Targeting HER2-expressing tumors with potent drug conjugates and fusion toxins based on scaffold proteins
Tid: Ti 2022-09-27 kl 10.00
Plats: Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/69875908047
Språk: Engelska
Ämnesområde: Bioteknologi
Respondent: Haozhong Ding , Proteinvetenskap, Torbjörn Gräslund's group
Opponent: Professor Harald Kolmar, Institute for Organic Chemistry and Biochemistry, Technische Universität Darmstadt, Darmstadt, Germany
Handledare: Professor Torbjörn Gräslund, Proteinvetenskap, Albanova VinnExcellence Center for Protein Technology, ProNova, Proteinteknologi; Professor Stefan Ståhl, Proteinvetenskap, Albanova VinnExcellence Center for Protein Technology, ProNova, Proteinteknologi
QC 2022-09-02
Abstract
Riktad terapi är en framväxande behandlingsmetod för en mängd olika cancerformer. Små affinitetsproteiner är ett alternativ till konventionella antikroppsbaserade målsökarmolekyler. Två små affinitetsproteiner – de 58-aminosyror stora affibodymolekylerna och de 46 aminosyror stora Albumin binding domain derived affinity proteins (ADAPTs) – har tidigare genererats för att binda till en stor mängd olika tumörassocierade molekylära målmolekyler med hög affinitet.
Human epidermal growth factor receptor 2 (HER2) är en membranbunden receptor för överföring av tillväxtsignaler. Uttryck av en hög nivå av HER2 kan få celler att dela sig och kan i slutändan leda till cancer. Det har tidigare visats att HER2 är involverat i flera olika typer av cancer, t.ex. bröst-, äggstocks-, urinblåse- och magcancer.
HER2-riktade affibodymolekyler och ADAPT-molekyler har tidigare utvecklats, t.ex. ZHER2:2891 och ADAPT6, med stark affinitet till HER2 med jämviktsdissociationskonstanter på 76 pM respektive 2,5 nM. Deras ringa storlek och höga specificitet har gjort dessa två affinitetsproteiner till lovande kandidater för avbildning av HER2-positiva bröstcancertumörer i kliniska prövningar.
Leverans av cytotoxiska läkemedel till cancerceller, med användning av en målsökande domän, kan potentiellt döda cancercellerna samtidigt som de har en låg cytotoxisk effekt på normala celler. Många cancerriktade antikroppsläkemedelskonjugat (ADCer) och toxiska proteiner (immunotoxiner) har expanderat cancerbehandlingsmöjligheterna. Små affinitetsproteiner är lovande som alternativa målsökarmolekyler för att bygga nya läkemedelskonjugat eller immunotoxiner för cancerbehandling.
I denna avhandling undersökte jag först ett affibodybaserat läkemedelskonjugat (AffiDC) bestående av en anti-HER2 affibodymolekyl och ett antimitotiskt maytansinoid-derivat (DM1) för behandling av HER2-överuttryckande celler. Jag studerade en mängd olika format för den målsökande domänen för optimering av effektiviteten. Alla ZHER2:2891-baserade AffiDCer visade specifik antitumöraktivitet mot HER2-överuttryckande cancerceller in vitro, såväl som i transplanterade tumörer i möss. Leverupptaget av AffiDCerna kunde minskas genom att skydda den hydrofoba DM1-delen med en poly-glutaminsyra-linker, vilket kunde bidra till att minska potentiell levertoxicitet vilket möjliggör administrering av högre doser. Dessutom visade justering av valensen för den målsökande affibodydomänen (ZHER2) från en divalent domän till en monovalent domän ökad potens och minskat leverupptag. Vi undersökte också påverkan av antalet läkemedelsmolekyler på AffiDCernas farmakokinetiska profil. En AffiDC som bär tre DM1 visade högre leverans av DM1 till cancercellerna in vivo, men en kort halveringstid i blod och ett förhöjt leverupptag observerades samtidigt.
När det gäller design av fusionstoxiner, konstruerade vi en mängd olika rekombinanta toxiner. Måldomänerna var ZHER2:2891 och/eller ADAPT6, som var genetiskt fuserade med trunkerade versioner av den starkt cytotoxiska peptiden Pseudomonas Exotoxin A (PE). Alla fusionstoxiner vi studerade visade potent HER2-specifik antitumöraktivitet. Resultaten antydde att både ZHER2:2891 och ADAPT6 kunde leverera de PE-baserade cellgifterna specifikt till HER2-överuttryckande cancerceller.
I detta arbete har vi visat potentialen i att använda ZHER2:2891 och ADAPT6 som målsökande domäner för att bära det småmolekylära läkemedlet DM1, eller cytotoxiska PE-deriverade peptider till cancerceller. Man kan dra slutsatsen att noggrann molekylär design av målsökardomänen kan förbättra potensen avsevärt och minimera upptaget i normal vävnad.