Guten Morgen.
Wie Sie von Avram in der vorigen Vorlesung gehört haben, war ich sein Doktorand, als wir die Entdeckung machten.
Avram erwähnte in seinem ersten Hinweis zu den Lektionen des Lebens die Rolle von Mentoren.
Dies ist also vielleicht der schlagende Beweis dafür, dass das Mentorsein genetisch übertragen wird.
Avram hatte seine Großeltern, für mich sind es Großeltern,
und ich hatte meine eigenen hervorragenden Mentoren, deren erster offensichtlich Avram war.
Und dies war eine Lehre erster Güte, denn Avram arbeitet
– wie Sie hier sehen können und wie er selbst gesagt hat – noch immer am Labortisch.
Doch zur damaligen Zeit lagen unsere Labortische direkt nebeneinander.
Und wir führten täglich zusammen Experimente durch, und zwar in einem alten Kloster,
das einen an alles Mögliche erinnerte, nur nicht an ein Labor.
Es war also eine wirklich fantastische Zeit, die ich damit verbrachte,
seinen Schritten in meiner früheren Ausbildung mehr oder weniger zu folgen.
In vielerlei Hinsicht ging ich am MIT an ein wesentlich größeres Labor,
und ich hatte dort einen anderen Mentor, Harvey Lodish, der ein fantastischer Biologe ist.
Doch auch dies war wieder ein sehr großes Labor, und die Leute arbeiteten für sich.
Harvey gab mir allerdings die Freiheit, zu tun, was ich wollte.
Ich beschäftigte mich immer wieder mit dem Abbau von Liganden,
die durch von einem Rezeptor vermittelte Endozytose in die Zelle gebracht wurden, im Lysosom.
Dann jedoch auch wieder mit dem Ubiquitin-System,
und mir gelangen weitere Beiträge in diesem Forschungsbereich, als ich Postdoc-Fellow war.
Von da an ist man auf sich selbst gestellt.
Ich denke, eine der Lektionen hieraus ist folgende:
Ja, selbst Doktoranden können letzten Endes Erfolg haben.
Doch es kommt darauf an, dass sie wirklich hervorragende Mentoren haben und deren Lektionen lernen,
und ich dachte, dass ich in diesem Punkt äußerst viel Glück hatte. Okay.
Was ich Ihnen heute sagen möchte, führt Avrams Vortrag einen Schritt weiter
und zeigt Ihnen die Anwendungsseite des Ubiquitin-Systems.
Die Anwendungsseite, das bedeutet nicht, dass wir die Übertragung selbst leisten,
wir führen in dieser Richtung keine Forschung durch.
Dies wurde in der gestrigen Diskussion kurz erwähnt.
Doch es zeigt einem einfach, dass sich – wenn man eine gute Forschung betreibt – schließlich jemand finden wird,
der sie weiterführen und anwenden wird.
Und in unserem Fall ist es die Anwendung auf die Entwicklung von Medikamenten und auf Erkrankungen des Menschen.
Was ich Ihnen heute zeigen möchte, ist die Anwendungsseite des proteolytischen Ubiquitin-Systems.
Wenn wir uns also das Ubiquitin-System vorstellen, dann werden darin Proteine abgebaut.
Auf der rechten Seite sehen Sie, dass jedes Protein auf einem bestimmten Spiegel gehalten wird.
Dieser Spiegel kann dynamisch sein, er kann schwanken.
Wenn jedoch etwas Falsches geschieht, kann das Protein zu stark abgebaut werden.
Es sinkt dann unter sein Fließgleichgewichtsniveau oder es kommt zu einer Mutation in der Erkennungsregion einer Ligase,
von der Avram zu Ihnen gesprochen hat.
Oder im Erkennungsmotiv des Substrats.
Dies führt dazu, dass es sich mit der Ligase verbindet, und dann kommt es zu einer Akkumulation des Proteins.
Beide dieser Abweichungen führen zu einer Erkrankung, und es gibt zahlreiche Krankheiten,
die den beiden Seiten dieser Gleichung zugeordnet werden, sei es ein übermäßiger oder ein unzureichender Abbau eines Proteins.
Und wenn wir darüber nachdenken, dann können wir dies jetzt von einer völlig anderen Seite aus betrachten,
indem wir fragen, warum wir überhaupt Proteine abbauen, warum wir Proteine abbauen müssen.
Avram hat dies angesprochen, doch lassen Sie uns dies in einen etwas anderen Rahmen setzen.
