Labor für präklinische Arzneimittel-Testung

Erfreulicherweise werden in stark zunehmendem Umfang neue Wirkstoffe mit Potential zu Behandlung der chronischen lymphatischen Leukämie (CLL) entwickelt. Bei einem Großteil dieser neuen Substanzen handelt es sich um zielgerichtet entwickelte Medikamente (targeted drugs). Dazu gehören niedermolekulare Wirkstoffe (small molecules) und monoklonale Antikörper.

Zur Person

Kurzbiografie

Dr. Krause leitet seit Januar 2006 das Labor für präklinische Arzneimittel-Testung an der Uniklinik Köln. Er studierte von 1978-1983 an der TU München Biologie, wo er 1987 über stereospezifische Oxidoreduktasen aus anaeroben Bakterien promovierte. Während eines Postdoc-Aufenthalts von 1988-1990 am Karolinska Institutet in Stockholm beschäftigte er sich mit Struktur-Wirkungsbeziehungen am Redoxprotein Thioredoxin. Danach arbeitete er bis 1995 an der Medizinischen Klinik Innenstadt der Universität München molekularbiologisch über intrazelluläre Signaltransduktions-Prozesse, insbesondere  die cGMP-Produktion durch partikuläre Guanylatzyklasen.  Anschließend war er sieben Jahre lang in einem privaten Forschungslabor auf dem Gebiet der Gen-Toxikologie tätig und ging der Frage nach, ob DNA-Schäden und Mutationen den auslösenden chemischen Mutagenen zugeordnet werden können. Seit 2002  arbeitete Dr. Krause als wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Klinischen Kooperationsgruppe „Gentherapie hämatologischer Neoplasien“ (Leiter: Prof. Dr. M. Hallek) am Helmholtz Forschungszentrum München, die 2006 in das Labor für präklinische Arzneimittel-Testung an der Uniklinik Köln überging.

ResearcherID: A-1858-2012

Forschungsschwerpunkte

  • Präklinische Pharmakologie von neuen niedermolekularen Arzneistoffen und monoklonalen Antikörpern für die Behandlung der CLL
  • Evaluierung der Wirkung von Medikamentenkombinationen auf CLL-Zellen
  • Target-Validierung von Kinase-Inhibitoren
  • Rolle von Protein-Tyrosin-Kinasen aus der Src-Familie bei hämatologischen Dysplasien
  • Molekulare Pathogenese der CLL, z.B. Klärung der Rolle von CD5 für das Überleben von CLL-Zellen unter anderem mit Hilfe von chimären Rezeptorkonstrukten
  • Unterbrechung von Protein-Protein-Assoziationen durch membrangängige Peptide

Für unsere Arbeitsgruppe stellt sich die Aufgabe, ausgewählte Wirkstoff-Kandidaten im Labor vergleichend zu beurteilen und ggf. für die klinische Prüfung vorzubereiten. Dazu verwenden wir frisch aus dem Blut von CLL-Patienten isolierte Leukämie-Zellen, die im Labor weitergezüchtet werden. Mit verschiedenen Konzentrationen der Wirkstoff-Kandidaten behandelte Zellen werden mit unbehandelten Kulturen verglichen. Wir messen, in welchem Ausmaß das Überleben der Leukämiezellen durch die Wirkstoffe beeinträchtigt  wird, bzw. inwiefern die Substanzen Zelltod auslösen. Außerdem führen wir biochemische Untersuchungen durch, um die Wirkung der Kandidaten-Substanzen auf molekularer Ebene zu erfassen.

Ein Beispiel für diese Vorgehensweise ist unsere präklinische Charakterisierung der Wirkung des Tyrosinkinase-Inhibitors Dasatinib auf CLL-Zellen. Der Inhibitor befand sich bereits in klinischer Anwendung zur Behandlung Imatinib-resistenter Bcr-Abl-positiver Leukämien. Die Src Kinase Lyn, deren Menge und Aktivität in CLL-Zellen erhöht ist, stellte einen möglichen Angriffspunkt für den Inhibitor in CLL-Zellen dar. Im Rahmen unserer Untersuchungen an frisch isolierten CLL-Zellen konnten wir zeigen, dass der Src/Abl-Inhibitor Dasatinib effizient die Apoptose der Leukämiezellen induziert (Veldurthy et al., Blood 2008). Dasatinib setzte die globale Tyrosinphosphorylierung in geringerer Konzentration stärker herab als andere getestete ATP-kompetitive Tyrosinkinase-Inhibitoren und erzielte eine deutliche Hemmung der Src-Kinasen und der nachgeschalteten Akt- und Erk-Signalwege. Die Wirkung des Dasatinib war bei Patienten mit unmutierten IgVH-Genen und hoher ZAP70-Expression deutlich stärker ausgeprägt als in den Vergleichsgruppen. Damit gelang der Nachweis, dass Tyrosinkinase-Inhibitoren wie Dasatinib in der Behandlung der CLL wirksam sein können, insbesondere für die prognostische Untergruppe mit aggressiver Verlaufsform.

Um die Wirkung therapeutischer Antikörper gegen CLL-Zellen vergleichen zu können, erweiterten wir die für die Testung niedermolekularer Wirkstoffe eingesetzten Nachweismethoden um Verfahren, mit denen auch die durch Effektorzellen und das Komplementsystem vermittelte Antikörper-Wirkung auf CLL-Zellen erfasst werden kann. Außerdem versuchen wir die Lebensfähigkeit von Labor-Kulturen von CLL-Zellen zu erhöhen und sie für die Wirkstoff-Testung unter möglichst lebensnahen Bedingungen zu halten, indem wir Reize aus deren natürlicher Umgebung in Blut, Lymphknoten oder Knochenmark in den Kulturen nachahmen.

