Entwicklung hochselektiver kovalenter Inhibitoren für die Ribosomale Protein S6 Kinase Beta 2 (S6K2)

• Antragsteller: Professor Dr. Matthias Gehringer
• Fachliche Zuordnung: Pharmazie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 511101075

Die beiden Proteinkinasen S6K1 (p70S6K) und S6K2 (p70S6Kβ) bilden die Familie der p70 Ribosomalen Protein S6 Kinasen und fungieren als Downstream-Kinasen des PI3K-AKT-mTOR Signalwegs. S6K1 wurde als Arzneistofftarget für die Krebstherapie bereits gut erforscht, S6K2 jedoch wurde kaum untersucht, da angenommen wurde, dass beide Kinasen redundante Funktionen ausüben und S6K1 dominant sei. Neuere Daten zeigen, dass S6K2 eine wichtige und eigenständige Rolle bei verschiedenen Krebserkrankungen spielt, beispielsweise wurde sie mit ungünstigen Krankheitsverläufen und Therapieresistenzen bei Brust- und Prostatakrebs in Verbindung gebracht. Zudem konnte gezeigt werden, dass S6K2 für das Überleben von Zellen aus NRAS-mutierten Melanomen mit Resistenzen gegen Inhibitoren der Mitogen-aktivierten Proteinkinasen essenziell ist. Die positiven Effekte einer S6K2-Hemmung scheinen durch die gleichzeitige Hemmung von S6K1 aufgehoben zu werden, was eine selektive S6K2-Hemmung als therapeutischen Ansatz nahelegt.Für aussagekräftige pharmakologische Untersuchungen werden hochgradig S6K2-selektive Inhibitoren als chemische Sonden (“Chemical Probes”) benötigt, deren Entwicklung sich wegen der nahezu identischen ATP-Bindetaschen beider Isoformen schwierig gestaltet. Dennoch konnten wir vor kurzem erstmals S6K2-selektive Hemmstoffe entwickeln. Dies gelang durch kovalente Adressierung eines in S6K1 nicht vorkommenden Cysteins, wobei die Nutzung nucleophiler aromatischer Substitutionsreaktionen (SNAr) der Schlüssel zum Erfolg war. Trotz nanomolarer Hemmaktivität haben diese Inhibitoren noch Schwachpunkte wie z.B. eine unzureichende nicht-kovalente Bindungsaffinität, geringe “druglikeness” sowie eine moderate Löslichkeit. Zudem ist der SNAr-Ansatz für kovalente Hemmstoffe trotz seines enormen Potenzials bisher kaum untersucht und es mangelt an Richtlinien für die Optimierung.Dieses Projekt hat die Entwicklung S6K2-spezifischer Inhibitoren, die die strikten Anforderungen für chemische Probes erfüllen, zum Ziel. Dies soll insbesondere durch umfassende Optimierung des SNAr-Elektrophils erreicht werden. Daneben werden wir durch Optimierung der “oberen Seitenkette” und des “Hinge-Bindungsmotivs” die Affinität und Löslichkeit erhöhen. Dabei kann auf Synthesen, die im Rahmen unserer Vorarbeiten entwickelt wurden, zurückgegriffen werden. Die Charakterisierung der neuen Inhibitoren erfolgt über eine Vielzahl biochemischer und zellulärer Assays und fortgeschrittene Kandidaten werden einer umfassenden Selektivitätsprofilierung unterzogen. Die aus Struktur-Aktivitäts- und Struktur-Kinetik-Beziehungen gewonnenen Erkenntnisse werden die Basis für eine breitere Anwendbarkeit des SNAr-Ansatzes in kovalenten Hemmstoffen bilden. Wir planen zudem die entwickelten chemischen Probes frei zugänglich zu machen, um so den Grundstein für die pharmakologische Validierung von S6K2 als Arzneistofftarget zu legen und potenzielle neue Möglichkeiten zur Behandlung resistenter Tumore zu eröffnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Kooperationspartner: Dr. Olivier Pardo
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Stefan Knapp