 |
Tumor associated receptor-binding peptides for selective tumor targeting
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
103963 |
| Type |
PD |
| Principal investigator |
Orbán, Erika |
| Title in Hungarian |
Tumor-asszociált receptorhoz kötődő peptidhordozók alkalmazása irányított célbajuttatásra |
| Title in English |
Tumor associated receptor-binding peptides for selective tumor targeting |
| Keywords in Hungarian |
irányított célbajuttatás, daunomicin, ErbB2 receptor |
| Keywords in English |
drug targeting, daunomycin, ErbB2 receptor |
| Discipline |
| Cell biology and molecular transport mechanisms (Council of Medical and Biological Sciences) | 40 % | | Organic, Biomolecular, and Pharmaceutical Chemistry (Council of Physical Sciences) | 30 % | | Experimental pharmacology, drug discovery and design (Council of Medical and Biological Sciences) | 30 % | | Ortelius classification: Pharmacological sciences |
|
| Panel |
Cellular and Developmental Biology |
| Department or equivalent |
Research Group for Peptide Chemistry (Eötvös Loránd University) |
| Starting date |
2014-09-01 |
| Closing date |
2015-08-31 |
| Funding (in million HUF) |
7.424 |
| FTE (full time equivalent) |
0.80 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Az ErbB2 egy receptor tirozin kináz, amelynek expressziója számos tumortípus esetén emelkedett. Az ErbB2 receptort overexpresszáló tumorsejtek elkerülik az apoptózist és a kemoterápiás szerekkel szemben is rendkívül ellenállók. Mivel az ErbB2 receptor normál sejteken nincs, vagy jóval kisebb mennyiségben van jelen, ezért potenciális célpont lehet tumorellenes szerek irányított célbajuttatása esetén.
A daunomicin a leghatékonyabb kemoterápiás szerek egyike, azonban a szelektivitás hiánya miatt számos mellékhatása ismert, melyek közül legsúlyosabb a kardiotoxikus hatás. Irodalmi adatok igazolják, hogy a daunomicin kapcsolása valamilyen hordozó molekulához (pl. oligo- és polipeptidek, polimerek, dextrán) csökkentheti a hatóanyag mellékhatásait. Ennek egyik lehetséges útja, ha olyan hordozó molekulát kapcsolunk hozzá, amely tumor-asszociált vagy tumor-specifikus sejtfelszíni molekula felismerésére képes.
A projekt fő célja olyan biokonjugátumok létrehozása és tesztelése, amelyek az ErbB2 tumor-asszociált receptorhoz kötődve képesek a tumorsejtekbe specifikusan bejutni és azokat elpusztítani. Ezért a receptort felismerő peptidekhez daunomicint kapcsolunk, amely a DNS-hez és/vagy a topoizomeráz II molekulához kötődve gátolja a DNS-szintézist, ezáltal a sejtek osztódását. Tervezzük továbbá proapoptotikus peptidek specifikus sejtbejuttatását is a receptorhoz kötődő oligopeptidek felhasználásával. A tumorsejtekbe bejuttatott proapoptotikus peptidek beindítják a programozott sejthalál folyamatát, amely a tumorsejt pusztulásához vezet. Az előállított konjugátumok stabilitását, in vitro citosztatikus hatását, sejtbejutási képességét és apoptotikus hatását is vizsgálni kívánjuk.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
Az ErbB2 receptor számos tumortípus esetén overexpresszált és az ilyen tumorsejtek elkerülik az apoptózist és ellenállnak a kemoterápiás szereknek. Emiatt elpusztításuk igen nehéz és az ErbB2 receptor-pozitív tumort hordozó betegek prognózisa is rosszabb, mint a receptort nem hordozó tumorral rendelkezőké. Kutatásunkkal olyan tumorellenes hatású vegyületek előállítására törekszünk, melynek segítségével ezek a rendkívül ellenálló tumorsejtek is elpusztíthatók. A specifikus célbajuttatás érdekében olyan peptid hordozók alkalmazását tervezzük, amelyek az ErbB2 receptorhoz kötődnek. A hordozó peptidekhez egy kemoterápiás szer, a daunomicin, valamint proapoptotikus peptidek kapcsolását tervezzük.
Kémiai jellemzést és stabilitásvizsgálatot követően meghatározzuk a konjugátumok in vitro citosztatikus hatását különböző tumorsejteken, amelyek eltérő mértékben expresszálják az ErbB2 receptort. A daunomicin-tartalmú konjugátumok sejtbejutási képessége tanulmányozható áramlási citometriával. Ezzel a módszerrel arra keressük a választ, hogy az előállított új vegyületek milyen mértékben képesek bejutni a különböző tumorsejtekbe, melyek felszínén eltérő mennyiségben van jelen az ErbB2 receptor.
Azt is vizsgáljuk, hogy az előállított vegyületek képesek-e apoptózist kiváltani. Ez elsősorban a proapoptotikus peptidet tartalmazó konjugátumok esetén fontos, de a daunomicin-tartalmú konjugátumok apoptotikus hatását is meghatározzuk.
