Vorlesung 4: Cytostatika Kinasen I

Question 1

Welche Reaktion vermitteln Kinasen?

Was für einen Cofaktor benötigen sie?

Wo spielen Kinasen im Körper eine wichtige Rolle?

Answer 1

Kinasen sind Phosphatgruppen übertragende Enzyme

Der Cofaktor ist ATP

Wichtig bei Signaltransduktionswegen

Question 2

Welche pathobiochemischen Veränderungen können bei Kinasen auftreten, die dann zu Krebs führen?

Answer 2

Überexprimierung oder aktivierende Mutation von Kinasen

Question 3

Wofür stehen die folgenden Abkürzungen?

EGF

PDGF

VEGF

Answer 3

Epidermal Growth Factor

Platelet Derived Growth Factor (Blutplättchen Wachstumsfaktor)

Vascular Endothelial Growth Factor (Blutgefäßsystem)

Question 4

Was kann man mit der Abelson Tyrosinkinase vorhersagen?

• > Welche Krankheit?
• > Wo liegt die Veränderung?
• > Was ist das Philadelphia Chromosom?

Answer 4

Bei chronischer myeloischen Leukämie kommt es oft zur Fusion des Abelson (AbI) Tyrosinkinase Gens auf Chromosom 9 und dem “Break point cluster” (Bcr) Gen auf Chromosom 22

• > Erhalte das sogenannte “Philadelphia Chromosom”
• > Ist ein chimäres Onkogen (Bcr-Abl)
• > Durchgehend aktive Bcr-AbI Tyrosin Kinase

Question 5

Wie werden Kinasen reguliert?

Answer 5

• Eigenregulation durch allosterische Inhibitoren/Aktivatoren

ODER

• Autophosphorylierung

Question 6

Wie führt die Aktivierung einer RTK (Rezeptor Tyrosin Kinase) zur Aktivierung eines Signaltransduktionswegs?

Answer 6

1. Andocken eines Liganden an eine Rezeptoreinheit führt zur Dimerisierung
2. Dies führt zu einer Autophosphorylierung des cytosolischen Teils der RTK
3. Proteine im Cytosol können an diese Phosphate andocken/phosphoryliert werden
   - > Signaltransduktion

Question 7

Welche Endung besitzen die Namen der cytosolisch vorliegenden Tyrosinkinaseinhibitoren?

Answer 7

Enden alle auf “TINIB”

Question 8

Welche zwei Strategien kann man gegen RTK verfolgen?

Welche weitere Möglichkeit existiert bei RTK einzugreifen?

Answer 8

Im Cytosol: Tyrosinkinaseinhibitoren (TINIBE)

Im Extrazellulären Raum können Antikörper gegen die RTKs eingesetzt werden

Eingreifen in Signaltransduktionskette bevor das Signal zur DNA gelangt.

Question 9

Wie ist die “grobe” Topologie von Kinasen die mit der Röntgenstrukturanalyse aufgeschlossen wurde?

Answer 9

N-terminaler Bereich

C-terminaler Bereich

• > Verbunden durch eine Hinge Region
• > In der Mitte ist die Bindetasche für ATP

Question 10

Aufbau der ATP-Bindungstasche der Kinase

Was ist die Aufgabe der Gelenkregion (=Hinge-Region)?

Answer 10

• Verbindet C- und N-terminale Domäne
• Wechselwirkt über H-B-B mit dem Adenin des ATP

Question 11

Aufbau der ATP-Bindungstasche der Kinase

Was ist die Aufgabe der Triphosphatbindungsregion?

Answer 11

Magnesiumionen werden durch AS Reste stabilisiert und komplexieren die Phosphatgruppen

Question 12

Aufbau der ATP-Bindungstasche der Kinase

Was ist die Aufgabe der Hydrophoben Rückseitentasche?

• > Selektivitätstasche?
• > Gatekeeper?

Answer 12

• > Keine Wechselwirkung mit ATP
• > Die Größe wird durch die Größe der lipophilen Seitenketten der AS bestimmt
• > Sind bei Kinasen unterschiedlich, deshalb nennt man es “Selektivitätstasche”
• > Der Zugang zur hydrophoben Rückseitentasche wird durch den lipophilen Rest kontrolliert. Wird “Gatekeeper” genannt.

Question 13

DFG-Schleife

Welche drei Aminosäuren (DFG) sind hier gemeint?

Was ist die Aufgabe der DFG-Schleife?

Answer 13

Aspartat, Phenylalanin, Glycin

Komplexierung des ATPs mittels Magnesium -> Korrekte Positionierung

Question 14

Wie läuft die Reaktion des ATPs mit dem Substrat (Hier Serin) in Anwesenheit der DFG-Schleife ab?

Answer 14

Question 15

Wo befinden sich in der Bindetasche der Kinase die hydrophoben Regionen?

Wie ist ihr Verhältnis zu ATP?

Answer 15

Selektivitätstasche (=hydrophobe Region I) und hydrophobe Region II werden nicht von ATP adressiert

Question 16

Wie wird die Kinaseaktivität reguliert?

