Razvoj selektivnih razgrajevalcev CDK1 za zdravljenje T-celičnih malignih obolenj

Od ciklina odvisne kinaze (CDK) so serin/treonin kinaze, ki igrajo pomembno vlogo pri nadzoru celične delitve in modulaciji transkripcije. Med proteini kinazami, ki uravnavajo celični cikel, velja CDK1 za najpomembnejšo, saj njene funkcije ne morejo nadomestiti druge CDK, medtem ko je CDK1 sposobna prevzeti njihove funkcije pri uravnavanju prehodov celičnega cikla. Prekomerna ekspresija CDK1 ali njena hiperaktivacija omogoča izogibanje kontrolni točki faze G2/M (kontrolna točka strukture DNK) tudi v primerih delitve celic z okvarjeno DNK. To vodi do razmnoževanja celic, ki imajo poškodovano DNA, kar sčasoma vodi v tumorigenezo. Številne raziskave so pokazale, da je izražanje CDK1 povišano v različnih tumorjih, vključno z malignimi obolenji T-celic, ki veljajo za agresivne rake z omejenimi možnostmi zdravljenja. Farmakološko ciljanje CDK1 torej predstavlja obetavno strategijo za razvoj novih učinkovin za zdravljenje tovrstnih malignih obolenj. Ker ima trenutno prevladujoč koncept, ki temelji na zaviralcih, omejitve zaradi visokih koncentracij zaviralcev, ki jih je treba vzdrževati, da se zagotovi zasedenost aktivnega mesta tarče, so potrebne inovativne strategije za razvoj zdravil. V predlaganem projektu nameravamo uporabiti pristope tarčne razgradnje proteinov (TPD) z namenom doseči selektivno in kemično povzročeno razgradnjo CDK1. Molekule PROTAC (himerni razgrajevalci) trenutno veljajo za najbolj obetavne med vsemi strategijami TPD, saj imajo številne prednosti pred zaviralci proteinov. Delujejo namreč v katalitičnih količinah, izkazujejo povečano selektivnost, uspešno pa razgradijo tudi prekomerno izražene in mutirane proteine. Molekule PROTAC so heterobifunkcionalne spojine, ki jih sestavljajo ligand za E3 ligazo, ligand za željeni tarčni protein ter vmesnik, ki oba liganda povezuje. Takšne molekule lahko pripeljejo tarčni protein v bližino E3 ligaze, kar povzroči nastanek ternarnega kompleksa 'tarča-PROTAC-E3 ligaza', kar vodi v ubikvitiniranje proteina in njegovo proteasomsko razgradnjo. Nedavno sta bili na področju TPD odkriti dve dodatni vrsti heterobifunkcionalnih spojin, ki izkoriščata endogene mehanizme za razgradnjo znotrajceličnih proteinov, in sicer hidrofobni označevalci (HyT) ter molekule HEMTAC. Prvi posnemajo odziv nerazvitega proteina, druge pa izkoristijo Hsp90 za s Hsp90 inducirano razgradnjo proteinov, povezanih z rakom.Znanstveni cilj predlaganega projekta je razviti prve razgrajevalce CDK1, ključnega regulatorja celičnega cikla. Tako želimo pridobiti nove zdravilne učinkovine ali pa orodja za raziskovanje kompleksne biologije tega proteina. Končni cilji projekta so: (i) zasnovati in sintetizirati nove heterobifunkcionalne molekule, ki so sposobne vezati in razgraditi CDK1, pri čemer bomo uporabili ključna dognanja iz literature, računalniško podprta orodja in tehnike farmacevtske kemije; (ii) ovrednotiti protitumorsko delovanje pripravljenih razgrajevalcev proteina CDK1 v različnih modelih T-celičnih malignih obolenj; (iii) razviti visokokakovostne spojine vodnice kot razgrajevalce CDK1 z dobrimi fizikalno-kemijskimi lastnostmi in s farmakološko relevantnim protitumorskim delovanjem. Za dosego navedenih ciljev se bomo osredotočili na razvoj treh komplementarnih tipov razgrajevalcev CDK1, in sicer molekule PROTAC, HyTs in molekule HEMTAC. Modularni način, na katerega je mogoče pripraviti te spojine, bo omogočil učinkovito sintezo različnih razgrajevalcev, ki bodo nato ovrednoteni v številnih in vitro analizah encimskem in celičnem nivoju. Projekt bo izvajal mednarodni in komplementarni konzorcij treh znanstvenih partnerjev z visoko interdisciplinarnim strokovnim znanjem. Ta dejstva zagotavljajo izjemne obete v smislu izvedljivosti projekta in potenciala za znanstveno uspešne rezultate. Razgrajevalci proteina CDK1 bodo nedvomno izjemnega znanstvenega pomena, saj bodo predstavljali dragocen prispevek k razvoju raziskovalnega področja, osredotočenega na nove pristope zdravljenja T-celičnih malignih obolenj.