Jedem der Gründe, der Hauptgründe, warum wir Proteine abbauen, wird eine ganze Gruppe von beschriebenen Krankheiten zugeordnet.
Wenn man eine Krankheit hat, sind die Leute natürlich am Mechanismus dieser Krankheit interessiert,
und dann gehen sie einen Schritt weiter und versuchen ein Medikament zu entwickeln.
Zunächst ist es also eine Qualitätskontrolle.
Es gibt viele Krankheiten, die mit Qualitätskontrolle zu tun haben:
Proteine werden denaturiert, falsch gefaltet, bilden Aggregate.
Wir müssen sie entfernen.
Wenn sie nicht ordentlich entfernt werden, kommt es zur Entstehung von Krankheiten,
und ich kann Ihnen nur zwei Beispiele großer Gruppen vorstellen.
Eine Gruppe besteht offensichtlich aus den degenerativen Erkrankungen des Nervensystems,
die wir gestern, besonders in der Meisterklasse, besprochen haben:
Alzheimer, Parkinson, Erkrankungen, die mit polyQ-Erweiterung in Zusammenhang stehen.
Wir haben es hier mit Proteinansammlungen im Gehirn zu tun.
Sie werden nicht richtig entfernt, und dadurch kommt es zu einer Erkrankung.
Lassen Sie sich von mir durch diese übergroße Vereinfachung nicht mitziehen.
Nicht in allen Fällen ist der gestörte Abbau die Hauptursache,
doch diese Anhäufung und Ansammlung von Proteinen spielt immer eine pathogene Rolle.
Eine Krankheit, die bereits erwähnt wurde, ist die Mukoviszidose.
Hierbei handelt es sich in der Hauptsache um eine Qualitätskontrollerkrankung, bei der ein mutierter Chloridträgerstoff vorliegt.
Bei der Mukoviszidose wird der Chloridkanal durch das Ubiquitin-System übermäßig abgebaut.
Tatsächlich ist es so, dass der mutierte CFTR, das mutierte Protein ein normal funktionierendes Protein ist.
Wenn Sie es in ein Liposom bringen, pumpt es Chlor auf normal Weise.
Das Problem ist die Mutation.
Die Mutation wird vom Ubiquitin-System erkannt, und die Aufgabe des Ubiquitin-Systems ist die Qualitätskontrolle,
und scheinbar erfüllt das Ubiquitin-System diese Aufgabe auch.
Es entfernt dieses Protein, und es wird nicht durch die Zellwand exprimiert.
Hier haben wir eine andere Art übermäßiger Qualitätskontrolle, bei der das System seine Funktion erfüllt.
Die Qualitätskontrolle ist also ein Grund.
Dann gibt es noch die Steuerung von Abläufen.
Avram stellte Ihnen eines der definitiven Beispiele vor, den Zellzyklus.
Fast der gesamte Zellzyklus wird über verschiedene programmierte Regulatoren und ihren zeitabhängigen Abbau gesteuert.
Und dies erlaubt der Zelle von einer Phase des Zellzyklus zu einer anderen weiterzugehen.
Dies ist die wunderbare Arbeit von Lee Hartwell und Tim Hunt.
Das Wort Zyklin trägt seinen Namen, weil es sich hierbei um einen Zyklus handelt.
Und dann wurde der Mechanismus durch die weiteren Arbeiten von Avram oder Kirschner und von vielen anderen weiter aufgeschlüsselt,
um zu zeigen, dass es das Ubiquitin-System ist, was ihn kontrolliert.
Doch nicht nur dieser Mechanismus, sondern auch zahlreiche Onkogene und Transkriptionsfaktoren
werden alle vom Ubiquitin-System abgebaut.
Wir müssen also Abläufe kontrollieren.
Und dann müssen wir offensichtlich, um den differenzierten und morphogenetischen Zustand von Geweben aufrechtzuerhalten,
Proteine dauerhaft entfernen, und dieser Vorgang ist bei vielen Tumorerkrankungen gestört.
Lassen Sie uns nun darüber nachdenken.
Ich möchte Ihnen nicht nur Beispiele vorstellen.
Ich habe Ihnen nur einige besonders eindrückliche Beispiele genannt.
Ich möchte jedoch die Sache auch theoretisch fundieren.
In einem PKW haben wir zwei Pedalen: das Gas- und das Bremspedal.
Und in der Pharmaindustrie ist es immer wesentlich leichter gewesen,
mit dem Fuß auf die Bremse zu steigen, Inhibitoren zu entwickeln.
