Bestimmung des zellulären Wirkmechanismus von Poly(ADP-Ribose)-Polymerase (PARP)-Inhibitoren

• Antragstellerin: Dr. Alissa Miriam Drees
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 564159720

Poly(ADP-Ribose) Polymerase-Inhibitoren (PARPi) sind eine Klasse von Chemotherapeutika, die in den letzten zwei Jahrzehnten entwickelt wurden. Sie hemmen die PARP-1-vermittelte Reparatur von Einzelstrangbrüchen in DNA, wodurch bei der DNA-Replikation Doppelstrangbrüche entstehen. PARPi sind synthetisch letal: Wenn Zellen eine defekte Homologie-Rekombinations-Reparatur (HRR) haben, wie es beispielsweise bei BRCA-mutiertem Brustkrebs der Fall ist, können diese Doppelstrangbrüche nicht effizient repariert werden und sind für die Zellen letal. Viele PARPi zeigen eine vielversprechende präklinische Wirksamkeit, und vier von ihnen werden bereits für die Therapie bei Brust- und Eierstockkrebs eingesetzt, mit einem Jahresumsatz von 7,2 Mrd. USD im Jahr 2024. Trotz dieses klinischen Erfolgs sind PARPi jedoch noch immer durch eine oft unzureichende Antitumorwirkung und Zytotoxizität in HRR-positiven Zellen eingeschränkt. Um die Entwicklung von PARPi mit verbesserten Eigenschaften zu ermöglichen, müssen wir ihren detaillierten Wirkmechanismus verstehen, und zwar in einer Weise, die über das bloße Verständnis der molekularen Wechselwirkungen der Inhibitoren mit PARP-1 hinausgeht und die tatsächliche Funktionsweise der Inhibitoren innerhalb einer Zelle beinhaltet. Zu diesem Zweck möchte ich die Bindungsstellen von PARPi-gebundenem PARP-1 auf dem Genom von Krebszellen kartieren. Dazu möchte ich eine neuartige Methode entwickeln, die es ermöglicht, gleichzeitig die Bindungsstellen von PARPi-gebundenem PARP-1 und DNA-Bruch-Stellen in lebenden Zellen zu kartieren, um die Verteilung und Wirkung der PARPi im Laufe der Zeit zu verfolgen. Als Grundlage werde ich die von der Balasubramanian Gruppe in 2023 entwickelte Chem-map-Methode verwenden, die die Bindungsstellen kleiner Moleküle im Genom fixierter Zellen mit bisher unerreichter Sensitivität und Auflösung bestimmt. Durch den Vergleich der genomischen Bindungsstellen von inhibiertem PARP-1 in HRR-negativen und HRR-positiven Zellen nach Behandlung mit verschiedenen PARPi können wichtige Erkenntnisse über den Wirkmechanismus verschiedener PARPi gewonnen werden. Insbesondere kann unter Berücksichtigung der strukturellen, biophysikalischen, und klinischen Eigenschaften der kartierten PARPi auf die Bedeutung der derzeit angenommenen Wirkungsweise, z. B. dem Fixieren von PARP-1 auf der DNA oder der Induktion von Transkriptions-Replikations-Konflikten, geschlossen werden, da diese unterschiedliche genomische Verteilungen verursachen würden. Die Kenntnis der Wirkungsweise wird dazu beitragen, die gewünschten PARPi-Eigenschaften zu bestimmen, die eine erhöhte Anti-Tumor-Wirksamkeit und eine geringere Zytotoxizität ermöglichen. Die Kartierung der genomischen Position und der Anzahl der Bindungsstellen von PARPi wird somit die Grundlage für die Entwicklung von PARPi mit verbesserter klinischer Wirksamkeit und weniger Nebenwirkungen bilden.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Professor Shankar Balasubramanian, Ph.D.