Informacja o dofinansowaniu ze środków budżetu państwa lub państwowego funduszu celowego
Projekt finansowany ze środków budżetu państwa
Nazwa programu lub funduszu
DOKTORAT WDROŻENIOWY IV EDYCJA
Nazwa projektu
Doktorat wdrożeniowy w Małopolskim Centrum Biotechnologii UJ – IV edycja - Ścieżka w ramach Szkoły Doktorskiej Nauk Ścisłych i Przyrodniczych
Kierownik projektu
dr Sebastian Glatt
Wartość dofinansowania
648,154.70 PLN
Całkowity koszt inwestycji
648,154.70 PLN
Krótki opis projektu
Cele projektu:
Celowana degradacja białek (ang. „targeted protein degradation”, TPD) oznacza wysoce specyficzne usuwanie metodami farmakologicznymi białek odpowiedzialnych za promowanie stanów patologicznych u ludzi. Technologia ta ma duży potencjał terapeutyczny, gdyż pozwala celować w białka, które nie posiadają żadnej funkcji enzymatycznej lub miejsc aktywnych, a które zazwyczaj nie są dostępne dla konwencjonalnych inhibitorów niskocząsteczkowych. Ponadto, w odróżnieniu od tradycyjnych leków, cząsteczki wykorzystujące TPD rzadziej wywołują zjawisko lekoodporności oraz wymagają znacznie niższych dawek terapeutycznych. Na dzień dzisiejszy opracowano kilka strategii celowanej degradacji białek (których wspólnym mianownikiem jest wykorzystanie związków niskocząsteczkowych („degraderów”) do indukcji powstawania kompleksów patologicznych białek z ligazami ubikwityny E3. Na skutek chemicznie wywołanego zbliżenia, białka patologiczne mogą następnie zostać oznaczane łańcuchami poliubikwityny i skierowane do degradacji w proteasomie.
Problemem technologicznym który zostanie rozwiązany w ramach projektu jest określenie geometrii oraz struktur kompleksów składających się z ligaz E3, degraderów oraz patologicznych białek. Ma to duże znaczenie, ponieważ samo powstawanie kompleksu nie gwarantuje osiągnięcia degradacji w modelowych liniach komórkowych i rzadko wiadomo co jest przyczyną braku aktywności. Typowo, na początku projektu poszukiwania nowych degraderów, dokonuje się identyfikacji związków powodujących rekrutację ligazy E3 do patologicznych białek w układach in vitro. Związki te bardzo często nie wykazują żadnej aktywności degradacyjnej w testach komórkowych i celem dalszych działań jest osiągnięcie degradacji na drodze modyfikacji chemicznych związków. Proces ten jest pracochłonny i obarczony ryzykiem; zakłada się, że prawdopodobnymi przyczynami braku aktywności mogą być słaba absorpcja związków do wnętrza komórki lub nieproduktywna architektura kompleksu degradacyjnego. Wyznaczen ie struktury kompleksu z ligazą E3 będzie mieć istotny wpływ na obranie strategii dalszej strategii optymalizacji; w przypadku związków indukujących produktywny kompleks z ligazą E3 będzie można skupić się na optymalizacji właściwości ADMET, podczas gdy dla nieoptymalnej geometrii kompleksu (np. kiedy podjednostka katalityczna ligazy E3 jest znacznie oddalona od patologicznego białka), zasadne będzie wprowadzanie zmian w topologii chemicznej degradera.
Głównym wynikiem będzie określenie struktury cryo-EM, która dostarczy informacji na temat uporządkowania domen i ogólnej architektury badanych kompleksów białkowych.
Główny cel:
- opracowanie strategii przygotowywania próbek oraz zbierania danych cryoEM o wysokiej rozdzielczości dla ligaz ubiwityn z rodziny kulin oraz ich kompleksów, które będą mieć złożoną strukturę o wewnętrznej elastyczności i ograniczonej stabilności termodynamicznej. Jest to problem możliwy do rozwiązania, o czym świadczą niedawne publikacje.
Cele pracy badawczej:
- Optymalizacja procedur przygotowania próbek do cryoEM, w tym warunków zamrażania, stabilizacji słabych i dynamicznych kompleksów przez fuzje genetyczne lub chemiczne sieciowanie
- Próby pomiarów, analizy i określania struktury cryoEM dla co najmniej 3 członków rodziny cullin
Harmonogram realizacji działalności naukowej
Zadaniem badawczym dokotoranta będzie będzie określenie optymalnych warunków środowiska chemicznego w celu promowania współkrystalizacji kompleksów między docelowymi degradatorami białka i ich partnerami białkowymi. Pomimo ostatnich osiągnięć technicznych i sukcesów nadal pozostaje to żmudnym i trudnym zadaniem, szczególnie w przypadku związków efektorowych o niskiej rozpuszczalności lub w wypadku występowania dynamicznego kompleksu, który przyjmuje wiele różnych konformacji. Problem jest jednak możliwy do rozwiązania, o czym świadczą wyniki w literaturze (np. Farnaby, W., Koegl, M., Roy, M.J. et al. BAF complex vulnerabilities in cancer demonstrated via structure-based PROTAC design. Nat Chem Biol 15, 672–680 (2019). https://doi.org/10.1038/s41589-019-0294-6, Gadd, M., Testa, A., Lucas, X. et al. Structural basis of PROTAC cooperative recognition for selective protein degradation. Nat Chem Biol 13, 514–521 (2017). https://doi.org/10.1038/nchembio.2329) oraz wewnętrzne doświadczenie Captor Therapeutics.
Główne cele badawcze:
- Oczyszczanie co najmniej 3 różnych rekombinowanych ligaz E3 z rodziny cullin i ich docelowych białek do degradacji
- Próby krystalizacji dla minimalnych kompleksów trójskładnikowych E3-Protac-target
- Ustanowienie optymalnych metod współoczyszczania i wzbogacania kompleksów
- Projektowanie i produkcja białek fuzyjnych cullin (np. kompleksów adapter-receptor) w celu poprawy jednorodności białek i zwiększenia stabilności kompleksów kulliny
- Zbieranie danych dyfrakcyjnych, analiza i określanie struktury krystalicznej
Wyniki otrzymane w ramach projektu będą możliwe do publikacji, ponieważ do wstępnych eksperymentów użyjemy szeroko opisanych układów modelowych, np. kompleksu VHL-MZ1-BRD4 (Nat Chem Biol. 2017 May;13(5):514-521. doi: 10.1038/nchembio.2329). Ponadto, ramy czasowe studiów doktoranckich zbiegną się z harmonogramem projektów realizowanych w Captor Therapeutics i co najmniej 3 z obecnie realizowanych projektów zakończą się przed 2024 rokiem, co otworzy drogę do kolejnych publikacji.