Zielgerichtete Entwicklung von dualen WEE1/AURK-A-Kinase-Proteolyse-Targeting Chimären (PROTACs) für die Krebstherapie

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Hüttelmaier; Professor Dr. Wolfgang Sippl
• Fachliche Zuordnung: Pharmazie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 553776460

Das Projekt zielt darauf ab, eine neuartige Krebstherapiestrategie zu entwickeln, indem zwei wichtige Kinasen, WEE1 und Aurora-A-Kinase (AURKA), gleichzeitig mithilfe eines Proteolyse Targeting Chimären (PROTAC) Ansatzes ins Visier genommen werden. Die Begründung für diesen Ansatz liegt in der Rolle dieser Kinasen bei der DNA-Replikation, der Regulation des Zellzyklus und ihrer Bedeutung für das Überleben von Krebszellen. Chemotherapeutika und hohe Teilungsraten verursachen DNA-Replikationsstress und -schäden. Dies aktiviert Kontrollkinasen wie WEE1 und CHK1 um die DNA-Reparatur zu ermöglichen und die Zellviabilität aufrechtzuerhalten. Die Hemmung von WEE1 hat vielversprechende Ergebnisse bei der Induktion von Replikationsgabelkollaps und Zelltod gezeigt. Die Hemmung von AURKA führt ebenfalls zu Mitose-, Spindel- und Replikationsdefekten, aktiviert drüber hinaus aber auch Tumorsuppressoren und limitiert diverse Onkogenaktivierungen. Die Hemmung einer einzelnen Kinase ist jedoch aufgrund von Kompensations- und Resistenzmechanismen in der Regel therapeutisch nicht ausreichend. Entsprechend werden aktuell diverse Dual-Inhibitionsstrategien von WEE1/AURKA als Krebstherapieoptionen evaluiert. PROTACs sind neuartige Wirkstoffe, die Zielproteine über das Ubiquitin-Proteasom-System abbauen. Sie sind oft selektiver und wirksamer als klassische niedermolekulare Inhibitoren und minimieren Selektivitätslimitierungen vieler "small molecule" Kinaseinhibitoren. In Vorarbeiten haben wir erste PROTACs basierend auf neuartigen potenten dualen Inhibitoren für WEE1 und AURKA und den E3 Ligase Liganden von Von-Hippel-Lindau (VHL) and Cereblon (CRBN) synthetisiert und in vitro getestet. Beide PROTACs forcieren in Krebszellen den proteasomalen Abbau von WEE1 und AURKA und führen zu einer erheblichen Reduktion der Tumorzellvitalität im nanomolaren Bereich. Wir wollen unsere initialen PROTACs durch strukturbasiertes Design und mittels Aktivitätstestung in vitro, in Tumorzell-, sowie Organoid-Modellen optimieren. Dies umfasst die Verwendung unterschiedlicher E3-Ligase Liganden als auch Optimierung der Struktur der Linker und Anknüpfungspunkte. Die PROTACs nebst Negativkontrollen sollen in pharmakologischen Selektivitätsstudien, mittels Proteom- und genetischen Analysen sowie ersten pharmakokinetischen Tests charakterisiert werden. Die Spezifität entwickelter PROTACs wird mittels komplementärer Proteom-Analysen untersucht. Aktuelle klinische Daten deuten darauf hin, dass die Resistenz von Tumorzellen gegen bestimmte PROTACs mit anderen E3-Ubiquitin-Ligase-adressierenden Degradern, u.a. für DCAFs, KLHDC2 oder RNF126, gebrochen wird. Entsprechend sollen neben CRBN/VHL-basierten PROTACs auch zusätzliche Proteolysekonzepte für die beiden Kinasen entwickelt werden. Die antiproliferative Wirkung der dualen WEE1/AURKA PROTACs wird in ausgewählten Krebszellen (Neuroblastom, Ovarialkarzinom und Pankreaskarzinom) molekular charakterisiert und an Organoiden final validiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Privatdozent Dr. Christophe Romier
• Mitverantwortliche: Professorin Dr. Simone Hettmer; Professor Dr. Jörg Kleeff