Rationale Entwicklung von selektiven Inhibitoren der Proteinkinase DYRK1B

• Antragsteller: Professor Dr. Walter Becker; Professor Dr. Conrad Kunick
• Fachliche Zuordnung: Pharmazie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 424656244

Die Proteinkinase DYRK1B wirkt in bestimmten Tumoren antiproliferativ und begünstigt den Eintritt von Krebszellen in eine Ruhephase (Quieszenz) mit erhöhter Resistenz gegen Zytostatika und Strahlenschäden. Die pharmakologische Hemmung von DYRK1B kann bei DYRK1B-überexprimierenden Krebszellen den Wiedereintritt in den Zellzyklus auslösen, Apoptose induzieren und toxische Effekte von Zytostatika verstärken. Bisher weist kein bekannter Kinaseinhibitor eine ausreichende (> 5-fache) Selektivität für DYRK1B gegenüber der nahe verwandten Kinase DYRK1A auf, die eine ubiquitäre und wichtige Rolle in der globalen Regulation der Genexpression spielt. Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines spezifischen Inhibitors der Proteinkinase DYRK1B. Bei sehr hoher Sequenzähnlichkeit bietet die geringere konformationelle Stabilität der katalytischen Domäne von DYRK1B gegenüber DYRK1A einen Ansatzpunkt für die selektive und irreversible Inaktivierung. Dieses Ziel verfolgen wir mit zwei neuartigen Strategien: geplant ist erstens die rationale Entwicklung eines Typ-II-Inhibitors, der spezifisch gegen die Tyrosinkinase-Aktivität der unreifen Konformation der Kinase gerichtet ist. Die Tyrosin-Autophosphorylierung stabilisiert die aktive Konformation von Kinasen der DYRK-Familie (Dual specificity tYrosine phosphorylation Regulated Kinase), und unphosphorylierte DYRK1B akkumuliert als denaturiertes Protein in unlöslichen Aggregaten. Zweitens soll eine chimäre Verbindung (PROTAC, PROteolysis-Targeting Chimera) aus einem ATP-kompetitiven Fragment zur Bindung an die Kinasedomäne und einem hydrophoben Molekülteil (hydrophobic tag) erzeugt werden. Das Ziel ist es, durch die Vergrößerung der hydrophoben Oberfläche die Konformation der Kinasedomäne zu destabilisieren und die Denaturierung oder den Abbau über das Ubiquitin-Proteasom-System zu induzieren.Bei der Konstruktion der neuen Inhibitoren nutzen wir 7-Halogenindol-3-carbonitrile als relativ kleine Fragmente zur Anknüpfung von Seitenketten. Diese Strukturen besetzen die Adenin-Bindungstasche und zeigten in unseren Vorarbeiten eine hohe Selektivität für DYRK1A/B. Die Validierung der neuen Verbindungen erfolgt mit zellbasierten Assays der DYRK1B-Aktivität, die eine Unterscheidung direkter Hemmung von einer irreversiblen Inaktivierung und eine Beurteilung der Spezifität gegenüber DYRK1A erlauben. Schließlich wollen wir die Effekte der pharmakologischen Inaktivierung von DYRK1B auf die Proliferation und Chemoresistenz von DYRK1B-überexprimierenden Krebszelllinien untersuchen.Unser Projekt untersucht mit der rationalen Entwicklung eines DYRK1B-selektiven Inhibitors modellhaft die Strategie, Unterschiede in der thermodynamischen Stabilität von nahe verwandten, paralogen Zielproteinen als Grundlage für die Erzielung von Selektivität zu nutzen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen