Chemisch stabilisierte Peptide nehmen „undruggable“ Krebs-Treiber ins Visier

Forscher an der University of Bath haben eine neue Technologie entwickelt, die Bakterien nutzt, um Millionen potenzieller Wirkstoffmoleküle in lebenden Zellen aufzubauen, chemisch zu stabilisieren und zu testen. Das macht es deutlich schneller und einfacher, neue Behandlungen für schwer therapierbare Krebserkrankungen zu entdecken. Die Technologie nutzt Bakterien, um riesige Bibliotheken von Peptidmolekülen zu produzieren und sie während der Prüfung in der Zelle chemisch zu stabilisieren (oder zu „stapeln“) und in definierte Formen zu bringen.

Wissenschaftler am Department of Life Sciences der Universität untersuchen Peptide – kurze Ketten aus Aminosäuren, den Bausteinen von Proteinen – als potenzielle Arzneimittel gegen eine Familie notorisch „undruggabler“ Krebstreiber, die als Transkriptionsfaktoren bekannt sind. Diese Proteine fungieren als Hauptschalter, die die Genaktivität steuern, und sind bei Krebs häufig überaktiv.

In ihrer jüngsten, in Cell Chemical Biology veröffentlichten Studie hat das Team ein bakterielles System geschaffen, in dem jedes Bakterium ein anderes Peptid produziert, das anschließend in der lebenden Zelle chemisch modifiziert wird. Dieser chemische Schritt wirkt wie eine molekulare Klammer und fixiert jedes Peptid in einer definierten Form, die es normalerweise nicht einnehmen würde. Entscheidend ist, dass dieses chemische „Stapling“ erfolgt, nachdem das Peptid hergestellt wurde, aber während es sich noch in der Zelle befindet. Dadurch können die Forscher Millionen strukturell stabilisierter Peptide direkt in einem biologischen Kontext testen.

Nur Bakterien, die Peptide produzieren, die sowohl wirksam als auch nicht toxisch sind, überleben. So können die Forscher schnell die vielversprechendsten potenziellen Wirkstoffkandidaten identifizieren. Durch die Kombination chemischer Modifikation und biologischer Testung in einem einzigen Schritt rationalisiert der Ansatz die Wirkstoffsuche und überlässt der Biologie die Hauptarbeit.

Da die Chemie in lebenden Zellen abläuft, ist der Ansatz zudem sauberer, „grüner“ und günstiger als die konventionelle Peptid-Wirkstoffforschung. Er vermeidet die toxischen Lösungsmittel und mehrstufigen chemischen Prozesse, die üblicherweise erforderlich sind, um Peptide im Labor herzustellen und zu „stapeln“. Traditionelle Methoden erfordern, dass Peptide hergestellt, gereinigt, chemisch modifiziert und anschließend erneut gereinigt werden. Im Gegensatz dazu können die gestapelten Peptide in einem einzigen, vereinfachten Schritt direkt aus der Zelle zurückgewonnen werden. Diese Einfachheit macht den Ansatz zudem inhärent skalierbar, da dieselben bakteriellen Prozesse, die für die Entdeckung genutzt werden, prinzipiell auch für eine großskalige Peptidproduktion und Herstellung angepasst werden könnten.

Die modifizierten Peptide werden anschließend mithilfe einer vom Team entwickelten Technik, dem Transcription Block Survival (TBS)-Assay, auf Aktivität gescreent. In diesem System können Bakterien nur überleben, wenn das von ihnen produzierte Peptid den krebsauslösenden Transkriptionsfaktor erfolgreich blockiert. Durch die Kombination chemischer Peptidstabilisierung mit dem TBS-Assay können die Forscher in einem einzigen Experiment gleichzeitig Zehnmillionen verschiedener gestapelter Peptidvarianten herstellen und auf ihre Fähigkeit prüfen, ein Transkriptionsfaktor-Ziel abzuschalten.

Da das Überleben von einer erfolgreichen Zielblockade abhängt, dominieren die wirksamsten gestapelten Peptide schnell die Bakterienpopulation. Gleichzeitig werden alle Peptide, die instabil, unwirksam oder toxisch sind, während des Prozesses automatisch eliminiert.

Das Team hat die Technologie genutzt, um Peptidinhibitoren des Transkriptionsfaktors CREB1 zu identifizieren, der bei einer breiten Palette von Krebserkrankungen, darunter kolorektaler Krebs, überaktiv ist. Sie zeigten, dass diese Peptide in im Labor gezüchtete menschliche Krebszellen eindringen, CREB1-kontrollierte Signalwege herunterregulieren und Krebszellen selektiv abtöten können.

Das Team demonstrierte die Leistungsfähigkeit der Technologie, indem es Peptidinhibitoren eines Transkriptionsfaktors namens CREB1 entdeckte, der bei einer breiten Palette von Krebserkrankungen, darunter kolorektaler Krebs, überaktiv ist. Sie zeigten, dass die vielversprechendsten Peptide in im Labor kultivierte menschliche Krebszellen eindringen, CREB1-kontrollierte Signalwege herunterregulieren und Krebszellen selektiv abtöten können.

Der nächste Schritt wird sein zu testen, ob diese Peptidinhibitoren in komplexeren Gewebemodellen und in Tierstudien wirksam sind.