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Abteilung Medizinische Chemie

AG Sippl 2017

News

Artikel zu neuen Inhibitoren der schistosomialen HDAC8 mit Front Cover in ChemMedChem

Die Publikation beschreibt die strukturbasierte Optimierung von Histon-Deacetylase-8 (smHDAC8) Hemmern, die gegen den menschlichen Parasiten Schistosoma mansoni wirksam sind. Ausgehend von einem cokristallisierten, fragmentartigen Hit führten strukturbasiertes Design und in vitro Tests zu nanomolaren smHDAC8-Inhibitoren mit guter Selektivität gegenüber die humanen HDAC1- und 6-Isoformen. Vier Röntgenstrukturen von smHDAC8-Inhibitor-Komplexen konnten aufgelöst werden. Der entwickelte Inhibitor zeigte eine signifikante, dosisabhängige Tötung der Schistosomenlarven und eine deutlich beeinträchtigte Eiablage von in Kultur gehaltenen adulten Wurmpaaren. Weitere Informationen finden Sie im Gesamtwerk von Wolfgang Sippl et al. auf Seite 1517 in Ausgabe 15, 2018 (DOI: 0.1002/cmdc.201800238)   .

Histondesacetylasen als mögliche Angriffspunkte für die Therapie von Neuroblastomen

Das Neuroblastom ist eine bösartige Erkrankung des sympathischen Nervensystems, die vor allem bei kleinen Kindern auftritt und ca. 10%  aller Krebserkrankungen bei Kindern ausmacht.  In einem von der DFG geförderten Projekt haben Pharmazeutische Chemiker der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) in Zusammenarbeit mit dem Institut für Pharmazeutische Wissenschaften der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg und dem Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) in Heidelberg neue Ansatzpunkte und Wirkstoffe für die Behandlung des Neuroblastoms erforscht. Die Studien der Forscher aus Halle, Freiburg und Heidelberg wurden kürzlich in den internationalen Fachzeitschriften „Journal of Medicinal Chemistry" der American Chemical Society und „Cell Death and Differentiation“ der Nature Publishing Group veröffentlicht.

Ziel der Arbeiten war die Charakterisierung und strukturbasierte Entwicklung von Inhibitoren des Enzyms Histondesacetylase 8 (HDAC8). Histondesacetylasen (HDACs) sind wichtige Regulatoren epigenetischer Vorgänge und modulieren über chemische Veränderung von Lysin-Aminosäuren in Histonproteinen die Aktivierung und Abschaltung bestimmter Gene. Während unspezifische HDAC Inhibitoren für die Therapie verschiedener Tumorarten bereits als Chemotherapeutika zugelassen sind, ist für Isoform-spezifische Inhibitoren sehr viel weniger über deren Einsatz und die Konsequenzen einer Hemmung auf zellulärer Ebene bekannt. In den Untersuchungen konnten  die Forscher den Subtyp HDAC8 als vielversprechendes Target identifizieren und dazugehörige Inhibitoren als hochinteressante Kandidaten für eine Weiterentwicklung finden. Verfügbare Proteinkristallstrukturen des Targets und organisch-chemische Optimierung wurden herangezogen, um eine Bibliothek von ca. 50 Verbindungen zu synthetisieren. Die Optimierung der Inhibitoren wurde im engen Feedback mit biologischen Testergebnissen hinsichtlich Wirksamkeit und Selektivität vorangetrieben. Dies galt sowohl auf Ebene der isolierten Proteine als auch auf Ebene verschiedener Neuroblastom-Zelllinien und Tiermodelle.

Die durch die enge Kooperation mit den Molekularbiologen und Medizinern aus Freiburg und Heidelberg erhaltenen Inhibitoren stellen wichtige Werkzeuge dar, um die Rolle des Enzyms HDAC8 in der Regulation des Neuroblastoms weiter zu untersuchen. Mittels einem sogenannten RNAi-Screening und Verwendung eines der entwickelten HDAC8 Inhibitoren konnte nun das Neuroblastom-Prädispositions-Gen ALK als weiterer Angriffspunkt identifiziert werden. ALK ist eine Proteinkinase, die in verschiedenen Neuroblastomformen überaktiviert ist. Eine kombinierte Gabe des ALK Inhibitors Crizotinib (Xalkori^®), der bereits für die Therapie des Bronchialkarzinoms zugelassen ist, und des neuen HDAC8 Inhibitors zeigte eine eindrucksvolle Hemmung des Tumorwachstums im Tiermodell. Die Kombination der entwickelten HDAC8 Inhibitoren mit ALK Kinaseinhibitoren könnte somit künftig einen neuen Ansatz zur Therapie des Neuroblastoms darstellen. Weitere Tests in Mäusen sind geplant, um die optimale Kombination und Dosierung der Wirkstoffe zu finden.

