Darstellung neuartiger synthetischer Kohlenhydrat-Peptid-Konjugate zur Entwicklung von tumorselektiven Vakzinen
Final Report Abstract
Mit Blick auf die Tatsache, dass Tumorerkrankungen zu den häufigsten Todesursachen weltweit zählen, kommt der Entwicklung neuer effektiver Behandlungsmethoden eine zentrale Bedeutung in der medizinischen Forschung zu. Fortschritte auf dem Gebiet der Tumorimmunbiologie haben in den letzten Jahren zu einem verbesserten Verständnis der zellulären Mechanismen einer spezifischen Antitumor-Antwort und zu einem verstärkten Interesse an der Entwicklung einer aktiven Krebsimmuntherapie mithilfe von Antitumorvakzinen geführt. Zentrale Zielstrukturen hierfür stellen vor allem Partialstrukturen der Oberflächenglycoproteine aus der Mucinfamilie dar, deren tumorassoziierte Formen durch Überexpression und das Auftreten von spezifisch veränderten Kohlenhydratseitenketten sowie frei zugänglichen Pepidsequenzen charakterisiert sind. Tumorimpfstoffe, die auf diesen charakteristischen Strukturmerkmalen basieren, haben das Ziel, eine starke und permanente Immunantwort selektiv gegen Tumorzellen zu induzieren, was jedoch aufgrund der geringen Immunogenität der Glycoproteinantigene und der Toleranz des Immunsystems gegen körpereigene Strukturen von besonderer Schwierigkeit ist. Eine Möglichkeit, die Immunogenität der tumorassoziierten Antigene zu erhöhen, beruht auf dem Einbau kleiner, gezielter struktureller Modifikationen mithilfe der chemischen Synthese. So wurden in diesem Forschungsvorhaben Vertreter einer neuen Klasse von MUC1-analogen Glyopeptidkonjugat-Vakzinkandidaten mit selektiv fluorierten Kohlenhydratseitenketten entwickelt und immunologisch evaluiert. Dabei konnte an Balb/c-Mäusen erstmals gezeigt werden, dass auch mit nicht-natürlichen, fluorierten Antigenstrukturen starke toleranzbrechende humorale Immunantworten induziert werden können, deren anti-MUC1-Antikörper in der Lage sind, die natürlichen Glycoproteinstrukturen auf Brustkrebszellen der Linie MCF-7 zu erkennen und an diese spezifisch zu binden. In weiteren Teilprojekten wurden zudem gezielt chemische Modifikationen in das Peptidrückgrat der MUC1-Glycopeptidantigene eingeführt, wofür neben fluorierten Aminosäuren insbesondere βh3-Aminosäuren eingesetzt wurden. Das Ziel dieser Untersuchungen, die noch nicht vollständig abgeschlossen sind, bestand dabei in der Entwicklung von potentiellen Vakzinkandidaten, bei denen wichtige immundominante Peptidepitope durch den strategischen Einbau der nicht-natürlichen Aminosäurebausteine metabolisch stabilisiert werden. Ein zweites größeres Teilprojekt umfasste zudem Untersuchungen zur Entwicklung komplexer selbstaggregierender Glycolipopeptidvakzin-Kandidaten, die neben der MUC1-Glycopeptidantigeneinheit als Kopfgruppe jeweils noch zwei- bzw. dreikettige perfluoralkylierte Membrananker tragen und als liposomale multivalente Vakzinplattformen von Interesse sind. Während der Einsatz von hoch immunogenen Trägerproteinen stets mit dem Nachteil der meist relativ geringen Beladungsdichten behaftet ist, wodurch die Gefahr besteht, dass die Immunantwort gegen den Träger diejenige gegen das synthetische Antigen überlagert, können dynamische Entmischungsphänomene eine wesentlich effizientere Anreicherung der Antigeneinheiten erlauben, die der natürlichen Präsentation auf der Zelloberfläche zudem wesentlich näher kommt. Der Vorteil der perfluorierten Membrananker liegt darüber hinaus in einer höheren Stabilität der resultierenden Liposome, sowie in der Tatsache, dass die Entmischungstendenz durch den Fluorierungsgrad gesteuert werden kann. Zudem sind perfluoralkylierte MUC1-Glycopeptidantigene interessante diagnostische Werkzeuge, da sie eine spezifische Immobilisierung der Haptene in Fluorous Microarrays zur raschen Analyse humoraler Immunantworten ermöglichen. So konnte beispielsweise der Nutzen der hergestelltenen amphiphilen MUC1-Antigenkonjugate für die Analyse von humoralen Immunantworten mithilfe von SPR- bzw. ELISA-Experimenten durch den Nachweis spezifischer Bindungsepitope von anti-MUC1-spezifischen Antikörpern belegt werden.
Publications
- Fluorinated Glycosyl Amino Acids for Mucin-like Glycopeptide Antigen Analogues. Chem. Eur. J. 2010, 16, 7319−7330
S. Wagner, C. Mersch, A. Hoffmann-Röder
- Langmuir- Blodgett films of fluorinated glycolipids and polymerizable lipids and their phase separating behavior; Langmuir 2010, 26, 18246‒18255
P. Scheibe, J. Schoenhentz, T. Platen, A. Hoffmann-Röder, R. Zentel
- Synthesis of glycosylated β3-homo-threonine conjugates for mucin-like glycopeptide antigen analogues; Beilstein J. Org. Chem. 2010, 6, No 47
F. Karch, A. Hoffmann-Röder
- Synthetic Antitumor Vaccines from Tetanus Toxoid Conjugates of MUC1 Glycopeptides with the Thomsen-Friedenreich Antigen and a Fluorine-Substituted Analogue; Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 8498−8503
A. Hoffmann-Röder, A. Kaiser, S. Wagner, N. Gaidzik, D. Kowalczyk, U. Westerlind, B. Gerlitzki, E. Schmitt, H. Kunz
- Perfluoroalkylated amphiphilic MUC1 glycopeptide antigens as tools for cancer immunotherapy; Chem. Commun. 2011, 47, 382−384
A. Hoffmann-Röder, J. Schoenhentz, S. Wagner, E. Schmitt
- Synthesis and Antibody binding of Highly Fluorinated Amphiphilic MUC1 Glycopeptide Antigens. Eur. J. Org. Chem. 2011, 20-21, 3878−3887
T. Platen, T. Schüler, W. Tremel, A. Hoffmann-Röder
- Synthesis of a MUC1-glycopeptide-BSA conjugate vaccine bearing the 3’-deoxy-3’-fluoro-Thomsen-Friedenreich antigen; Chem. Commun. 2011, 47, 9903−9905
A. Hoffmann-Röder, M. Johannes
- Synthesis of fluorinated Thomsen- Friedenreich antigens: direct deoxyfluorination of αGalNAc-threonine tert-butyl esters; Org. Biomol. Chem. 2011, 9, 5541−5546
M. Johannes, T. Oberbillig, A. Hoffmann-Röder
- Antibody recognition of fluorinated MUC1 glycopeptide antigens; Chem. Commun. 2012, 48, 1487−1489
T. Oberbillig, C. Mersch, S. Wagner, A. Hoffmann-Röder
(See online at https://doi.org/10.1039/c1cc15139h) - Synthesis of tumor-associated MUC1-glycopeptides and their multivalent presentation by functionalized gold colloids; Org. Biomol. Chem. 2015, 13, 81‒97
I. Tavernaro, S. Hartmann, L. Sommer, H. Hausmann, C. Rohner, M. Ruehl, A. Hoffmann-Röder, S. Schlecht
(See online at https://doi.org/10.1039/C4OB01339E)
