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- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-544783
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.54478
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 12 June 2025 |
| Referee: | Prof. Dr. Siavosh Mahboobi |
| Date of exam: | 13 June 2023 |
| Institutions: | Chemistry and Pharmacy > Institute of Pharmacy > Pharmaceutical/Medicinal Chemistry I (Prof. Elz) |
| Keywords: | Akute Myeloische Leukämie (AML), Tyrosinkinaseinhibitoren (TKIs), FLT3, FLT3-ITD, FLT3-TKD, Proteolysis targeting chimeras (PROTACs) |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 540 Chemistry & allied sciences |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 54478 |
Abstract (German)
Bei der Diagnose der AML werden bei einem großen Anteil aller Patienten genetische Aberrationen festgestellt, die die Tyrosinkinase FLT3 betreffen. Diese aktivierenden Mutationen tragen kausal zum Fortschreiten der Erkrankung bei und sind oft mit schlechten Prognosen für die betroffenen Patienten verbunden. Daraus folgend ergibt sich durch Inhibierung oder sogar den Abbau des entsprechenden ...
Abstract (German)
Bei der Diagnose der AML werden bei einem großen Anteil aller Patienten genetische Aberrationen festgestellt, die die Tyrosinkinase FLT3 betreffen. Diese aktivierenden Mutationen tragen kausal zum Fortschreiten der Erkrankung bei und sind oft mit schlechten Prognosen für die betroffenen Patienten verbunden. Daraus folgend ergibt sich durch Inhibierung oder sogar den Abbau des entsprechenden Proteins ein Ansatzpunkt für Behandlungsstrategien gegen diese Erkrankung, um die Proliferation der leukämischen Blasten zu stoppen und ihre Apoptose zu induzieren. Als besonders problematisch bei den konventionellen Strategien zur AML-Behandlung erweisen sich im Laufe der Therapie erlernte Resistenzen durch Mutationen innerhalb der FLT3-Proteinsequenz.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden einige neue Moleküle als potenzielle kleinmolekulare Wirkstoffe gestaltet und synthetisiert. Dazu wurden einige Grundstrukturen entwickelt, die sich durch verschiedene Gruppen an verschiedenen Positionen einer Bisarylmethanon-Grundstruktur auszeichnen. Im Anschluss wurde deren Potential als Hemmstoff aktivierender ITD-Mutationen der Tyrosinkinase FLT3 in einem enzymatischen Testsystem evaluiert. Darauf aufbauend wurden vielversprechende Grundstrukturen auch bezüglich ihrer Hemmwirkung gegenüber der therapie-assoziierten Mutante FLT3-D835Y (Enzymtest) und anschließend in zellulären Systemen und teilweise in vivo untersucht.
Besonders mit den Verbindungen der Grundstruktur VI konnte eine Gruppe von Molekülen mit sehr hohem Potenzial geschaffen werden. Eine besonders potente Inhibition der Tyrosinkinase FLT3 konnte durch möglichst einfache sekundäre Amine erreicht werden, wobei neben der Dimethylamin-Verbindung 150 ein Derivat mit N-Methyl-Piperazin 151 als Kopfgruppe herausragende Eigenschaften zeigten. Modelling-Experimente bestätigen eine starke Bindung der gezeigten Moleküle zum entsprechenden Rezeptor. Sehr viele Verbindungen der Grundstruktur VI erwiesen sich auch in zellulären Testsystemen als potente Inhibitoren mit enormen antiproliferativen Eigenschaften. Verbindung 150 und 151 wirken stark wachstumshemmend auf die menschlichen Leukämie-Zelllinien MV4-11, EOL-1, MOLM-12, MONO-MAC-1 und MONO-MAC-6, sowie auf Ba/F3-Zellen mit resistenz-mutierter FLT3. Außerdem wird von den Verbindungen Apoptose in mutierten Ba/F3-Zellen induziert. Die Verbindungen zeigen in einem hohen Maße Kinase-Selektivität, wobei 150 und 151 außer FLT3 fast keine weitere Kinase beeinflussen. Ein großer Vorteil entsprechender HCl- bzw. TFA-Salze vieler neu-synthetisierten Verbindungen stellt ihre deutlich erhöhte Wasser- und Ethanol-Löslichkeit im Vergleich zu bestehenden Tyrosinkinase-Inhibitoren dar, wodurch sich eine deutlich bessere Bioverfügbarkeit ergeben sollte.
Durch Untersuchungen zur in vivo-Tolerabilität zeigte das HCl-Salz 150c eine besonders hohe Verträglichkeit vor allem durch orale Applikation. Darüber hinaus verlängerte der Wirkstoff das Leben leukämischer Mäuse drastisch und erwies sich als deutlich besser verträglich (bezüglich Körpergewichts und Gesamtüberleben) und in höheren Dosen anwendbar als die beiden etablierten Wirkstoffe Quizartinib 6 und Midostaurin 1. Daneben ist Verbindung 150c in der Lage, das Tumorwachstum in vivo deutlich besser zu reduzieren als Midostaurin 1 und nahezu im selben Maß wie Quizartinib 6.
