Development of dual BET/HDAC inhibitors

Bezüglich der Arzneimittelforschung galt für sehr lange Zeit das Paradigma "ein Gen, ein Medikament, eine Krankheit". In jüngerer Zeit ändert sich dieses Paradigma jedoch auf Grund von redundanten Funktionen und alternativen sich kompensierenden Signalmustern, die insbesondere bei Krebserkrankungen vorherrschend sind. Daher kann die logische Konsequenz nur sein, Multi-Target-Strategien gegenüber Single-Target-Ansätzen in Betracht zu ziehen. Auf Grund der Schwierigkeit, mit einer Kombination von zwei Einzelwirkstoffen, in diesem Fall BET- und HDAC-Inhibitoren eine konsistente Biodistribution und Pharmakokinetik zu erreichen, wurde nach Einzelmolekülen gesucht, die mehrere inhibitorische Aktivitäten aufweisen. Dies wurde hier zunächst durch die einfache Konjugation von zwei unterschiedlichen Pharmakophoren erreicht. Insgesamt wurden vier verschiedene Liganden dieses Typs synthetisiert und einer von ihnen, Verbindung 14, zeigte sehr vielversprechende Ergebnisse. 14 vereint den BET Inhibitor JQ1- mit dem HDAC Inhibitor CI994 und hat eine hemmende Wirkung sowohl gegen BRD4- als auch HDAC-Proteine wie durch DSF- und nanoBRET-Assay gezeigt werden konnte. Außerdem zeigten in vitro Assays in PDAC-Zellen, dass 14 ein noch potenterer dualer BET/HDAC-Inhibitor ist als die Kombination aus JQ1 und CI994. Während die Effekte von 14 auf das BETi-Antwortgen MYC denen von JQ1 ziemlich ähnlich sind, sind insbesondere die HDAC-inhibitorischen Effekte nachhaltiger und verstärkt, wahrscheinlich aufgrund einer längeren Verweildauer von 14 auf HDAC als dies bei CI994 der Fall ist. Dies ist durch das hohe Niveau der acetylierten Lysine von Histon H3 im Western Blot erkennbar. Dieses veränderte Expressionsverhalten hatte einen großen Einfluss auf das Zellwachstum und überleben in allen getesteten PDAC-Zelllinien. Hier wurde die Überlegenheit von 14 gegenüber der gleichzeitigen Behandlung der Zellen mit JQ1 und CI994 sehr deutlich. Wurden PDAC-Zellen mit dem dualen Inhibitor 14 behandelt, hatte dies ein geringeres Wachstum und Überleben der Krebszellen zur Folge als mit beiden ursprünglichen Molekülen, unabhängig davon, ob diese einzeln oder simultan verabreicht wurden. Außerdem wurde 14 mit Gemcitabin, einem gut verträglichen Chemotherapeutikum, kombiniert, dass bei PDAC allein nur eine begrenzte Aktivität aufweist. Es stellte sich heraus, dass die Reihenfolge, in der die Medikamente verabreicht werden, einen großen Einfluss auf die Effektivität hatte. Der durch 14 induzierte Stopp des Zellzyklus verhindert den Einbau von Gemcitabin in die DNA, wenn 14 vor oder gleichzeitig mit Gemcitabin verabreicht wird. Wenn jedoch die Behandlung mit 14 nach der Verabreichung von Gemcitabin folgt, wird der durch Gemcitabin induzierte S-Phasen-Arrest und Replikationsstress aufrechterhalten. Im Vergleich zu den meisten früheren Studien, die sich mit dualen BET/HDAC-Inhibitoren beschäftigten, ist dies eine große Verbesserung, da es bisher keinen signifikanten Unterschied zwischen der Verwendung eines dualen BET/HDAC-Inhibitors und der Kombination von zwei Einzelinhibitoren gab. Als Proof of Concept unterstützten die Daten weitere Bemühungen zur Entwicklung zusätzlicher dualer BET/HDAC-Inhibitoren. Daher wurden zwei weitere Generationen dualer BET/HDAC Inhibitoren entwickelt, die jedoch bisher nicht an die Eigenschaften von 14 anknüpfen konnten. Vor allem die 3. Generation bietet jedoch Raum für Optimierungen, so dass hier möglicherweise noch ein potenter dualer Inhibitor zu finden ist. Sollte es in Zukunft einen zugelassenen dualen BET/HDAC-Inhibitor geben, ist es jedoch nicht unwahrscheinlich, dass keine der hier verwendet BET inhibierenden Strukturen verwendet werden, aber Struktur des HDAC inhibierenden Teils immer noch vergleichbar ist. Der Grund dafür ist, dass die HDAC Inhibitoren größtenteils relativ einfach aufgebaut. So lange das wichtigste, die zinkbindende Gruppe vorhanden ist, scheint der Linker sowie die Capping-Gruppe zweitranging zu sein. Die größere Herausforderung wird vermutlich die Suche nach dem passenden BET Inhibitor sein und die Wahlmöglichkeiten sind schon jetzt vielfältig. Generell lässt sich sagen, dass die Idee der dualen BET/HDAC-Inhibitoren äußerst vielversprechend und es wert ist, weiter verfolgt zu werden. Dies liegt vor allem an den guten Testergebnissen, die mit Verbindung 14 erzielt wurden. Mit Hilfe dieser Art von Inhibitoren könnte es in Zukunft möglich sein, die Überlebensrate von PDAC-Patienten zu erhöhen, wenn nicht als alleiniges Medikament, so vielleicht als Zusatz zur Chemotherapie. Darüber hinaus scheint der Einsatz von dualen BET/HDAC-Inhibitoren nicht nur auf die Behandlung von PDAC beschränkt zu sein und kann auch bei anderen Krebsarten angewendet werden. NMC zum Beispiel ist ein ebenso seltener wie tödlicher Subtyp des schlecht differenzierten Plattenepithelkarzinoms und zeichnet sich durch eine Fusion des NUT-Gens mit BRD4 aus, wodurch es potenziell anfällig für eine BET-Inhibition ist. Tatsächlich zeigte 14 auch hier einen größeren positiven Effekt auf die getesteten NMC-Zellen als JQ1 oder CI994 und veranlasste die Zellen unter anderem zur Differenzierung. ...