Ezekkel a módszerekkel ellenőrizni tudjuk, hogy az új vegyületek valóban alkalmasak-e specifikus célbajuttatásra és hogy milyen mértékben és módon képesek elpusztítani a tumorsejtet.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A kutatás keretében előállított biokonjugátumok alkalmasak arra, hogy a rajtuk található oligopeptid hordozón keresztül kötődjenek az ErbB2 tumor-asszociált receptorhoz. Ennek köszönhetően a hordozó peptidhez kapcsolt vegyület (kemoterápiás szer vagy proapoptotikus peptid) azokba a sejtekbe jut be, amelyeken a receptor megtalálható, azaz elsősorban a tumorsejtekbe. A sejten belül a daunomicin, illetve az apoptózist indukáló peptid kifejtheti hatását, melynek következtében a célsejt elpusztul. Ezeknek a tumorellenes hatású vegyületeknek a felhasználásával új lehetőség nyílik az ErbB2-t overexpresszáló tumorsejtek elpusztítására, amely eddig nehézségekbe ütközött a kemoterápiás szerek iránt mutatott ellenállóképességük miatt.
Az új, daunomicint, illetve proapoptotikus peptidet tartalmazó konjugátumok közül a leghatásosabbak kiválasztásával és továbbfejlesztésével lehetőség nyílik még hatékonyabb tumorellenes vegyületek létrehozására. A konjugátumok hatásának, illetve sejtbejutási mechanizmusának vizsgálata olyan eredményekhez vezethet, amelyek alapján újabb célmolekulák kiválasztására is lehetőség nyílik.
Vizsgálatainkban a célsejt elpusztítását két különböző módon kívánjuk elérni: a daunomicin a DNS-hez és/vagy a topoizomeráz II molekulához kötődve megakadályozza a DNS szintézist, ezáltal a replikációt és a sejtek osztódását. A proapoptotikus peptidek segítségével pedig a caspase-3 aktivációján keresztül a tumorsejt programozott sejthalállal történő elpusztítását váltjuk ki. Egy olyan konjugátum, amelyben mind a daunomicin, mind pedig a proapoptotikus peptid jelen van, hatásosabb lehet a célsejt elpusztításában. Ez a hatás tovább fokozható azzal, ha a megfelelő proapoptotikus peptid-célbajuttató peptid kombinációt alkalmazunk. Ehhez szükséges a pályázatban bemutatott vegyületek előállítása és azok hatásának összehasonlítása, amely alapján következtethetünk a szerkezet-hatás összefüggésre.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
Vannak olyan sejtfelszíni molekulák, amelyek a daganatos sejteken nagyobb mennyiségben vannak jelen, mint az egészséges, normál sejteken. Ilyen sejtfelszíni molekula az ErbB2 receptor is. Ha olyan vegyületet hozunk létre, amely ezt a receptort ismeri fel, akkor az adott vegyület a normál sejtekhez nem kötődik, azok folyamatait közvetlenül nem befolyásolja. Olyan vegyületeket kívánunk létrehozni, amelyek bejutnak a tumorsejtekbe és olyan hatóanyagot tartalmaznak, amelyek a sejt pusztulását okozzák.
Hatóanyagként egy klinikai alkalmazásban lévő gyógyszert (kemoterápiás szert), a daunomicint alkalmazzuk. A daunomicin a leghatékonyabb kemoterápiás szerek közé tartozik, azonban számos mellékhatása van, amely abból adódik, hogy nemcsak a daganatos, hanem a normál sejtekbe is bejut. Az ErbB2 receptort felismerő hordozó molekula daunomicinhez történő kapcsolásával elérhetjük, hogy a hatóanyag a tumorsejtekbe jusson be és ott fejtse ki sejtosztódást gátló hatását.
A programozott sejthalál folyamata fontos szerepet játszik a szervezet normális működésének fenntartásában: ez teszi lehetővé a feleslegessé vált, elöregedett sejtek elpusztítását. Azok a tumorsejtek, amelyek felszínén az ErbB2 receptor nagy mennyiségben van jelen, képesek elkerülni a programozott sejthalált. Ezért tervezzük a programozott sejthalál folyamatát kiváltó vegyületek tumorsejtekbe történő bejuttatását az ErbB2 receptort felismerő molekula segítségével. Tervezzük továbbá az előállított vegyületek kémiai jellemzését, valamint tumorsejtekbe történő bejutásának képességét és a sejtekre gyakorolt biológiai hatását is meg kívánjuk határozni.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
ErbB2 is a receptor tyrosine kinase which is overexpressed on several tumor types. Tumor cells with high ErbB2 expression level avoid apoptosis and they are resistant against chemotherapeutical agents. As ErbB2 receptor is expressed at lower level on normal, non-tumorous cells, it is a potential target molecule of targeted cancer chemotherapy.