Man denkt heute an Krebs, Kinase-Inhibitoren und so weiter.
Das heißt, Krankheiten zu behandeln, die mit zusätzlichen Funktionen in Zusammenhang stehen.
Wenn wir den Prozessbeschleuniger haben, inhibieren wir den Prozess, indem wir den Antagonisten entwickeln.
Wenn wir eine Funktion verlieren, wenn mit einem Enzym etwas schiefläuft, weil es genetisch mutiert ist,
wenn eine Funktion verloren wurde, dann ist es wesentlich schwerer, sie zu ersetzen.
Wir können sie ersetzen, Sie kennen die Hormontherapien.
Wenn man Insulin verliert, behandelt man bei Diabetes mit Insulin, mit adrenalinausschüttenden Hormonen, wenn wir diese verlieren.
Doch es ist wesentlich komplizierter – denken Sie an die Parkinson’sche Krankheit und andere Krankheiten –,
eine Funktion zu ersetzen, wenn wir sie verloren haben.
Die linke Seite war immer leichter, und ich glaube, dass das Ubiquitin-System keine Ausnahme bildet,
obwohl wir das Ubiquitin-System, weil es so kompliziert ist, so manipulieren können,
dass wir es selbst durch die Entwicklung von Hemmstoffen beschleunigen können.
Ich werde Ihnen später zeigen, wie das funktioniert.
Dies ist also eines der Geheimnisse der Pharmaindustrie oder ihr Markenzeichen:
die relative Einfachheit – nichts ist einfach, vergessen Sie, dass ich dieses Wort verwendet habe –,
mit der sich Medikamente für Krankheiten entwickeln lassen, bei denen man es mit gewonnenen Funktionen zu tun hat,
d. h. Hemmstoffe zu entwickeln bzw. die Bremse zu drücken, wenn man dies an den vergleichsweise großen Schwierigkeiten misst,
die sich ergeben, wenn man Medikamente für Krankheiten zu entwickeln versucht, bei denen ein Funktionsverlust auszugleichen ist.
Dies sind Beschleuniger, und ich habe Ihnen ein Beispiel für genetische Erkrankungen genannt,
oder sie entsprechen dem Gaspedal eines Autos.
Das Ubiquitin-System wurde nicht nur in den letzten 10 Jahren für eine große Anzahl kleiner und neugegründeter Pharmaunternehmen,
von denen viele in der Entwicklung tätig sind, umgewandelt.
Avram erwähnte ein Medikament.
Ich werde Ihnen einige andere vorstellen und Ihnen mehr über das Medikament erzählen, das Avram erwähnt hat.
Doch dies ist nur eine Besprechung von mehreren, die sich bei persönlichen Besprechungen neuentdeckter Medikamente ergeben.
Wenn Sie daran denken, an welcher Stelle man mit Medikamenten in das Ubiquitin-System eingreift,
können Sie sich die verschiedenen Hierarchien vorstellen.
Avram hat die endliche oder fast unendliche Anzahl von Komponenten des Ubiquitin-Systems nicht erwähnt,
doch die Zahl seiner Komponenten beträgt etwa 1500.
Das Ubiquitin-System umfasst also etwa 1500 Enzyme und Komponenten.
Und wenn Sie sich das gesamte menschliche Genom vorstellen, so besteht es aus etwa 22.000 offenen Leserahmen,
wenn man die Splicing-Produkte unberücksichtigt lässt.
Das Ubiquitin-System besteht damit zusammen mit seinen Zubringersystemen aus etwa 6 oder 7 % des menschlichen Genoms.
Sie können sich vorstellen, dass man es hier mit einer Unmenge von Enzymen zu tun hat,
bei denen man mit Medikamenten angreifen kann.
Auf der obersten Ebene gibt es ein einzelnes Enzym E1, das Ubiquitin aktiviert,
auf der zweiten etwa 30 E2 und bis zu Hunderten von Ubiquitin-Ligasen.
Und dann kommt das Proteasom und zusätzlich die modifizierenden Enzymen und so weiter.
Man kann also das System in verschiedene Ebenen zerlegen und sich seinen Angriffspunkt aussuchen.
Auch theoretisch handelt es sich hierbei nicht einfach um eine zufällige Auswahl,
sondern man kann hierbei sehr systematisch vorgehen.
Es gibt also ein einzelnes E1, mehrere E2, Hunderte von E3 und dann Tausende von Substraten,
die ubiquitiniert und dann in das Proteasom geschleust werden, um dort abgebaut zu werden.