Zum besseren Verständnis der Inhibitoren der Signaltransduktion zu Grunde liegenden Mechanismen verwenden wir gezielt an ihrer Inhibitor-Bindetasche veränderte, Inhibitor-resistente Kinase-Mutanten als chemico-genetische Werkzeuge.  Solche Mutanten einzelner Kinasen heben Inhibitor-Effekte in einem Ausmaß auf, das der Target-Selektivität der verwendeten Inhibitoren entspricht und die funktionelle Beteiligung der jeweiligen Kinase im untersuchten zellulären Zusammenhang widerspiegelt.

Ausgewählte Publikationen

Originalarbeiten

Reinart N, Nguyen PH, Boucas J, Rosen N, Kvasnicka HM, Heukamp L, Rudolph C, Ristovska V, Velmans T, Mueller C, Reiners KS, von Strandmann EP, Krause G, Montesinos-Rongen M, Schlegelberger B, Herling M, Hallek M, Fingerle-Rowson G. Delayed development of chronic lymphocytic leukemia in the absence of macrophage migration inhibitory factor.
Blood. 2013 Jan 31;121(5):812-21

Sitnikov N, Velder J, Abodo L, Cuvelier N, Neudörfl J, Prokop A, Krause G, Fedorov AY, Schmalz H-G. Total synthesis of indole-derived allocolchicine analogues exhibiting strong apoptosis-inducing activity
Chemistry. 2012 Sep 17;18(38):12096-102

Kuckertz M, Patz M, Isaeva P, Veldurthy A,  Gehrke I, Claasen J, Frenzel LP, Wendtner C-M, Hallek M,
Krause G.
Comparison of the effects of two kinase inhibitors, sorafenib and dasatinib, on chronic lymphocytic leukemia cells.
Onkologie. 2012;35(7-8):420-6

Krause G, Patz M, Isaeva P, Wigger M,  Baki I, Vondey V, Kerwien S, Kuckertz M, Brinker R, Claasen J, Frenzel LP, Wendtner C-M, Heider KH, Hallek M.
Action of novel CD37 antibodies on chronic lymphocytic leukemia cells.
Leukemia 2012; 26: 546-549

Patz M, Isaeva P, Forcob N, Müller M, Frenzel P, Wendtner C-M, Klein C, Umana P, Hallek M, Krause G.
Comparison of the in vitro effects of the anti-CD20 antibodies rituximab and GA101 on chronic lymphocytic leukemia cells.
Br J Haematol 2011; 152: 295-306.

Pallasch CP, Patz M, Park YJ, Hagist S, Eggle D, Claus R, Debey-Pascher S, Schulz A, Frenzel LP, Claasen J, Kutsch N, Krause G, Mayr C, Rosenwald A, Plass C, Schultze JL, Hallek M, Wendtner CM.
miRNA deregulation by epigenetic silencing disrupts suppression of the oncogene PLAG1 in chronic lymphocytic leukemia.
Blood 2009 Oct 8;114:3255-3264.

Veldurthy A, Patz M, Pallasch CP, Wendtner C-M, Hallek M, Krause G.
The kinase inhibitor dasatinib induces apoptosis in chronic lymphocytic leukemia cells in vitro with preference for a subgroup of patients with unmutated IgVH genes
Blood 2008; 112: 1443-1452.

Forster K, Obermeier A, Mitina O, Simon N, Warmuth M, Krause G, Hallek M.
Role of p21Waf1/Cip1 as an attenuator of both proliferative and drug-induced apoptotic signals in Bcr-Abl transformed hematopoietic cells.
Ann Hematol 2008; 87: 183-193.

Mitina O, Warmuth W, Krause G, Hallek M, Obermeier A.
Src family tyrosine kinases phosphorylate Flt3 on juxtamembrane tyrosines and interfere with receptor maturation in a kinase-dependent manner.
Ann Hematol 2007, 86: 777-785

Hausherr A, Tavares R, Schäffer M, Obermeier A, Miksch C, Mitina O, Ellwart J, Hallek M, Krause G.
Inhibition of IL-6-dependent growth of myeloma cells by an acidic peptide repressing the gp130-mediated activation of Src family kinases.
Oncogen 2007; 26: 4987-98

Buchkapitel, Übersichtsartikel, Kommentare

Krause G, Kuckertz M, Kerwien S, Patz M, Hallek M.
In vitro sensitivity testing in the assessment of anti-CLL drug candidates.
Chapter 15 in (pp. 323-338) Oppezzo P (ed) Chronic lymphocytic leukemia, ISBN 978-953-307-881-6; InTech, Rijeka, Croatia; February 2012.

Krause G, Hallek M. On the assessment of dasatinib-induced autophagy in CLL.
Leuk Res 2011; 35, 136-138.

Krause G, Hallek M.
Niedermolekulare Arzneistoffe zur Behandlung hämatologischer Neoplasien.
Onkologie heute 06/2007, 18-23.

Das Team

Post-Doc
Dr. Anna Guastafierro, PhD

Naturwissenschaftliche Doktoranden
Elisa Göckeritz, M. Sc. (Biomedicine)
Lars Neumann, M. Sc. (Biomedical Sciences)
Verena Vondey, M. Sc. (Biochemie)

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