Till innehåll på sidan

Affibody-mediated targeting of HER-family receptors for cancer imaging and therapy

Tid: Fr 2022-04-08 kl 13.00

Plats: FR4 (Oskar Kleins auditorium), Roslagstullsbacken 21, Stockholm

Språk: Engelska

Ämnesområde: Bioteknologi

Respondent: Charles Dahlsson Leitao , Proteinvetenskap, Stefan Ståhl

Opponent: Professor Christoph Rader, Scripps Research Institute, Florida, USA

Handledare: Professor Stefan Ståhl, Albanova VinnExcellence Center for Protein Technology, ProNova, Proteinteknologi; John Löfblom, Proteinvetenskap, Proteinteknologi

Exportera till kalender

QC 2022-03-08

Abstract

Proteiner är anmärkningsvärda molekyler med varierande och specialiserade funktioner som spelar ytterst viktiga roller i de flesta biologiska processer. En av dessa funktioner är att skydda oss från sjukdomar genom verkan av antikroppar i vårt immunsystem som kan känna igen och förmedla förstörelsen av invaderande patogener genom att binda till främmande epitoper som finns på icke-självproteiner. Konceptet att använda specifika protein-protein interaktioner för att uppnå en terapeutisk effekt har under flera decennier varit en hörnsten för utvecklingen av cancerriktade behandlingar. Även om antikroppar har utgjort en grund för utvecklingen av sådana läkemedel, kan andra proteinalternativ konstrueras för att komplettera nuvarande antikroppsbaserade behandlingar och kan till och med visa sig ha överlägsna egenskaper.

Denna avhandling fokuserar på konstruktionen av målsökande affibody-molekyler, ett litet alternativt protein, för design och utveckling av nya terapeutiska läkemedel och diagnostiska verktyg för cancer. Det finns många olika strategier som har undersökts för att hämma cancerprogression och tumörtillväxt varav ett relativt enkelt tillvägagångsätt involverar störningar av dysreglerade tillväxtfrämjande signalvägar. Medlemmar av den humana epidermala tillväxtfaktorreceptorfamiljen (HER) uttrycks högt i olika cancertyper och har visat sig vara starkt involverade i tumörbildning. En av medlemmarna (HER3) blir ofta uppreglerad i cancer och har visat sig förmedla förvärvad resistens mot riktade terapier genom en mekanism av ligand-inducerad aktivering. Vi har designat fem nya affibody-baserade HER3-bindande molekyler som kan förhindra ligandbindning och följaktligen aktivering av HER3. Vi undersökte bindningsegenskaperna och biodistributionsprofilerna för dessa molekyler in vivo och utvärderade därefter antitumöreffektiviteten för de mest lovande varianterna i direkt jämförelse med en HER3-riktad antikropp med en liknande hämmande mekanism. Vi observerade ett stort inflytande av design på både biodistributionsegenskaperna och in vivo-effekten av de olika affibody-molekylerna. Dessutom visade vi att två av affibody-formaten var lika effektiva som antikroppen i att hämma tumörtillväxt och förlänga överlevnaden för möss som bär HER3-positiva xenotransplantat. Effektiviteten av cancerbehandlingar beror på kraftfulla diagnostiska metoder som på ett tillförlitligt sätt kan stratifiera patienter baserat på dessa biomarkörer, vilket är möjligt med hjälp av radionuklidavbildning. Vi har utfört en direkt jämförelse av den diagnostiska potentialen för att visualisera HER3-uttryckande tumörer med affibody- och antikroppsbaserade avbildningsprober. Vår slutsats var att affibody-molekyler ger överlägsen bildkvalitet med högre diagnostisk potential och möjliggör tidig visualisering av HER3-uttryck i tumörer.

En annan medlem av HER-familjen som är av intresse för cancerterapi är HER1 (eller EGFR), men på grund av betydande uttryck i friska vävnader kan riktade terapier ofta leda till allvarliga biverkningar. En möjlig lösning på detta är att dra fördel av den distinkta tumörmikromiljön för att designa EGFR-inriktade läkemedel som blir villkorligt aktiverade i tumören, men inte i normala vävnader, i syfte att drastiskt minska systemisk toxicitet. Vi har genererat en affibody-molekyl med anti-idiotypisk bindningsspecificitet för en tidigare genererad EGFR-bindande affibody-molekyl som vi använde för att konstruera en affibody-baserad prodrogmolekyl. Vi kunde visa att, i ett "proof-of-concept" format, denna anti-idiotypiska maskeringsdomän blockerade bindningen till EGFR tills den avlägsnades genom proteasmedierad klyvning. Därefter utvecklade och karakteriserade vi en mer förfinad version av denna prodrog, som vi kallar en pro-affibody, och kunde visa att aktivering förmedlad av cancerassocierade proteaser medför bindning till EGFR-uttryckande cancerceller och möjliggör villkorad leverans av cytotoxiska molekyler in vitro. Pro-affibody molekylen utvärderades ytterligare in vivo med användning av tumörbärande möss för att undersöka möjligheten för maskerat upptag i friska vävnader samtidigt som bindningsaktiviteten bibehålls i tumörer. Vi observerade en avsevärd minskning av EGFR-specifikt leverupptag jämfört med ett kontrollprotein utan maskeringsdomän, och en stark indikation om proteasmedierad EGFR-bindning i tumörer.

Sammanfattningsvis ger det experimentella arbetet som presenteras i denna avhandling en rational för att designa olika strategier för effektiv affibody-baserad cancerterapi och diagnostik och demonstrerar potentialen av sådana läkemedel från prekliniska in vivo-data.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-309574