Siehe auch Pressemitteilung des DKFZ Heidelberg   

Zu den Publikationen:

T. Heimburg et al. (2017) "Structure-Based Design and Biological Characterization of Selective Histone Deacetylase 8 (HDAC8) Inhibitors with Anti-Neuroblastoma Activity". Journal of Medicinal Chemistry, doi:10.1021/acs.jmedchem.7b01447   

J. Shen et al. (2018) “A kinome-wide RNAi screen identifies ALK as a target to sensitize neuroblastoma cells for HDAC8-inhibitor treatment”. Cell Death & Differentiation. doi:10.1038/s41418-018-0080-0   

F. R. Kolbinger et al. (2018). The HDAC6/8/10 inhibitor TH34 induces DNA damage-mediated cell death in human high-grade neuroblastoma cell lines. Arch. Toxicol. 92, 2649-2664, 2018. doi:10.1007/s00204-018-2234-8   

Neues Projekt im Landesforschungsschwerpunkt "Molekulare Biowissenschaften als Motor der Wissensbasierten Ökonomie"

Entwicklung neuer epigenetischer Inhibitoren als antiparasitäre Wirkstoffe

Ziel des Projektes ist das strukturbasiertes Design und die Synthese neue Wirkstoffe, die an  epigenetisch relevante Enzyme dieser Parasiten angreifen. Zusammen mit Strukturbiologen (IGBMC, Strasbourg, Frankreich), in vitro Assayentwicklern (Univ. Freiburg) und Parasitologen (Institute Pasteur Lille, Frankreich) sowie der Firma AB Kancera haben wir erste parasitäre Targets für die Wirkstoffentwicklung identifiziert und validieren können. Geplant ist die Synthese von verschiedenen Subtanzbibliotheken unter Verwendung von computerbasierten Methoden zur Leitstrukturoptimierung. Die Testung erfolgt neben den isolierten Enzymen auch in phenotypischen Screenings um die Toxizität für Parasiten zu bestimmen. Erste Verbindungen zeigen sehr gute Hemmwirkung der Targetenzyme und Toxizität geg. S. mansoni und T. cruizi.

Wiss. Mitarbeiterin: Kristin Hausmann

Mehr Informationen finden sie hier

Article on Protein Degradation Inhibitors - discussed in Science "In the Pipeline"

"In the pipeline" Derek Lowe's commentary on our recently published article "Chemically Induced Degradation of Sirtuin 2 (Sirt2) by a Proteolysis Targeting Chimera (PROTAC) Based on Sirtuin Rearranging Ligands (SirReals)"  in J Med Chem. 2017 Apr 17.   

Prtotein degradation time    . An editorially independent blog from the publishers of Science Translational Medicine.

Bayer Wissenschaftspreis 2015/16 - Auszeichnung für Dr. Inna Slynko

Frau Dr. Inna Slynko erhielt am Freitag, 02. Dezember 2016, eine Auszeichnung für ihre herausragenden Forschungsarbeit, die  am Institut für Pharmazie der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) angefertigt wurde. Sie erhält den diesjährigen Wissenschaftspreis der Bayer-Bitterfeld GmbH.

