Identifizierung neuer epigenetischer Modulatoren von CBP-ähnlichen Bromodomänen zur Erforschung ihres therapeutischen Potenzials

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Günther; Dr. Daniel Wohlwend
• Fachliche Zuordnung: Pharmazie ; Biochemie ; Bioinformatik und Theoretische Biologie ; Strukturbiologie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 259316432

Epigenetische Mechanismen sind vererbbare Veränderungen in der Genaktivität, die nicht die DNA-Sequenz betreffen. Diese Veränderungen werden durch DNA-assoziierte Histonproteine streng reguliert. Spezifische writer- und eraser-Proteine modifizieren Seitenketten in Histonenden, welche ihrerseits von reader-Proteinen erkannt werden. Auf funktioneller Ebene werden die epigenetischen Modifikationsmuster in ein verändertes Expressionsniveau übersetzt und dienen auf diese Weise als epigenetische Weichen für die Genexpression und die Chromatinorganisation während des Zellzyklus.Zahlreiche Erkrankungen, inklusive mancher Krebsvarianten, gehen mit gestörten Signalwegen einher, welche durch eine Veränderung der Aktivität epigenetischer Signalproteine beeinflußt werden. Folglich wurde die medizinische Bedeutung dieser Proteine und ihre pharmakologische Manipulation Gegenstand intensiver Forschung. Kürzlich erwiesen sich niedermolekulare Inhibitoren der bromodomain- und extra-terminal (BET)-Domänenfamilie, welche acetylierte Lysine erkennen, als vielversprechender Weg zur Behandlung von genetisch bedingten Tumorvarianten. Neben der BET-Familie existieren dutzende weiterer Bromodomänen, deren therapeutisches Potential häufig noch nicht erforscht worden ist. Die CBP-like-Familie beinhaltet beispielsweise sechs Mitglieder strukturell nah miteinander verwandter Bromodomänen. Für einige von diesen ist die Rolle bei der Entwicklung von Erkrankungen noch unklar, während für andere, wie das namensgebende CREB-Bindeprotein (CBP) selbst, klare Indikationen für ihr großes Potential als neue therapeutische Ziele gegen Krebs bestehen. Allerdings konnten bisher nur wenige Erfolge in der Entdeckung potenter Inhibitoren gegen die CBP-like-Familie verzeichnet werden. Die Identifizierung von Molekülen zur Inhibition dieser Bromodomänen ist daher von größter Wichtigkeit und stellt das Hauptziel dieses Forschungsprojektes dar.Das Projekt wird mit der Auswahl von Kandidatenmolekülen durch fragmentbasierte, large-scale in-silico-Screenings beginnen. Ein hochpotentes Fragment, welches wir in einer vorangegangenen Arbeit identifizieren konnten, wird als Ausgangspunkt für diese Screenings dienen. Das Projekt wird in der experimentellen Validierung der Vorhersagen durch isotherme Titrationskalorimetrie und Röntgenstrukturanalyse von neuen Verbindungen im Komplex mit den Zielproteinen seine Fortsetzung finden. Die gewonnenen Daten werden die Grundlage für die modellbasierte Leitstrukturoptimierung in Hinblick auf Affinität der Binder bilden. Das therapeutische Potential wird weiterhin mithilfe von in-vitro-Tests mit relevanten Zelllinien analysiert werden. Diese Analyse wird durch die Erstellung von Genexpressionsprofilen unterstützt werden, um die Wirkung neu identifizierter Inhibitoren auf die Zelle zu überprüfen. Schließlich wird das Projekt dazu beitragen, neue Medikamente gegen nur schwer oder bisher nicht behandelbare Krebserkrankungen zu finden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen