Neues PROTAC-Medikament degradiert TERTs Unsterblichkeitsenzym des Krebses

Telomerase, zusammengesetzt aus der reversen Transkriptase TERT und ihrer RNA-Matrize TERC, wird in 80–90 % der menschlichen Krebserkrankungen reaktiviert und ermöglicht so unbegrenzte Zellteilung. Über die Telomer-Erhaltung hinaus unterstützt TERT das Überleben von Krebszellen durch nicht-katalytische Funktionen, darunter eine verbesserte DNA-Schadensreparatur, transkriptionelle Regulation, Unterdrückung mitochondrialer ROS und Modulation apoptotischer Schwellenwerte. Konventionelle Telomerase-Inhibitoren – einschließlich Imetelstat, dem ersten in dieser Klasse FDA-zugelassenen Wirkstoff – blockieren primär die enzymatische Funktion von TERT, lassen diese durch Protein-Interaktionen vermittelten Aktivitäten jedoch möglicherweise unberührt, was ihre therapeutische Wirksamkeit begrenzt.

Um diese Lücke zu schließen, entwickelte das Forschungsteam NU-PRO-1, ein kovalentes Proteolysis Targeting Chimera (PROTAC), das darauf ausgelegt ist, das TERT-Protein vollständig zu eliminieren, anstatt lediglich seine enzymatische Aktivität zu unterdrücken. Das Design begann mit strukturbasiertem computergestütztem Docking unter Verwendung sowohl von Tribolium castaneum TERT (tcTERT) als auch einer hochauflösenden Kryo-EM-Struktur des humanen TERT, wobei der Primer-Grip-Cystein-Rest (C931 im hTERT) als kovalente Bindungsstelle identifiziert wurde. Das Team synthetisierte eine Bibliothek von sechs initialen PROTAC-Kandidaten, die ihren zuvor entwickelten kovalenten Inhibitor NU-1 über verschieden lange PEG-Linker mit dem VHL-E3-Ligase-Liganden (S,R,S)-AHPC verbanden, mit Verknüpfung entweder an der para- oder meta-Position des Difluorphenyl-Endes von NU-1.

Das Screening in MCF7-humanen Brustkrebszellen zeigte, dass meta-verknüpfte PROTACs den para-verknüpften Varianten überlagen und die Linkerlänge entscheidend war – die meta-Variante mit zwei PEG-Einheiten (A₂m) erzielte bei lediglich 0,3 μM einen TERT-Abbau von 69 %. Geleitet von aktualisierten hTERT-Docking-Daten, die eine wichtige Wasserstoffbrückenbindung zwischen der para-Fluorgruppe und R631 zeigten, synthetisierte das Team anschließend NU-PRO-1, das das para-Fluor wiederherstellte und dabei die meta-Linkeranbindung beibehielt. NU-PRO-1 zeigte eine überlegene Abbaueffizienz gegenüber A₂m und erreichte innerhalb von 8 Stunden bei 0,1–0,4 μM eine wirksame TERT-Reduktion. Ein vollständiges Zeitverlaufsexperiment zeigte, dass der Abbau nach 2 Stunden einsetzte, bei etwa 10 Stunden seinen Tiefpunkt erreichte und die TERT-Spiegel bis 24 Stunden wieder auf Ausgangswerte anstreben – was auf eine transiente Abbauidynamik hindeutet, die mit dem Verhalten kovalenter PROTACs konsistent ist.

Wirkungsmechanismus-Studien bestätigten, dass NU-PRO-1 spezifisch über den Ubiquitin-Proteasom-Weg wirkt: Eine Vorbehandlung mit dem Proteasom-Inhibitor MG132, dem Cullin-RING-Ligase-Inhibitor MLN4924 oder kompetitiven VHL-Liganden (AHPC-HCl oder VH-298) blockierte den TERT-Abbau jeweils vollständig. Entscheidend ist, dass ein nicht-kovalentes Kontroll-PROTAC (A₂m-nc, bei dem der reaktive Warhead-Methylenrest entfernt wurde) deutlich verringerte Aktivität zeigte, was die Bedeutung der kovalenten TERT-Bindung für einen effizienten Abbau dieses in geringer Abundanz vorliegenden Targets bestätigt.

Um die funktionellen Konsequenzen zu untersuchen, wurden Zellen mit 6 Gy bestrahlt und 24 Stunden später auf persistente Marker für DNA-Doppelstrangbrüche (53BP1- und γH2AX-Foci) untersucht. Bei der TERT-abbauenden Dosis (0,3 μM) verzögerte NU-PRO-1 die DNA-Reparatur effektiver als NU-1 allein. Bei einer höheren, nicht-abbauenden Dosis (1,0 μM) – die die katalytische Aktivität, nicht aber den Proteingehalt hemmt – verhielt sich NU-PRO-1 ähnlich wie NU-1, was darauf hindeutet, dass die verstärkte Radiosensibilisierung spezifisch auf den Verlust des TERT-Proteins und nicht allein auf die katalytische Hemmung zurückzuführen ist. Diese Befunde sprechen dafür, dass die nicht-katalytischen Funktionen von TERT in bedeutsamer Weise zur DNA-Schadensantwort in Krebszellen beitragen.