Frau Dr. Inna erhält in diesem Jahr den mit 1.000 Euro dotierten Wissenschaftspreis der Bayer Bitterfeld GmbH für ihre Dissertation auf dem Gebiet der Medizinischen Chemie. Dr. Slynko fertigte ihre Dissertation mit dem Titel „Structural analysis and computer-based design of novel inhibitors for human protein-kinase-C-related kinase PRK1“ im Arbeitskreis von Herrn Prof. Wolfgang Sippl am Institut für Pharmazie an. Sie nutzte in ihren Arbeiten  Simulationen von Kinase-Inhibitor Komplexen, um neue,  potente und selektive Inhibitoren zu entwickeln. Die PRK1 Kinase ist in der epigenetischen Regulation beteiligt und wurde vor kurzem auch als Regulator des Androgenrezeptors gefunden. Studien zeigen dass diese Kinase ein potentielles Target für die Entwicklung von Wirkstoffen gegen Prostatakarzinome darstellt. Um das therapeutische Potential dieser Kinase auszuloten sind niedermolekulare potente und selektive Inhibitoren notwendig, die bis zur Arbeit von Frau Dr. Slynko nicht vorhanden waren.

Frau Slynko erzielte innerhalb ihrer Dissertation sehr eindrucksvolle Resultate. Es ist ihr nicht nur gelungen, mittels theoretischer Berechnungen die Interaktion von unselektiven bekannten Kinaseinhibitoren an PRK1 zu bestimmen, sondern auch durch Kombination von in silico und in vitro Screening nanomolare Hemmstoffe für die PRK1 zu identifizieren. Die Verifizierung ihrer Modelle konnte kürzlich durch die ersten Kristallstrukturen dieser Kinase erbracht werden. Die entwickelten PRK1 Hemmstoffe sind hoch potent und  konnten in sogenannten chemoproteomischen Untersuchungen, die an der TU München gemacht wurden, als zellulär aktiv und selektiv gefunden werden. Somit stellen sie wertvolle Hemmstoffe für die Charakterisierung der PRK1 in weiteren Studien dar. Frau Dr. Slynko’s Publikationen sind in internationalen peer-review Zeitschriften publiziert worden und werden häufig zitiert .

Die Verleihung fand am 02.12.2016 im Rahmen des Festakts zur Zeugnisübergabe an die Absolventen des Pharmazie-Instituts in der historischen Aula im Löwengebäude der MLU statt

Novel epigenetic inhibitors for the treatment of schistosomiasis

Schistosoma mansoni is a major human pathogen that affects millions of people worldwide and causes  more than 200,000 deaths annually. The fact that there is currently only one drug available for the treatment of schistosomiasis renders urgent the search for new candidates. Lately, drugging the epigenetic machinery of eukaryotic parasites, such as S. mansoni, has become an exciting approach to develop such new antiparasitic drugs.
In previous work, we have shown (Marek et al. PLoS Pathogens 2013) that the histone deacetylase 8 of S. mansoni (smHDAC8) is a promising target for anti-schistosomal drugs. We have identified structural differences in the active site of this lysine deacetylase that can be exploited for species selectivity.

We carried out a structure-based optimization of smHDAC8 inhibitors. Crystallographic analysis provided insights into the inhibition mode of smHDAC8 activity by synthesized 3-amido-benzhydroxamates, where a schistosome-specific clamp plays a pivotal role in the anchoring of the inhibitor molecule in the active site pocket. The newly-designed inhibitors were evaluated in screens for enzyme inhibitory activity against schistosome and human HDACs and in vitro anti-schistosomal activity. The active benzhydroxamates were additionally screened for lethality against the schistosome larval stage (schistosomula) using different assays. Some of the inhibitors showed significant, dose-dependent killing of the schistosome larvae.

In this way, we consider that we have laid the foundations for the development of species selective HDAC8 inhibitors as new antiparasitic drug candidates and chemical probes for dissecting Schistosoma chromatin biology. This may also serve as a model study for other important parasitic pathogens, such as Leishmania or Trypanosoma.

Publication: Heimburg, T. et al. J. Med. Chem. 59(6):2423-35. doi: 10.1021/acs.jmedchem.5b01478   