Tatsächlich wurde das Ubiquitin-System in ein sehr großes Medikamentensystem verwandelt.
Wir können die Poly-Ubiquitinierung mit Hilfe von UB-Statin anhalten.
Avram hat Bortezomib und Velcade, die das Proteasom inhibieren, erwähnt.
Ich werde später noch über Hemmstoffe von Recycling-Enzymen sprechen,
denn wir sollten uns daran erinnern, dass Ubiquitin letztlich ein Katalysator ist.
Wir markieren das Protein für den Abbau, das Protein wird abgebaut,
doch wir gewinnen Ubiquitin zurück, um zum nächsten Zielstoff zu gehen und zum nächsten.
Ubiquitin ist also in vieler Hinsicht ein kovalenter Katalysator.
Die Enzyme, die Ubiquitin recyceln sind demnach mögliche Angriffspunkte.
Und dann gibt es noch die gesamte Familie der Ubiquitin-ähnlichen Proteine, die man in letzter Zeit entdeckt hat.
Außerdem hat Ubiquitin selbst auch zahlreiche nicht-proteolytische Funktionen.
Sie heißen Ubiquitin-ähnliche Proteine, weil sie dem Ubiquitin strukturell sehr ähnlich sind.
Auch der Mechanismus von Aktivierung und Konjugation ist sehr ähnlich.
Eines ist beispielsweise SUMO, das andere ist NED-8.
Sie verbinden sich mit dem Protein über einen sehr ähnlichen Mechanismus,
der dem von Ubiquitin sehr ähnlich, aber nicht damit identisch ist.
Sie verfügen über ihren eigenen Bindungsmechanismus.
Wie wir also in den letzten Jahren gesehen haben, hat sich das Ubiquitin-System dramatisch erweitert, und Ubiquitin,
das in meinen Augen und in den Augen vieler anderer ein proteolytisches Signal war, verwandelte sich zu nichts anderem als einer weiteren Form
– allerdings sehr reichen Form – posttranslationaler Modifikation.
Eine ihrer Funktionen besteht offensichtlich darin,
sich zur späteren Erkennung durch eine Protease, das 26S-Proteasom, gezielt an Proteine zu heften.
Sie sehen also, dass aus dem Ubiquitin-System ein sehr vielversprechendes System der Medikamentenentwicklung geworden ist.
Beginnen wir mit Krebs.
Lassen Sie mich noch einmal in sehr vereinfachter Form zusammenfassen, worauf Avram bereits hingewiesen hat:
Wenn ein Tumorsuppressor wie P53 übermäßig abgebaut wird
oder wenn ein onkogenes Protein, ein wachstumsfördernder Faktor am Abbau gehindert wird, haben wir es mit einem Krebs zu tun.
Und wir können uns P53 auf der rechten Seite der Gleichung vorstellen.
Nehmen wir das Cervixkarzinom des Menschen.
Sie haben von Harald zur Hausen davon gehört.
Er ist sozusagen der Vater dieses Forschungsfeldes.
Der Papillomavirus des Menschen kodiert ein Onkogen namens E6.
E6 heterodimerisiert zu P53 - dies ist ein zielgerichteter Prozess, der vom Virus evolviert wurde.
Dieser Heterodimer wird vom Ubiquitin-System irgendwie als fremdes Protein erkannt,
und das Ubiquitin-System drängt die Tumorsuppressoren zum „Abfluss“: zum Proteasom.
Das Virus tut dies absichtlich, weil es sich bei P53 um ein Qualitätskontrollprotein handelt.
Wenn es vorhanden ist, verhindert es, dass sich das Virus in die DNA der Zelle integriert
und seine zahlreichen Funktionen ausführt.
Das Virus war also sehr clever.
Es überlistete das Ubiquitin-System, indem es ein frühexprimiertes Gen entwickelte,
das sich zunächst auf den Tumorsuppressor richtet, um diesen abzubauen.
Auf diese Weise kann das Virus seine Entfaltung fortsetzen und in der Zelle exprimiert werden.
Hier zerstören wir also ein Tumorsuppressorprotein, dessen Funktion in der Qualitätskontrolle besteht,
in der Überprüfung der Integrität des Genoms, und nachher ist das Virus frei.
Am Ende des Prozesses sehen wir eine maligne Transformation.
