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.

Das Team

Floyd Hassenrück, MSc, naturwissenschaftlicher Doktorand
Alexandra Stang, MTA

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