsiao-Jou Cortina; Yang, Andrian; Mazzaferro, Simone; Mali, Iman; Cahn, Olivier; Kentistou, Katherine; Rowley, Christine; Stewart, Natasha; Seah, Jun Wen Eugene; Pisupati, Venkat; Kirwan, Peter; Aggarwal, Sanya; Toyohara, Takafumi; Florido, Mary H.C.; Cowan, Chad A.; Quambusch, Lena; Hyvönen, Marko; Livesey, Matthew R.; Perry, John R.B. ... & Merkle, Florian T.
  
• Conference Poster and Flash talk, “Chemical Biology Approach to Impair Signalling of Activin A”, EMBO Workshop: Chemical biology 2024, 09.-12.09.2024, EMBL, Heidelberg, Germany.
  Quambusch, Lena
  
• Conference Poster, “Overcoming Promiscuity: Small Molecule Screening Strategy to Target Activin A”, Frontiers in Medicinal Chemistry 2024, 17.-20.03.2024, Munich, Germany.
  Quambusch, Lena
  
• Seminar, “Innovative drugs and how to find them”, Fitzwilliam College Postdoc Society, 15.05.2024, Cambridge, UK.
  Quambusch, Lena
  
• Short talk, “Targeting activin A through fragment-based drug discovery”, Biochemistry Postdoc Symposium, 19.09.2024, Cambridge, UK.
  Quambusch, Lena
  
• Structure of mature Activin A from DMSO solvent optimisation of XChem fragment screen. Worldwide Protein Data Bank. Worldwide Protein Data Bank.
  Quambusch, L. & Hyvonen, M.