Dokument: Development of Small Molecule Inhibitors Targeting HSP90 C-terminal Dimerization in BCR-ABL1 positive Leukemia

Titel:	Development of Small Molecule Inhibitors Targeting HSP90 C-terminal Dimerization in BCR-ABL1 positive Leukemia
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=64633
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20250206-095055-9
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Dienstbier, Niklas [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 5,45 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 16.01.2024 / geändert 16.01.2024
Beitragende:	Prof. Dr. Kurz, Thomas [Gutachter] Prof. Dr. med. Hauer, Julia [Gutachter]
Stichwörter:	HSP90; BCR-ABL1; Leukemia
Dewey Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:	Despite significant advances in treating BCR-ABL1-positive leukemias in the last decade, treating relapsed and refractory cases remains difficult. In addition, Chemotherapy and tyrosine kinase inhibitors cause serious side effects and affect patients' quality of life. Therefore, it is necessary to develop new targeted therapy. Heat shock protein 90 (HSP90) is involved in the folding and maturation of the oncoprotein BCR-ABL1 and is frequently overexpressed in leukemic cells. The increased levels of HSP90 are associated with poor prognosis in patients. Consequently, HSP90 is an attractive target for novel targeted therapies. The cellular role of HSP90 was explored using genetic knockdowns of the two cytosolic isoforms of HSP90α and β in BCR-ABL1 positive cells. Interestingly, a robust balancing mechanism between the two isoforms was found, keeping the absolute levels of HSP90 constant. Furthermore, the resistance mechanisms against the orphan-drug designated N-terminal specific HSP90 inhibitor Zelavespib (PU-H71) and the C-terminal specific inhibitor Coumermycin A1 were deciphered. PU-H71-resistant cells are characterized by significantly increased expression of HSP90α and ALDH1A1. Elevated HSP90α levels stabilize the kinases SRC and AKT, recapitulating the activation of the classical RPS6 signaling pathway and thus protecting cells from PU-H71 treatment. In addition, these cells have acquired an HSP90α S164F mutation that restricts the flexibility of HSP90. In contrast, Coumermycin A1 resistant cells are characterized by increased expression of the efflux pump MDR1 but also show alterations in the RPS6 signaling pathway. Finally, a first-in-class C-terminal specific inhibitor of HSP90 dimerization was investigated and validated. The inhibitors 5b and VWK147 decrease cell viability in a broad spectrum of leukemic cells, including cells from relapsed patients. Various biochemical, biophysical, and cellular experiments have validated that 5b and VWK147 bind at the C-terminus of HSP90 and disrupt dimerization. Furthermore, initial in vivo experiments in mice xenograft and zebrafish models demonstrated promising effects of 5b with low associated toxicity. However, 5b lacks solubility in formulations suitable for in vivo applications. Consequently, 5b and VWK147 provide an ideal basis for developing improved drugs of this new promising drug class. Trotz großer Fortschritte in der Behandlung von Patienten mit BCR-ABL1 positiven Leukämien, bleibt es weiterhin herausfordernd Patienten mit einem Rezidiv oder einer therapierefraktären Erkrankung zu behandeln. Chemotherapie und Tyrosin-Kinase-Inhibitoren verursachen schwerwiegende Nebenwirkungen und beinträchtigen die Lebensqualität der Patienten. Daher ist es notwendig neue zielgerichtete Therapie zu entwickeln, um Toxizität einzusparen. Das Hitzeschock Protein 90 (HSP90) ist maßgeblich an der Faltung des Onkoproteins BCR-ABL1 beteiligt und ist in Leukämiezellen häufig überexprimiert. Dies geht mit einer schlechten Prognose für die Patienten einher. HSP90 ist somit eine attraktive Zielstruktur neue zielgerichtete Therapien zu entwickeln. In BCR-ABL1 positiven Zellen konnte durch den genetischen knockdown der beiden zytosolischen Isoformen HSP90α und β ein robuster Mechanismus identifiziert werden, der die Balance in der Expression beider Isoformen sichert und die absolute Menge des HSP90 Proteins innerhalb der Zelle auf einem konstanten Niveau hält. Außerdem konnte ich Mechanismen entschlüsseln, die zur Resistenz gegen den N-terminalen HSP90 Inhibitor Zelavespib (PU-H71) und den C-terminal spezifischen Inhibitor Coumermycin A1 führen. PU-H71 resistente Zellen sind durch eine signifikant erhöhte Expression von HSP90α und ALDH1A1 charakterisiert. HSP90α Überexpression stabilisiert die Kinasen SRC und AKT, welche den klassischen RPS6 Signalweg aktivieren. Außerdem zeigen diese Zellen eine HSP90α S164F Mutation. Coumermycin A1 resistente Zellen hingegen sind vor allem durch eine erhöhte Expression der Effluxpumpe MDR1 ausgezeichnet. Darüber hinaus wurde ein first-in-class C-terminus spezifischer Inhibitor, der die Dimerisierung von HSP90 verhindert, untersucht und validiert. Die Inhibitoren 5b und VWK147 reduzieren die Viabilität von unterschiedlichen Leukämiezellen einschließlich primärer Zellen von Patienten mit rezidivierten Erkrankungen. Durch biochemische, biophysikalische und zelluläre Experimente konnte ich zeigen, dass 5b und VWK147 an den C-terminus von HSP90 binden und so seine Dimerisierung blockieren können. In initialen in vivo Experimenten zeigte 5b ein vielversprechendes Potential trotz Einschränkungen in seiner Löslichkeit. Daher bieten die Komponenten 5b und VWK147 eine ideale Grundlage, optimale Medikamente dieser neuen Wirkstoffklasse zu entwickeln.
Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	06.02.2025
Dateien geändert am:	06.02.2025
Promotionsantrag am:	20.06.2023
Datum der Promotion:	27.10.2023