Analyse der von HDAC6 und Hitzeschockproteinen regulierten molekularen Mechanismen in Leukämiezellen

• Antragsteller: Professor Dr. Oliver Holger Krämer
• Fachliche Zuordnung: Hämatologie, Onkologie ; Pharmakologie ; Public Health, Gesundheitsbezogene Versorgungsforschung, Sozial- und Arbeitsmedizin ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 427404172

Wir haben neue, selektive Histondeacetylase-6 Inhibitoren (HDAC6i) synthetisiert. Von diesen ist Marbostat-100 unsere Leitsubstanz. Eine nicht zytotoxische Hemmung von HDAC6 erhöht die Mengen an HDAC6 und anderer Proteine, die über Proteasomen abgebaut werden. Demgegenüber destabilisiert eine Hemmung des Hitzeschockprotein-90 (HSP90) mit dem neuen, klinisch untersuchten HSP90 Inhibitor (HSP90i) Onalespib viele solcher Proteine. Die kombinierte Hemmung von HDAC6 und HSP90 steigert die Menge an poly-ubiquitinylierten Proteinen, die proteasomale Aktivität und den durch Onalespib verursachten Verlust anti-apoptotischer Proteine über das Proteasom. Wir wollen klären, wie ein durch HDAC6 und HSP90 gesteuertes molekulares Gleichgewicht den Proteinmetabolismus kontrolliert. HDAC6 fördert die Bildung und den Transport von Aggresomen, welche durch Autophagie und lysosomalen Abbau entgiftet werden. Dementsprechend nimmt die Menge an Aggresomen nicht zu und die Autophagie wird nicht angetrieben, wenn HDAC6 und HSP90 gehemmt werden. Die Autophagie bricht sogar zusammen und die Apoptose wird eingeleitet. Diese Daten legen nahe, dass HDAC6 als Master Switch eine Hyperaktivierung der proteasomalen Aktivität und den Eintritt von Zellen mit proteotoxischem Stress in die späte Apoptose verhindert. Eine derartige Integration von Apoptose und proteasomaler Aktivität durch HDAC6 wurde bislang nicht beschrieben. Dies könnte daran liegen, dass viele zellbiologische Studien zu HDAC6 proteasomale Inhibitoren als Auslöser für proteotoxischen Stress eingesetzt haben. Dies ist keine Kritik, sondern eine Beschreibung experimenteller Strategien. Mit Marbostat-100 haben wir ein spezifisches und nicht zelltoxisches Werkzeug zur Hemmung von HDAC6 entwickelt. Wir wollen die von uns formulierte Hypothese einer Gatekeeper Funktion von HDAC6 für die Proteinstabilität und das Proteasom prüfen. Hierfür wählen wir genetische und pharmakologische Ansätze. Mittels der CRISPR-Cas9 Technologie wollen wir die Relevanz der katalytischen und Ubiquitin bindenden Domänen von HDAC6 für das Schicksal von Proteinen und Zellen unter proteotoxischem Stress erfassen. Dabei untersuchen wir den Einfluss von HDAC6 und HSP90 auf Apoptoseregulatoren, Proteasomen, Aggresomen, Autophagie, Stress Granula, endoplasmatisches Retikulum Stress und Proteinacetylierung. In diesem Kontext wollen wir potentielle Rollen von USP10, p62, HSP90β, HSP70, HSP72, der HSP70-assoziierten E3 Ubiquitin Ligase CHIP, GRP78/BIP, BAG1/BAG3, c-MYC und weiterer regulatorischer Proteine analysieren. Wir möchten zusätzlich klären, warum FLT3-ITD-positive Leukämiezellen hypersensitiv gegen HSP90i und die Kombination aus HSP90i und HDAC6i sind. Um den Innovationsgrad unserer Analysen zu erhöhen, wollen wir von Hypothesen getriebene und unvoreingenommene Analysen durchführen. Eine therapeutische Wertigkeit der HDAC6i/HSP90i Interaktion wollen wir mit primären FLT3-ITD-positiven Leukämiezellen und einem Zebrafischmodell in vivo erfassen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen