Identifizierung von Peptidliganden für funktionelle RNA-Strukturen über Screening von Phage-Display-Banken

Im Laufe der letzten Jahre hat sich die Aufmerksamkeit auf die Entwicklung von neuen RNA-bindenden Molekülen gerichtet. Grund dafür waren neue Erkenntnisse über die strukturelle und funktionelle Komplexität der RNA. So spielen spezifische RNA-Protein-Wechselwirkungen eine essentielle Rolle bei regulatorischen Prozessen. Die Spezifität dieser Interaktionen wird durch die dreidimensionale RNA-Struktur bestimmt. Somit bieten diese Wechselwirkungen ein attraktives Angriffsziel für die Suche nach niedermolekularen Substanzen, die in die regulatorischen Prozesse pathogener Organismen eingreifen. So gibt es im Replikationszyklus des HI-Virus mehrere essentielle Schritte, die der Interaktion zwischen charakteristischen, viralen RNA-Strukturen und der viralen Proteine bedürfen. Ein prominentes Beispiel ist die Verpackung der viralen RNA. Es handelt sich um einen hochspezifischen Prozess, bei dem aus einer Vielzahl von zellulären, viralen, gespleißten und ungespleißten RNA-Fragmenten, spezifisch die virale genomische RNA in die neu entstehende Partikel verpackt wird. Die Spezifität der Verpackung basiert auf der Erkennung der dreidimensionalen ps-Verpackungsstruktur am 5´-Ende der ungespleißten, viralen RNA durch die NCp7-Domäne des p55Gag- Vorläuferproteins. Die NCp7-Domäne ist durch zwei Zinkfingermotive, die in allen Onko- und Lentiviren mit Ausnahme der Spumaviren konserviert sind, gekennzeichnet. Durch die zentrale Rolle im HIV-1 Replikationszyklus bietet die ps-NCp7-Interaktion ein potentielles Angriffziel für antivirale Interventionen. Das langfristige Ziel des Projektes war die Identifizierung von Peptidliganden für das HIV-1 ps-Signal mittels der Phage-Display-Methode, welche die Basis für die Entwicklung antiviraler Moleküle liefern sollen. Die Methode des Phage-Display basiert auf der Affinitätsselektion von Peptiden, die als Fusionsproteine mit dem Hüllprotein an der Oberfläche eines Bakteriophagen exprimiert werden. Sie wurde sehr erfolgreich für die Selektion von Peptidliganden für Antikörper oder andere Proteindomänen eingesetzt. Für RNA-Targets gibt es nur gelegentliche Hinweise. Im Vordergrund des Projektes standen strukturelle Erkennungsmerkmale der Ligand-RNAWechselwirkung. Zur Identifizierung von Peptidliganden für das ps-Verpackungssignal sowie deren Teilelement SL3, das ebenfalls Verpackungsaktivitäten aufweist, wurden kommerzielle Phagen-Banken mit zufälliger Aminosäuresequenz eingesetzt. Im Rahmen des ersten Teilabschnitts konnten Phagen selektiert werden, die spezifisch an die Targetstrukturen gebunden haben und die Grundlage für die Ableitung von Peptidmotiven bildeten. Insgesamt konnten neun Motive abgeleitet werden, darunter das tryptophanreiche HXWPWW-Motiv, das Aminosäurehomologien zum nativen Liganden, dem NCp7-Protein, zeigte. Die Spezifität zur Ziel-RNA wurde mittels ELISA, CD-Spektroskopie und Peptidfilter-Bindungsstudien analysiert. Für die tryptophanreichen Peptide wurde die Affinität zur ps- und SL3-RNA ermittelt. Sie lag für das HWWPWWPeptid bei ca. 25 ± 2µM zur ps-RNA und bei ca. 34 ± 2µM zur SL3, also deutlich unter der Affinität des NCp7 (ca. 30nM). Entsprechend ließ sich das HWWPWW-Peptid in einem Kompetitions-ELISA mit ps-RNA als Target durch das native p55Gag- und NCp7-Protein, jedoch nicht durch ein unrelevantes RNA-bindendes Protein, verdrängen. Anschließend wurden mittels der CDspektroskopischen Mutationsanalyse die Bindungseigenschaften der Peptide optimiert, so dass zwei weitere Liganden, das HWWAWW- und HAWPWWPeptid, als potentielle ps-Liganden ermittelt werden konnten. Im zweiten Teil der Arbeit erfolgte die funktionelle Analyse der identifizierten Peptide hinsichtlich ihrer inhibitorischen Eigenschaften. Dazu wurden in HR´YFP-Zellen Pseudoviren, die das verpackbare Konstrukt ps-Yfp, sowie HIV-1 Gag-Pol und das Env des VSV-G enthielten, in Gegenwart des ps-bindenden Peptides, das als Rfp-Vpr-Fusionprotein vorlag, generiert. Eine Hemmung der Peptide auf die Verpackung der viralen RNA sollte dadurch messbar sein, dass die produzierten Pseudoviren weniger von der verpackbaren ps-Yfp-RNA enthielten als die Kontrollviren, die in Gegenwart eines Kontrollpeptids generiert wurden. Die Menge der Virus-RNA in den Partikeln wurde mittels einer quantitativen PCR-Methode, der Real-time-PCR, bestimmt. Einen hemmenden Einfluss auf die Verpackung der ps-Yfp-RNA und somit eine Inhibition der ps-NCp7-Interaktion hatte das HWWAWW-Peptid. Durch den Einsatz von 3 µg der HWWAWW-Rfp-Vpr-Vektors konnte die RNA-Menge um das fast 4000-fache im Vergleich zum Kontrollansatz reduziert werden