Answer 16

Aktivierungsloop phosphorylieren

Bindetasche wird nicht mehr von Aktivierungsloop blockiert

(Inaktive Form -> Aktive Form)

-> Ermöglicht Eintritt von ATP in die Kinase

Question 17

Was passiert mit dem DFG Motiv wenn die Kinase ATP bindet?

Was ist die Aufgabe des Regulatory Hydrophobic R-Spine und aus was besteht es?

Answer 17

Wenn Kinase ATP bindet, rotiert das DFG-Motiv in die aktive DFG-In-Konformation

Gebundenes ATP wird stabilisiert durch Regulatory Hydrophobic R-Spine, welches aus 4 Aminosäuren besteht.

Question 18

Welche Aminosäure ist beim DFG-Motiv von besonderer Bedeutung und in welche Richtung zeigt es in der DFG-in-Konformation bzw. in der DFG-out-Konformation?

Answer 18

Aspartat ist die wichtige Aminosäure

In der DFG-in-Konformation zeigt das Aspartat nach innen und ermöglicht durch das Magnesiumion die Komplexierung von ATP

In der DFG-out-Konformation zeigt das Aspartat nach außen und ermöglicht dadurch keine Komplexierung von ATP mittels Magnesium

Question 19

Was versteht man unter konservierten Bereichen/Motive in einem Protein?

Wie wird dies auch genannt?

Welcher Bereich in Kinasen ist hoch konserviert?

Answer 19

Eine Struktur die im Verlauf der Evolution erhalten geblieben ist und sich nicht verändert hat.

Wird auch als Konsensus-Sequenzen bezeichnet

ATP-Domäne ist hochkonserviert

Question 20

Entwicklung von Kinaseinhibitoren

-> Suche nach Selektivitätsunterschieden

Bei MAP-Kinasen kann der Glycin-Flip ausgenutzt werden. Was versteht man darunter?

Answer 20

Bei MAP-Kinasen befindet sich in der Hinge-Region Glycin

Durch die geringe Größe an Glycin wird eine erhöhte Flexibilität erreicht

• > Durch Annäherung eines Arzneistoffs wie Imatinib an die Bindetasche kann deshalb in der Hinge-Region eine Konformationsänderung herbeigeführt werden
• > Eine N-H Gruppe zeigt in die Bindetasche, statt einer Carbonylverbindung
• > Selektivität wird verändert

Dies wird als “Glycin-Flip” bezeichnet

Question 21

Was passiert wenn im Gatekeeper Phenylalanin gegen Threonin ausgetauscht wird?

Answer 21

Veränderung der Größe des Restes verändert die Größe der “back pocket”

-> Selektivität verändert

Question 22

Für die Bindetasche der Kinase existieren zwei Typen (Typ I und Typ II)

Von was sind diese beiden Typen abhängig?

Wie ist die Zuordnung?

Answer 22

Hängt mit dem DFG Motiv zusammen

In der aktiven Konformation (DFG-In-Konformation) spricht man von Typ I

In der inaktiven Konformation (DFG-Out-Konformation) spricht man von Typ II

-> Unterschiedliche Substrate

Question 23

Bindemodus von Kinase-Inhibitoren

Was lässt sich über die Inhibitoren von Typ I, II und III sagen

Answer 23

Typ I Inhibitoren sind ATP-kompetitiv (DFG in)

Typ II Inhibitoren sind ATP-kompetitiv aber besitzen weitere Bindestelle (DFG out)

Typ III Inhibitoren sind Allosterische Inhibitoren

Question 24

Aus welchen drei Abschnitten muss ein Typ I-Inhibitor einer Kinase bestehen?

Answer 24

Solvent region

Adenine pocket

Hydrophobic pocket

Question 25

Dasatinib

Wofür wird dieses Molekül eingesetzt?

Answer 25

Typ I-Inhibitor (Bindet an aktive Konformation (DFG-in)

Question 26

Erlotinib

Wofür wird dieses Molekül eingesetzt?

Answer 26

Typ I-Inhibitor (Bindet an aktive Konformation (DFG-in)

Question 27

Wie müssen Typ II-Inhibitoren von Kinasen aufgebaut sein?

Wie wirken Typ II-Inhibitoren?

Answer 27

Vorderer Teil mit Donor, Akzeptor, Donor ist genau wie bei Typ I-Inhibitoren

Dann kommt ein Linker und ein weiteres Donor Akzeptor System mit hydrophoben Teil

-> (Dieser Bereich ist nur deshalb zugänglich weil es sich um eine DFG-out-Konformation handelt)

Das endständige Donor Akzeptor System kann mit dem DFG Motiv wechselwirken und es dadurch stabilisieren -> DFG wechselt nicht mehr in die aktive Form

Question 28

Nilotinib

Worauf wirkt dieses Molekül?

Was ist typisch für Typ II-Inhibitoren?

Answer 28

Ist ein Typ-II-Inhibitor der Kinase (DFG-out-Motiv)

• > Beachte die Größe des Moleküls (größer als bei Typ I)
• > Beachte die Amid-Gruppe, die Akzeptor und Donor Eigenschaften hat.

Grau ist für die Wechselwirkung mit der hydrophoben Bindetasche zuständig