Targeting the RNA-binding proteins LIN28, METTL16 and YTHDF2 using small molecules and bifunctional molecules
Creators: name: Goebel, Georg Lennart
Publisher: name: TU Dortmund
Year: 2024
Subjects: subject: Pharmazeutische Chemie
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subject: Medizinische Chemie

description: Die Interaktion von RNA-bindenden Proteinen (RBP) und RNA spielt eine entscheidende Rolle in vielen zellulären Prozessen, deren Fehlregulation zu zahlreichen Krankheiten führen kann. Die Entdeckung von small molecules, die diese Interaktionen inhibieren, ist eine vielversprechende Strategie für neue chemische Werkzeuge und Therapeutika. Trotz einiger Berichte über small-molecule Inhibitoren gibt es noch Verbesserungsbedarf hinsichtlich Potenz, Selektivität und Zytotoxizität. In dieser Arbeit wurden small-molecule Inhibitoren für drei verschiedene RBP synthetisiert: Das onkogene miRNA-bindende Protein LIN28, die tumorfördernde Methyltransferase METTL16 und das RNA-destabilisierende Protein YTHDF2. LIN28 reguliert die Reifung von let-7 miRNAs, die die Translation onkogener Proteine unterdrücken. Seine Überexpression macht es zu einem Haupttreiber der Tumorprogression. Existierende LIN28-Inhibitoren sind unzureichend potent, daher wurden in dieser Arbeit versucht durch Scaffold- und Screening-basierte Ansätze neue Inhibitoren mit verbesserter Potenz zu identifizieren. Ein Tetrahydroquinolin-Analogon und Pyrrolinon-basierte Verbindungen zeigten dabei vielversprechende Effekte auf die let-7-Reifung und die gefundenen small molecules bilden eine wertvolle Grundlage für die Entwicklung von LIN28-addressierenden chemischen Werkzeugen und neuartigen Krebstherapeutika. METTL16 ist an der epitranskriptomischen m6A-Methylierung beteiligt und spielt eine tumorfördernde Rolle, indem es mit anderen RBP interagiert. Da bisher keine METTL16-Inhibitoren bekannt waren, wurden in dieser Arbeit die ersten Inhibitoren durch ein FP-basiertes Screening identifiziert. Eine nachfolgende strukturelle Optimierung führte zu Inhibitoren mit mikromolarer Aktivität, die wertvolle Einblicke in die Funktion von METTL16 liefern. Das m6A-erkennende Protein YTHDF2 wird mit Prozessen wie Apoptose, Zellzyklus und Metastasierung in Verbindung gebracht. Um YTHDF2 zu inhibieren, wurden zwei Ansätze verfolgt: pyrimidin-basierte PROTACs zur Degradation und small-molecule Inhibitoren, wobei optimierte Phenylpyrazole als vielversprechende YTHDF2-Inhibitoren identifiziert wurden. Die strukturelle Optimierung des ursprünglichen Treffers ergab ein 1-Naphthoyl enthaltendes Analogon, das eine potente anti-YTHDF2-Aktivität zeigte und eine potenziell fundamentale Struktur für die weitere Entwicklung von small molecules zur Inhibierung von YTHDF2 für biologische und therapeutische Anwendungen darstellt. Insgesamt konnten die Ergebnisse dieser Arbeit die Wirksamkeit der Inhibition therapeutisch relevanter RBP mittels verschiedener Strategien basierend auf small molecules demonstrieren. Während Scaffold-basierte Ansätze sich auf die Optimierung gegebener RBP-Inhibitoren konzentrierten, führten Screening-basierte Bemühungen zur Identifizierung neuer chemischer Modalitäten. Die identifizierten Verbindungen sowie die in dieser Arbeit etablierten Assays werden wertvoll für die zukünftige Entwicklung von small molecules zur Aufklärung und Modulation von RBP sein.