Entwicklung von makrozyklischen Histon-Desacetylase-Inhibitoren der nächsten Generation

• Antragsteller: Dr. Martin Roatsch
• Fachliche Zuordnung: Pharmazie ; Biochemie ; Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 388454995

Epigenetische Mechanismen spielen eine wichtige Rolle in der Genregulation und bestimmen, welche Gene von welchen Zellen zu welcher Zeit exprimiert werden. Dies geschieht sowohl in gesunden als auch, im Fall von Fehlregulationen, in kranken Zellen. Diese Mechanismen finden ihren Ausdruck in chemischen Modifikationen an der DNA und an Histon-Proteinen, um welche diese gewickelt ist. „Radierer“-Enzyme, die diese Modifikationen entfernen, wie z. B. Zink-abhängige Histon-Desacetylasen (HDACs) wurden als Zielstrukturen für Wirkstoffe erkannt, insbesondere im Fall von Krebserkrankungen. Erste potente, wenngleich unselektive, Hemmstoffe sind bereits auf dem Markt.Ziel des hier vorgeschlagenen Projektes ist die Entwicklung neuer Hemmstoffe dieser Enzymklasse, basierend auf der Struktur der Azumamide, einer Familie natürlich vorkommender Cyclotetrapeptide. Die hier entwickelten Hemmstoffe untersuchen einen neuartigen Hemmmechanismus, welcher nicht auf der starken Bindung an das katalytische Metallion beruht, sondern auf der Störung von Protein-Protein-Wechselwirkungen von HDACs mit ihren Proteinpartnern. Die Herauslösung von Klasse I HDACs aus den Multiprotein-Komplexen, in denen sie natürlich vorkommen, setzt ihre enzymatische Aktivität ebenfalls drastisch herab.Strukturdaten über HDACs in Proteinkomplexen sind vorhanden und zeigen, dass eine Aminosäure-Seitenkette des Azumamids in der Nähe der Wechselwirkungs-Oberfläche liegt. Durch Derivatisierungen an dieser sowie an der metallbindenden Aminosäure soll eine Bibliothek neuer Azumamid-Analoga erstellt und bezüglich ihrer Hemmpotenz in HDAC-Aktivitätsassays untersucht werden. Ein konzeptionell neuartiger in-vitro-Assay soll entwickelt werden, welcher mithilfe von Fluoreszenzpolarisation die Bindung von HDACs an ihre Proteinpartner untersucht. Dieser kann benutzt werden, um die Störung der Proteinbindung durch die neuen Hemmstoffe zu belegen. Dieser bisher ungenutzte Wirkmechanismus erlaubt es, Selektivität für HDAC-Subfamilien oder sogar einzelne Isotypen zu erzielen, da diese jeweils andere Bindungspartner besitzen. Durch strukturbasierte iterative Optimierung der neuen Azumamide im Feedback mit biochemischen Testungen werden neue potente Hemmstoffe mit dualer Wirkung erzeugt. Indem diese beiden Wirkmechanismen ausbalanciert werden, können neue Substanzen erhalten werden mit einstellbarer Wirkpotenz und Selektivität für einzelne HDAC-Enzyme.Die Verwendung tetrapeptidischer Hemmstoffe von epigenetischen HDAC-Enzymen stellt eine einzigartige Alternative zur Genregulation dar. Wie dargelegt, können die beschriebenen Substanzen mit dualem Wirkmechanismus genutzt werden, um gleichzeitig die enzymatische Aktivität wie auch die Gerüstfunktion in Proteinkomplexen zu hemmen. Die sich daraus ergebenden biologischen Effekte werden diese Hemmstoffe der nächsten Generation zu Kandidaten für therapeutische Anwendungen sowie zu wertvollen Werkzeugmolekülen machen, um die Rolle einzelner HDAC-Enzyme zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Dänemark
• Gastgeber: Professor Christian A. Olsen, Ph.D.