Daunomycin is one of the most efficient chemotherapeutical agents with lots of side effects such as cardiotoxicity due to the lack of its selectivity. To increase the selectivity, daunomycin can be coupled to peptide carriers binding to a tumor-associated or tumor-specific cell surface molecule.
The main goal of the project is the synthesis and characterization of target cell specific selective bioconjugates with antitumor effect. For this reason ErbB2 receptor-binding peptides will be coupled to daunomycin, which binds to DNA and/or topoisomerase II, thus DNA synthesis and division of the cells are inhibited. Furthermore the synthesis of proapoptotic peptides is planned and they will be coupled to ErbB2 receptor-binding peptides. With this construction the conjugate will be taken up by the tumor cells through ErbB2 receptor and apoptosis will be induced by the proapoptotic peptides. This will lead to the elimination of ErbB2 receptor overexpressing tumor cells. The stability, in vitro cytostatic effect, cellular uptake and apoptotic effect of the compounds will be studied.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
ErbB2 receptor is overexpressed on several tumor cell types. These tumor cells avoid apoptosis and they are resistant against chemotherapeutical agents. For this reason the elimination of them is difficult. Therefore patients with ErbB2 receptor overexpressing tumors have poor prognosis compared to ErbB2 receptor negative patients.
Our aim is the preparation of selective, highly effective bioconjugates which might be used for the elimination of these resistant tumor cells. To increase the specificity we are planning the application of peptide carriers binding to ErbB2 receptor. Carrier peptides will be coupled to a chemotherapeutical agent, daunomycin and to proapoptotic peptides.
After chemical characterization and stability studies, in vitro cytostatic effect of the bioconjugates will be determined on different tumor cells with different expression levels of ErbB2 receptor. Cellular uptake properties of daunomycin-conjugates will be studied by flow cytometry. With this method we would like to verify that the new compounds could be taken up by the cells expressing ErbB2 receptor at different level. Cellular uptake ratio of the new conjugates will be determined. Apoptotic effect of the conjugates will be studied in order to know whether the new conjugates can induce apoptosis or not. This study is important mainly in case of proapoptotic peptide-containing conjugates, but daunomycin-conjugates will be also studied.
From our results we can conclude that the new bioconjugates are feasible for specific tumor targeting or not. We will be able to define the mechanism of the elimination of tumor cells.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Bioconjugates contain ErbB2 receptor-binding carrier will be synthesized. These new compounds can bind to ErbB2 tumor-associated receptor. If a chemotherapeutical agent or a proapoptotic peptide is coupled to these carrier peptides, these cargos will be taken up by ErbB2 receptor overexpressing tumor cells. In the tumor cells daunomycin will bind to DNA and/or topoisomerase II, thus inhibits the division of the cells. Proapoptotic peptides will induce apoptosis after their uptake. Due to the effect of proapoptotic peptide or daunomycin, the tumor cell will die. With these new antitumor agents we will have the possibility to kill ErbB2 receptor overexpressing tumor cells, which was difficult, because of their resistance against chemotherapeutical agents.
The most effective conjugates containing daunomycin and/or proapoptotic peptide will be selected for further optimization the components of the conjugates and more effective antitumor agents will be prepared.
The study of in vitro cytostatic/cytotoxic effect and cellular uptake properties of the compounds might lead us to new target molecules.
Two different startegies would be applied in the project: daunomycin and/or proapoptotic peptides will be coupled to the ErbB2 receptor-binding peptides. Daunomycin inhibits the DNA synthesis, thus division of the cells is inhibited, while proapoptotic peptides induce apoptosis through the activation of caspase-3, which will lead to programmed cell death. A conjugate which contains both daunomycin and proapoptotic peptide, might be more effective in the elimination of tumor cells. Its effect might be increased, if we apply optimal proapoptotic peptide-carrier peptide combination. For the design and synthesis of these optimised bioconjugates, first we should synthesize the antitumor agents described above based in order to study their structure-activity relationship.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Several molecules are described which are presented in higher amount on the surface of the tumor cells compared to normal, non-tumorous cells. One of these molecule is ErbB2 receptor. If we prepare an agent which recognizes ErbB2 receptor, the compound will bind only to tumor cells, while binding will not be observed on normal cells.
Our aim is to prepare compounds which could be taken up by tumor cells and contain drug or another agent which cause death of the tumor cells. As a drug molecule daunomycin will be applied which is one of the most efficient chemotherapeutical agents, but it has severe side effects. Daunomycin itself is taken up by both tumor and normal cells, this cause its side effects. If ErbB2 receptor-binding molecule would be coupled to daunomycin, the drug would be taken up only by tumor cells, thus side effects could be decreased.
Programmed cell death has a crucial role in the maintenance of normal physiological processes. With programmed cell death useless, old or mutated cells could be eliminated. The tumor cells which has ErbB2 receptors on their surface in high amount, avoid programmed cell death. This is the reason, why we would like to design and synthesize compounds which bind to ErbB2 receptor and induce programmed cell death in tumor cells.
Chemical characterization and determination of uptake ratio and biological effect of the new compounds is also planned.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
