Raziskave

Poljub smrti glavnim dejavnikom apoptoze: razvoj razgrajevalcev proteinov BCL-2 in BAX

Šifra:

J1-2485

Obdobje:

01. september 2020 - 31. avgust 2023

Obseg:

0,63 FTE

Vodja:

Izidor Sosič

Veda:

1.09 Naravoslovje/Farmacija

Opis:

Intrinzična (mitohondrijska) pot apoptoze je fiziološko prevladujoča oblika celične smrti in jo nadzira družina proteinov BCL-2. Člani te družine imajo nasprotujoče si učinke, saj nekateri spodbujajo, drugi pa preprečujejo mitohondrijsko pot apoptoze. Medsebojne interakcije znotraj te družine proteinov, ki temeljijo na interakcijah protein-protein med pro-apoptotičnimi in anti-apoptotičnimi proteini, narekujejo, ali celice umrejo kot odziv na celični stres ali ne. Tako lahko deregulacija procesa apoptoze vodi bodisi do patološkega umiranja celic bodisi do kopičenja celic, kar je značilnost mnogih človeških bolezni. Najbolj raziskana proteina iz te družine sta BCL-2 in BAX. Slednji je pro-apoptotično delujoč, medtem ko je prvi odgovoren za preživetje celic. Prekomerna ekspresija BCL-2 ali BAX lahko povzroči bodisi rakava obolenja, če je celična smrt nižje regulirana, bodisi vodi do odpovedi kostnega mozga, avtoimunskih ali nevrodegenerativnih bolezni, v primerih patološko povečane apoptoze.

Zaviranje BCL-2 oziroma BAX tako predstavlja privlačno strategijo za razvoj modulatorjev apoptoze kot novih zdravilnih učinkovin. Vendar ima trenutno prevladujoč koncept, ki temelji na zaviralcih, veliko pomanjkljivost v tem, da je treba na mestu delovanja vzdrževati visoke koncentracije zaviralcev, s čimer je zagotovljena terapevtsko potrebna zasedenost tarče. Ker interakcije med proteini družine BCL-2 temeljijo na interakcijah protein-protein, je razvoj zaviralcev z visoko afiniteto zelo zahteven proces. V predlaganem projektu nameravamo uporabiti strategijo himernih razgrajevalcev (angl. proteolysis targeting chimeras, PROTACs), s čimer želimo doseči razgradnjo BCL-2 ali BAX in ne le njuno zaviranje. Z vidika farmacevtske kemije so molekule PROTAC heterobifunkcionalne spojine, ki jih sestavljajo ligand za E3 ligaze, 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 ligaz'a, kar vodi v ubikvitiniranje proteina in njegovo proteasomsko razgradnjo. Molekule PROTAC so trenutno prepoznane kot najbolj obetaven pristop odkrivanja novih učinkovin, saj lahko z njimi zelo učinkovito delujemo na proteine, ki sodelujejo v interakcijah protein-protein, ter na prekomerno izražene encime in mutirane tarče.

Znanstveni cilj predlaganega projekta je razviti molekule PROTAC za tarčno razgradnjo dveh ključnih proteinov, ki uravnavajo apoptozo, in sicer BCL-2 in BAX. Tako želimo pridobiti potencialne nove zdravilne učinkovine ali pa orodja za preizkušanje dinamičnih interakcij med proteini družine BCL-2. Končni cilji projekta so:
(i) zasnovati in sintetizirati nove heterobifunkcionalne molekule, ki so sposobne vezati in razgraditi BCL-2 in BAX, pri čemer bomo uporabili ključna dognanja iz literature, računalniško podprta orodja in tehnike farmacevtske kemije;
(ii) ovrednotiti protitumorsko delovanje pripravljenih razgrajevalcev proteina BCL-2 v različnih modelih hematoloških tumorjev;
(iii) ovrednotiti citoprotektivno delovanje pripravljenih razgrajevalcev proteina BAX;
(iv) razviti visokokakovostne spojine vodnice kot razgrajevalce BCL-2 in BAX s farmakološko releventnim protitumorskim in citoprotektivnim delovanjem.

Za dosego navedenih ciljev bo racionalno načrtovanje molekul PROTAC osredotočeno na doseganje dobre celične permeabilnosti, zmožnosti vezave na željeni tarčni protein ter na tvorbo ternarnega kompleksa. Modularna narava molekul PROTAC bo omogočila učinkovito sintezo različnih heterobifunkcionalnih derivatov, ki bodo nato temeljito ovrednoteni v številnih in vitro analizah encimskem in celičnem nivoju. Vse naloge se bodo izvajale v zelo komplementarnem konzorciju štirih znanstvenih partnerjev, kar zagotavlja zelo dobre obete v smislu izvedljivosti projekta in potenciala za znanstveno uspešne rezultate. Razgrajevalci proteinov BCL-2 in BAX bodo nedvomno izjemnega znanstvenega pomena, saj bodo predstavljali dragocen prispevek k razvoju pozitivnih in negativnih modulatorjev apoptoze z velikim terapevtskim potencialom.

Faze:

https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/project/18248

Bibliografske reference, ki izhajajo neposredno iz izvajanja projekta:

https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/project/18248

Financira:

Raziskovalni projekti so (so)financirani s strani Javne agencije za raziskovalno dejavnost.

Nazaj

Spremenjeno: 04. marec 2021