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SU11248 is a multitargeted kinase inhibitor approved for the treatment of metastatic renal cell carcinoma and gastrointestinal stromal tumors. For an optimal clinical impact of the drug and its precise response prediction in patients including adverse side-effects, drug target interaction profiles and molecular sites of action are of major importance. Using an efficient affinity chromatography based chemical proteomics approach the target spectrum of SU11248 was profiled in cancer cell lines from different tissue origins and primary mRCC tumors. 313 putative kinase targets were identified. Functional annotation of the targets revealed a diverse inhibition spectrum of SU11248 on cellular signalling processes regulating cell proliferation, survival, migration, invasion as well as energy metabolism and protein-biosynthesis. In addition, new non-kinase targets, including metabolic enzymes, were also found in the performed proteome-wide cell-based interaction screen. A direct proof of target relevance and inhibitor function could be shown by RNAi. Knock-down of high affinity targets significantly reduced SU11248 activity. Moreover, protein expression profiling showed that SU11248 sensitive cell lines are mesenchymal-like with high levels of Vimentin, compared to insensitive cell lines which are more epithelial-like, expressing high levels of E- cadherin. The expression levels of high affinity targets as well as Vimentin and E-cadherin may function as biomarkers for the prediction of SU11248 efficacy in vivo. In addition, phosphoproteomics and a SU11248 biological activity screen in cancer cell lines from different tumor types revealed a strong inhibitory impact of the drug on signalling networks within cancer cells regulating the hallmarks of cancer and potential new tumor indications suitable for SU11248 treatment in future. Taken together, the data constitute a comprehensive study of SU11248 activity and selectivity under cell physiological conditions and provide cancer-tissue specific molecular sites of action. SU11248 gehört zur Klasse der niedermolekularen Kinase Inhibitoren, die in der Krebsmedizin für die gerichtete Krebstherapie eingesetzt werden. SU11248 war das erste Krebsmedikament seiner Klasse, welches im Jahre 2006 gleichzeitig für metastasierende Nierenzellkarzinome und imatinib-resistente Tumore des Magen-Darm Traktes zugelassen wurde. Für eine optimale therapeutische Wirkung und Anwendung eines Krebsmedikamentes ist es von großer Bedeutung, das genaue molekulare Wirkspektrum zu kennen. Wirkmechanismen und Angriffspunkte des Inhibitors innerhalb der Zelle geben Aufschluss über seine Wirkeffizienz in bestimmten Tumorindikationen, sowie Hinweise auf mögliche Nebenwirkungen während einer Therapie. Die Kombination von Affinitätschromatographie und anschließender massenspektrometrischer Identifizierung potentieller Bindungspartner, auch `chemical proteomics` genannt, ermöglicht die Identifizierung zellweiter Interaktionspartner niedermolekularer Inhibitoren. In dieser Arbeit wurde das Profil von SU11248 in Krebszelllinien verschiedener Tumorindikationen, sowie primären Nierenzellkarzinomen analysiert. Insgesamt wurden 313 potentielle Kinasetargets identifiziert. Die funktionelle Charakterisierung gefundener Interaktoren ergab ein breites biologisches SU11248 Wirkspektrum, welches mit Prozessen zur Regelung von Zellproliferation, Zellmigration und Invasion, Zelltod, Zellwachstum im Allgemeinen, sowie Energiemetabolismus und Proteinbiosynthese interferiert. Durch die funktionelle Charakterisierung hoch-affiner SU11248 Kinasetargets mittels RNAi, konnte eine direkte Verbindung zwischen Target Relevanz und Inhibitorfunktion gezeigt werden. Hoch affine Zielproteine spielen eine essentielle Rolle bei der Wirkung von SU11248 in Krebszelllinien. Ihre Expression und zelluläre Relevanz korreliert mit der Aktivität des Inhibitors. Sie könnten als `Marker of Responsiveness` in der Klinik zur Diagnose der Wirkeffizienz von SU11248 in Tumoren eines bestimmten genetischen Hintergrundes verwendet werden. Die starken anti-proliferativen und zelltod-induzierenden Effekte von SU11248 in einem breiten Tumorspektrum, lassen auf weitere mögliche Anwendungsgebiete von SU11248 in der Krebstherapie in der Zukunft schließen. Zusammenfassend zeigt die in dieser Arbeit durchgeführte ganzheitliche Charakterisierung des niedermolekularen Inhibitors SU11248, seine krebstypübergreifende starke antitumorigene Wirkung, basierend auf einem breiten zellulären Targetspektrum, welches in die Regelung verschiedenster krebsrelevanter zellulärer Prozesse involviert ist. Durch die gezeigte funktionelle Relevanz bestimmter hoch-affiner Kinasetargets und die Zelltypcharakterisierung sensitiver und insensitiver Krebszelllinien basierend auf den Proteinen Vimentin und E-Cadherin, konnten Biomarker zur Charakterisierung der SU11248 Wirksamkeit gefunden werden. |