GGTase

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Einleitung

Die Mutationshäufigkeit von Ras in humanen Tumoren ist höher als die jedes anderen Onkogens. Daher steht dieses Gen seit jeher im Fokus der Forschung von Krebsbiologen zur Entwicklung antineoplastischer Arzneimittel. 1989 zeigten mehrere Forschungsgruppen, dass Ras-Proteine posttranslational durch ein 15-Kohlenstoff-Farnesyl-Lipid modifiziert werden; später wurde nachgewiesen, dass dieses Lipid eine entscheidende Rolle für die Membranassoziation und Transformation spielt. Innerhalb eines Jahres wurde die Farnesyltransferase (FTase) im Labor gereinigt und charakterisiert. Später entdeckte dieselbe Gruppe eine zweite Prenyltransferase, die Geranylgeranyltransferase Typ I (GGTase-I). Nach Blockade der FTase konnte anschließend gezeigt werden, dass GGTase-I Ras modifiziert. Hamilton und Sebti waren Wegbereiter der Entwicklung von GGTase-I-Inhibitoren (GGTI).

Prenyltransferasen als Arzneimittelzielstrukturen

Ras gehört zu einer Klasse von Proteinen, die mit der CAAX-Sequenz enden. Diese Proteine durchlaufen eine Reihe posttranslationaler Modifikationen wie Polyprenylierung, Proteolyse und Carboxylmethylierung. Der erste geschwindigkeitsbestimmende Schritt der CAAX-Prozessierung wird durch eine von zwei Prenyltransferasen katalysiert. FTase und GGTase-I sind zytoplasmatische Heterodimere; sie besitzen eine gemeinsame α‑Untereinheit, unterscheiden sich jedoch in der β‑Untereinheit. Da das Ras-Protein ein Substrat der FTase ist und die Hemmung der FTase alle nachfolgenden Modifikationen unterbinden kann, wurde dieses Enzym zu einer naheliegenden primären Zielstruktur für die Arzneimittelentwicklung. In den vergangenen 15 Jahren haben zahlreiche pharmazeutische Unternehmen FTase untersucht und viele FTase-Inhibitoren (FTI) entwickelt, von denen einige Phase‑III‑klinische Prüfungen erreicht haben. Obwohl verschiedene regulatorische Proteine, einschließlich Komponenten der visuellen Signaltransduktionskaskade, Substrate der FTase sind, werden FTI sehr gut vertragen. Leider ist die Wirksamkeit dieser Wirkstoffe bei Tumoren enttäuschend.

Die alternative Prenylierung von Ras ist nur eine der Triebkräfte für die Entwicklung von GGTI. Inzwischen wurden GGTI entwickelt, die auf diese Substrate abzielen. Bei Monotherapie wurde gezeigt, dass GGTase‑I‑selektive Inhibitoren die Transformation in vitro sowie das Tumorwachstum in vivo beeinträchtigen. Im Gegensatz zu FTI können GGTI einen Zellzyklusarrest in G1 und Apoptose auslösen. Interessanterweise ist die zuvor prognostizierte schwere Toxizität von GGTI deutlich weniger ausgeprägt als angenommen. Die antitumoralen Zielstrukturen von GGTI sind jedoch weiterhin unklar, und es ist offensichtlich, dass bessere präklinische Modelle erforderlich sind, um die Konsequenzen einer GGTase‑I‑Hemmung in vivo zu bewerten.

Abbildung 1. Prenylierung von CAAX-Proteinen (Philips. M.R.; Cox, A.D. 2007)

GGTase-I-Mangel mildert K‑Ras‑getriebene Tumoren

Die Etablierung eines genetischen Modells eines GGTase‑I‑Mangels wird dazu beitragen, das Potenzial der GGTase‑I als Zielstruktur für antineoplastische Arzneimittel weiter zu erschließen. Sjogren und Kollegen erzeugten ein konditionelles Knockout-Allel (Pggt1b) für die β‑Untereinheit der GGTase‑I, bei dem Exon 7, das für die Enzymaktivität essenziell ist, von loxP-Sequenzen flankiert wird. Wie begrenzt der GGTase‑I‑Mangel die Onkogenität von K‑Ras in dem von Sjogren et al. beschriebenen Modell? Die einfachste Erklärung ist der Funktionsverlust eines oder mehrerer CAAX-Proteine. Diese Proteine benötigen Geranylgeranyl, um aktiv zu sein, und sind für die vollständige Ausprägung der K‑Ras‑vermittelten Onkogenese erforderlich.

Die von Sjogren et al. berichteten Ergebnisse bestätigten die Strategie, GGTase‑I als Zielstruktur für die Entwicklung antineoplastischer Wirkstoffe zu adressieren, weiter. Gleichzeitig lässt diese Arbeit viele Fragen offen. Ist der antitumorale Effekt des GGTase‑I‑Mangels spezifisch für Ras‑abhängige Tumoren? Bedeutet die Möglichkeit, die Proliferation GGTase‑I‑defizienter Zellen mit wenigen farnesylierten Substraten zu retten, dass – entgegen früheren Erwartungen – viele GGTase‑I‑Substrate im Kontext eines GGTase‑I‑Mangels alternativ durch FTase prenyliert werden können? Welche geranylgeranylierten Proteine sind in diesem Modell erforderlich, um die K‑Ras‑Tumorigenese zu maximieren?

Die wichtigste Frage ist, ob sich die in diesem neuen K‑Ras‑getriebenen Lungen-Tumormodell berichteten Ergebnisse auf den Menschen übertragen lassen. Selbst wenn das im Erstbericht vorgeschlagene Modell keine unmittelbaren Rückschlüsse auf humane Krebserkrankungen zulässt, kann die Pggt1b fl/fl‑Maus durch einfache Kreuzung mit anderen Krebsmausmodellen in Stämmen, die Cre gewebespezifisch exprimieren, genutzt werden. Auf diese Weise können Pggt1b fl/fl‑Mäuse ein wertvolles Instrument zur Bewertung der Rolle der GGTase‑I in der Onkogenese sein.