Im zweiten Teil der Arbeit wurde ein weiteres Konzept eingeführt, von dem sich ebenfalls eine verbesserte Strategie zur Überwindung von Resistenzen und weiterer Problematiken der konventionellen AML-Therapie versprochen wird. PROTACs sollen durch die Verknüpfung eines FLT3-bindenden Liganden mit einer E3-Ligase-spezifischen Struktur den Abbau der entsprechenden Proteine induzieren. Zu diesem Zweck beinhaltet diese Arbeit einige Beispiele zum Design von PROTACs, die auf FLT3 abzielen sollen. Bei allen synthetisierten Molekülen handelt es sich dabei um Moleküle, deren Verknüpfung auf Alkylketten und einem Triazol-Ring basiert, während als E3-Ligase-spezifische Ligand VHL- oder Thalidomid-Derivate verwendet wurden. Eine vielversprechende Struktur aus dem ersten Teil der Arbeit wurden als FLT3-Ligand verwendet, wie bei 287 und 289 beispielhaft gezeigt.
Translation of the abstract (English)
At diagnosis of AML, a large proportion of all patients are found to have genetic aberrations affecting the tyrosine kinase FLT3. These activating mutations contribute causally to disease progression and are often associated with poor prognosis for affected patients. Consequently, inhibition or even degradation of the corresponding protein provides a target for treatment strategies against this ...
Translation of the abstract (English)
At diagnosis of AML, a large proportion of all patients are found to have genetic aberrations affecting the tyrosine kinase FLT3. These activating mutations contribute causally to disease progression and are often associated with poor prognosis for affected patients. Consequently, inhibition or even degradation of the corresponding protein provides a target for treatment strategies against this disease to stop proliferation of leukemic blasts and induce their apoptosis. Resistance learned during therapy due to mutations within the FLT3 protein sequence has proven to be particularly problematic in conventional AML treatment strategies.
In this work, several new molecules were designed and synthesized as potential small molecule drugs. For this purpose, some basic structures were developed, characterized by different groups at different positions of a bisarylmethanone basic structure. Subsequently, their potential as inhibitors of activating ITD mutations of the tyrosine kinase FLT3 was evaluated in an enzymatic assay system. Based on this, promising basic structures were also investigated regarding their inhibitory effect against the therapy-associated mutant FLT3-D835Y (enzymatic assay) and subsequently in cellular systems and partially in vivo.
Especially with the compounds of basic structure VI, a group of molecules with very high potential could be created. A particularly potent inhibition of the tyrosine kinase FLT3 could be achieved by secondary amines as simple as possible. Besides the dimethylamine compound 150, a derivative with N-methyl-piperazine 151 as head group showed outstanding properties. Modeling experiments confirmed strong binding of the molecules shown to the corresponding receptor. Very much compounds of basic structure VI also proved to be potent inhibitors with tremendous antiproliferative properties in cellular assay systems. Compounds 150 and 151 have potent growth inhibitory effects on human leukemia cell lines MV4-11, EOL-1, MOLM-12, MONO-MAC-1 and MONO-MAC-6, as well as on Ba/F3 cells with resistance-mutated FLT3. In addition, the compounds induce apoptosis in mutant Ba/F3 cells. The compounds show kinase selectivity to a high degree, with 150 and 151 affecting almost no kinase other than FLT3. A major advantage of corresponding HCl or TFA salts of many newly synthesized compounds is their significantly increased water and ethanol solubility compared to existing tyrosine kinase inhibitors, which should result in much better bioavailability.
Through in vivo tolerability studies, HCl salt 150c showed particularly high tolerability especially by oral administration. In addition, the compound dramatically prolonged the life of leukemic mice and proved to be significantly better tolerated (in terms of body weight and overall survival) and applicable at higher doses than the two established drugs quizartinib 6 and midostaurin 1. In addition, compound 150c can reduce tumor growth in vivo significantly better than midostaurin 1 and almost to the same extent as quizartinib 6.
In the second part of the work, another concept was introduced, which is also expected to provide an improved strategy to overcome resistance and other problems of conventional AML therapy. PROTACs are expected to induce degradation of the corresponding proteins by linking a FLT3-binding ligand to an E3 ligase-specific structure. To this end, this work includes several examples of the design of PROTACs to target FLT3. All the molecules synthesized are molecules whose linkage is based on alkyl chains and a triazole ring, while VHL or thalidomide derivatives were used as E3 ligase-specific ligands. A promising structure from the first part of the work were used as FLT3 ligands, as exemplified at 287 and 289.
Metadata last modified: 12 Jun 2025 04:33
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