Phase I study of everolimus and mitomycin C for patients with metastatic esophagogastric adenocarcinoma

This study aimed at determining the recommended dose of the mammalian target of rapamycin inhibitor everolimus in combination with mitomycin C (MMC) in patients with previously treated metastatic esophagogastric cancer. In this phase I trial, patients received escalated doses of oral everolimus (5, 7.5, and 10 mg/day) in combination with intravenous MMC 5 mg/m2 every 3 weeks. Endpoints were the dose-limiting toxicity (DLT), safety, and response rates. Tumor tissues were tested for HER2-status and mutations in the PTEN, PIK3CA, AKT1, CTNNB1, and E-cadherin type 1 genes. Sixteen patients (12 male, four female) with gastric/gastroesophageal junction cancer were included. All patients were previously treated with a platinum-based chemotherapy. Treatment cohorts were: 5 mg/day, three patients; 7.5 mg/day, three patients; and 10 mg/day, 10 patients. No DLTs occurred during dose escalation. Most frequent grade 3 toxicities were leukopenia (18.8%) and neutropenia (18.8%). All other grade 3 toxicities were below 10%. No grade 4 toxicities occurred. Three (18.8%) patients experienced partial responses and four patients had stable disease (SD). Antitumor activity according to Response Evaluation Criteria In Solid Tumors (RECIST)-criteria was highest in the 10 mg/day cohort. No associations between HER2-status or detected mutations and response were observed. The recommended dose of everolimus combined with MMC is 10 mg/day. Encouraging signs of antitumor activity were seen (http://www.ClinicalTrials.gov; Clinical trial registration number: NCT01042782)

Combination of the Deacetylase Inhibitor Panobinostat and the Multi-Kinase Inhibitor Sorafenib for the Treatment of Metastatic Hepatocellular Carcinoma - Review of the Underlying Molecular Mechanisms and First Case Report

Advanced hepatocellular carcinoma still represents an unmet medical need that has only a limited overall survival despite the introduction of the multi-kinase inhibitor sorafenib. Recently, inhibitors of histone and other protein deacetylases have been established as novel therapeutic approaches to cancer diseases. We here review the molecular rationale for combining these two novel targeted therapies and report a patient with metastasized hepatocellular carcinoma who showed a partial remission of primary and metastatic lesions for five months after a combination therapy with sorafenib and the orally available pan-deacetylase inhibitor panobinostat

Optimization and antiviral analysis of peptide ligands for the HIV-1 packaging signal PSI

Oral presentations Background: We selected peptide ligands for the HIV-1 packaging signal PSI by screening phage displayed peptide libraries. Peptide ligands were optimized by screening spot synthesis peptide membranes. The aim of this study is the functional characterization of these peptide ligands with respect to inhibition of HIV-1 replication. Methods: Phage displayed peptide libraries were screened with PSI-RNA structures. The Trp-rich peptide motifs were optimized for specific binding on spot synthesis peptide membranes. The best binding peptide was expressed intracellularly in fusion with RFP or linked to a protein transduction domain (PTD) for intracellular delivery. The effects on virion production were analyzed using pseudotyped lentiviral particles. Results: After positive and negative selection rounds, phages binding specifically to PSI-RNA were identified by ELISA. Peptide inserts contained conserved motifs of aromatic amino acids known to be implicated in binding of PSI-RNA by the natural Gag ligand. The filter assay identified HKWPWW as the best binding ligand for PSI-RNA, which is delivered into several cell lines by addition of a PTD. Compared to a control peptide, the HKWPWW peptide inhibited HIV-1 replication as deduced from reduced titers of culture supernatants. As HKWPWW also binds to the TAR-RNA like the natural nucleocapsid PSI-RNA ligand, the effect on Tat-TAR inhibition will also be analyzed. Currently T-cell lines are established which stably express HKWPWW as well as a control peptide, which will be infected with HIV-1 to monitor the ability of HKWPWW to inhibit wild type HIV-1 replication. Conclusion: The selection of a peptide ligand for PSI-RNA able to inhibit HIV-1 replication proves the suitability of the phage display technology for the selection of peptides binding to RNA-structures. This enables the indentification of peptides serving as leads to interfere with additional targets in the HIV-1 replication cycle