Neuartige Strategien zur Behandlung von onkogenem KRAS und dessen Einfluss auf das Immuncheckpointmolekül PD-L1 in soliden Tumoren
Bis zum heutigen Tag existiert keine spezifische Therapie gegen KRAS, dem meistmutierten Onkogen in humanen Tumoren. Seit über 30 Jahren gilt KRAS als „undruggable“, da die glatte Moleküloberfläche keinen Anker für small molecules bot, um großflächige Protein-Protein Interaktionen zu unterbinden. Auch indirekte FTase Inhibitoren zur Unterbindung der Membraneinbettung von KRAS erzielten klinisch keine Wirkung gegen KRASmut Tumore. Ziel dieser Arbeit war es erstmals direkt die Membraneinbettung von KRAS über eine Maskierung der C-terminalen CAAX-Box zu inhibieren. CAAX-Box Rezeptoren MFZ-115, -117 und -148 zeigten auf biochemischer Ebene eine Inhibition der FTase Aktivität mit hoher Selektivität für KRAS. In den Tumorzelllinien HCT116 und NCI-H358 erreichten die neuartigen CAAX-Box Rezeptoren eine Inhibition der Zellviabilität und ferner eine reduzierte Aktivität KRAS-abhängiger PI3K und MAPK Signalwege. Im Rahmen dieses Projektes der Grundstein für eine sequenzselektive Bindung von KRAS durch Maskierung der C-terminalen CAAX-Box gelegt werden.
Bisher in der Literatur beschriebene small molecules gegen KRAS zeigten keine ausreichende Selektivität zur Analyse bifunktionaler PROTAC Strukturen. Die hohe Bindeaffinität von Bisphenolen durch Fragmentevolution für antikanzerogene Effekte nutzen zu können, konnte trotz umfangreicher Derivatisierung nicht erzielt werden. Das small molecule Cpd12 zeigte im Hinblick auf KRAS-abhängige Signalkaskaden eine Selektivität gegen G12Dmut und G13Dmut Tumorzelllinien. Ferner konnte Cpd12 in vitro die Proliferation und metastatische Ausbreitung von Tumorzellen reduzieren. Diese Erkenntnisse verdeutlichen die therapeutische Relevanz der hydrophoben Bindetasche nahe der Switch I/II Region an KRAS.
Zwei unabhängige KRAS Inhibitoren, Cpd12 und BI-2852, zeigten eine inverse Korrelation zwischen inaktivem GDP-RAS und einer Aktivierung von STAT3, was in erhöhter Expression des Immuncheckpointmoleküls PD-L1 resultierte (Abb. 33). Bei geringem intrinsischen PD-L1 Level konnte auch die immunrelevante PD-L1 Oberflächenexpression signifikant erhöht werden. Vermutlich liegt TTP inaktiv im Nukleus vor und verzögert so den Abbau der PD-L1 mRNA, was zu erhöhter PD-L1 Proteinexpression führt. Ein STAT3 Knockdown verhinderte die KRAS Inhibitor-induzierte PD-L1 Überexpression in HCT116 Zellen.
Diese Arbeit trägt zu einem besseren Verständnis der Regulationsmechanismus zwischen mutiertem KRAS und dem Immuncheckpointmolekül PD-L1 bei. Bedeutsam sind diese Erkenntnisse für die Kombination neuartiger KRAS Inhibitoren und Immuncheckpoint Blockaden für zukünftig optimierte Behandlungsstrategien für Krebspatienten mit KRAS Mutationen
The discovery of a hydrophobic binding pocket in close proximity to the switch I/II region on KRAS was the starting point for new drug development. So far described compounds were lacking proper affinities for the usage as bifunctional PROTAC structures for proteosomal degradation of KRAS. Further, fragment evolution of high affinity bisphenols did not reach anti cancerous effects in KRASmut cancer cells. The small molecule Cpd12 reduced cancer cell viability and decreased PI3K/MAPK signaling in G12D and G13D mutant cancer cell lines. Moreover, Cpd12 reduced cell proliferation and metastatic spread in vitro. These results emphasize the therapeutic significance of targeting this hydrophobic binding pocket on KRAS.
Two independent KRAS inhibitors, Cpd12 and BI-2852, showed an inverse correlation of inactive GDP-bound KRAS and SAT3 activation, leading to increased PD-L1 expression in vitro. Significant upregulation of immunogenic cell surface PD-L1 was observed when intrinsic PD-L1 levels were low. Assumably, zinc finger protein TTP is trapped in the nucleus and no longer promotes degradation of the PD-L1 mRNA, leading to higher PD-L1 expression. A knockdown of STAT3 protein in HCT116 cancer cells prevented PD-L1 overexpression associated to KRAS inhibitor Cpd12.
The achieved knowledge about the interplay of novel KRAS inhibitors and immune checkpoint molecules will open new therapeutic options for cancer patients with mutations of the so far deemed undruggable KRAS.