Histonacetyltransferase Inhibitoren hemmen Neuroblastom Wachstum im Mausmodell

Vor kurzem konnten wir neuartige Histonacetyltransferase (HAT) Inhibitoren entwickelt, die in vitro Neuroblastom Tumorzellen in ihrem Wachstum hemmen. Zwei der Inhibitoren, PU139 und PU141, induzieren eine Hypoacetylierung von Histonen in Zellen und hemmen das Wachstum verschiedener Tumor-Zelllinien.  Ein durchgeführtes in vitro Profiling zeigt, dass die Verbindung  PU139 die Histonacetyltransferasen Gcn5, p300/CBP-associated factor (PCAF), CREB binding protein (CBP) und p300 hemmt, wohingegen PU141 selektiv für CBP und p300 ist. Der pan-HAT Inhibitor PU139 führt zu einem  Caspase-unabhängigen Zelltod in Tumorzellen. Beide Inhibitoren blockieren das Neuroblastom-Tumorwachstum in  Mäusen signifikant. PU139 zeigt dabei in den Mausversuchen synergistische Wirkung mit dem Zytostatikum Doxorubicin.  Interessanterweise führt PU139 auch zu einer Reduktion der Histonacetylierung in der Maus bei gleichen Konzentrationen die das Tumorwachstum hemmen. Die vorliegende Studie ist eine der wenigen, in denen hypoacetylierende Verbindungen (im Gegensatz zu den in der Tumortherapie befindlichen  hyperacetylierenden Histondesacetylase Inhibitoren) eine Anti-Tumor Wirkung zeigen. Somit stellen die Verbindungen interessante Werkzeuge zur weiteren Charakterisierung des therapeutischen  Potentials von Histonacetyltransferase Inhibitoren dar.

Artikel in Oncogenesis:

Oncogenesis (2015) 4, e137; doi:10.1038/oncsis.2014.51   

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Neues DFG Projekt "Strukturbasierte Entwicklung und biologische Charakterisierung von selektiven Inhibitoren der Histon-Desacetylasen (HDACs) 8 und 10"

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert ab 2015 ein gemeinsames Projekt der AG Sippl, zusammen mit  M. Jung (Universität Freiburg), I. Oehme and O. Witt (DKFZ Heidelberg) zur Entwicklung und Optimierung von Histon HDAC8 und HDAC10 Inhibitoren. Histon-Desacetylasen (HDACs) sind wichtige Regulatoren epigenetischer Vorgänge und modulieren über Desacetylierung auch die Aktivität von Nicht-Histon-Substraten. Während für die Enzymsubtypen HDAC1-3 und 6 viele potente und selektive Inhibitoren verfügbar sind, ist für andere Subtypen sehr viel weniger über solche Hemmstoffe und die Konsequenzen einer Hemmung auf zellulärer Ebene bekannt. In Vorarbeiten wurden HDAC8 und 10 als vielversprechende Targets für die Krebstherapie und dazugehörige Inhibitoren als hochinteressante Kandidaten für eine Weiterentwicklung identifiziert. Verfügbare Kristallstrukturen von HDAC8 und Homologen mit Hemmstoffen sowie Homologiemodelle von HDAC10 werden für eine struktur- und computerbasierte Wirkstoffoptimierung der Leitstrukturen dienen. Wir werden die Rolle von HDAC8 und 10 in Proliferation und Überleben von Krebszellen weiter untersuchen und verfügbare Hemmstoffe im Feedback mit biologischen Testergebnissen hinsichtlich Wirksamkeit und Selektivität optimieren. Dies gilt sowohl in-vitro als auch auf Zellkulturebene. Optimierte Hemmstoffe werden in Tiermodellen auf ihre Eignung zur Weiterentwicklung als Wirkstoffe untersucht werden. .

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A-ParaDDisE project
Kick-Off meeting, Strasbourg, March 17-18, 2014

The kick-off meeting for the A-ParaDDisE project (EC, FP7-Health) took place in the auditorium of the IGBMC in Illkirch, near Strasbourg on March 17-18. It was hosted by the GIE-CERBM and Dr. Christophe Romier, and the participants were warmly welcomed by the director of the IGBMC (Bertrand Séraphin) and the head of the Structural and Integrative Biology group (Patrick Schultz). Chris Romier gave an introductory presentation of the IGBMC, its history, departments and infrastructures and officially inaugurated the meeting. All participants were unanimous in their praise for the efficient organization of the meeting by the host, which ensured that extremely open and informative discussions could take place. The programme allowed for the presentation of an overview of the project by the coordinator, followed by individual presentations by the project participants and detailed discussions of each Work Package in order to set out strategies for collaborations and material transfers between the teams involved.

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