Auf der anderen Seite können wir uns den EGF-Rezeptor ansehen, der von Zeit zu Zeit begünstigt wird,
oder zum Beispiel Beta-Catenin, das von Zeit zu Zeit nicht abgebaut wird.
Und es sendet ständig Signale an die Zelle, und die Zelle denkt immerzu,
dass sie ständig zur Teilung und zur Expression der Zellteilungsproteine angeregt wird.
Sie läuft ständig in einer unkontrollierten Weise weiter, weil der Regulator, entweder Beta-Catenin oder der EGF-Rezeptor
- und ich kann Ihnen noch zahlreiche andere Beispiele nennen –
sich nicht mehr unter der Abbaukontrolle des Ubiquitin-Systems befindet.
Sie sehen also, dass Abweichungen an einer beliebigen Stelle des Ubiquitin-Systems zu Fehlentwicklungen führen,
und eines der ersten Medikamente, die erstaunlicherweise entwickelt wurden - wie Avram erwähnte -, war ein Proteasom-Inhibitor.
Dies ist ein Inhibitor einer bestimmten Stelle, des aktiven Zentrums des Proteasoms.
Das Proteasom besteht, wie Sie später von Robert Huber erfahren werden, aus zwei Untereinheiten.
Dies ist der proteolytische Arm des Systems, der ubiquitinierte Proteine abbaut.
Und dies sind die aktiven Zentren in der Mitte.
Sie befinden sich hier in der katalytischen Kammer, im katalytischen Teil.
Und hier können Sie sie sehen: Dies sind Threoninreste, und sie werden speziell von Velcade inhibiert.
Das war Ihnen von Avram gezeigt worden.
Es handelt sich hierbei um ein Tripeptid, ein Borsäurederivat,
und es greift auf elektrophonische Weise speziell den Threoninrest an, um ihn zu inhibieren.
Hier sehen Sie einen Patienten.
Dies ist ein Patient mit einem multiplen Myelom.
Bei einem multiplen Myelom – für diejenigen unter Ihnen, die keine Mediziner sind – handelt es sich
um eine monoklonale Erweiterung einer B-Zelle, einer sekretorischen B-Zelle vom Immun-IG-Typ im Knochenmark.
Es füllt den gesamten Raum des Knochenmarks aus.
Es unterdrückt die Vorläufer aller anderen Zellen, und der Patient leidet schwer unter dieser Raumforderung.
Wenn wir uns die Sache vorstellen, sind Tumore raumfordernde Läsionen.
Und in diesem Fall ist es die Unterdrückung der anderen Elemente,
so dass der Patient an einem Mangel an roten Blutkörperchen leidet, an Atembeschwerden, an einem Mangel an weißen Blutkörperchen,
an Infektionen, Blutungen aufgrund fehlender Thrombozyten und dann an krankheitsverursachten Frakturen,
da der Tumor gegen die Wirbelknochen und die Röhrenknochen drückt.
Und wie Avram erwähnte, nahm diese Erkrankung einen tödlichen Verlauf, bis vor mehreren Jahren 2 Medikamente auf den Markt kamen.
Eines von ihnen ist Velcade, das andere ist ein Derivat von Thalidomid.
Ich werde nicht darauf eingehen.
Hier sehen Sie einen Patienten.
Sie sehen den durch den Tumor hervorgerufenen enorm steigenden Immunoglobulinspiegel.
Und Sie sehen, dass wir in diesem Fall einen hervorragenden Biomarker haben.
Die Behandlung, Chemotherapie, beginnt hier.
Sie sehen einen teilweisen Rückgang und dann einen erneuten Rückfall.
Dann begann die Behandlung mit Velcade, und Sie sehen eine Unterdrückung des Biomarkers.
Nicht alle Patienten sprechen auf die Behandlung an.
Wir wissen noch nicht ... Forscher erstellen Patientenprofile, um eine personenspezifische Medizin zu ermöglichen,
um die Behandlung auf den Patienten zuzuschneiden, weil nicht alle Patienten auf die Behandlung ansprechen.
Wir möchten erkennen, warum einige von ihnen auf die Behandlung reagieren und andere nicht.
Hier sehen Sie das Knochenmark der Patienten, und Sie sehen hier das bösartige, gleichförmige Knochenmark,
das von diesen B-Zellen durchsetzt ist.
Und nach der Behandlung können Sie sehen, dass das Knochenmark verjüngt
und wieder mit den normalen Vorläufern von Zellen gefüllt ist.
Hier sehen Sie eine verwandte Krankheit.
Dies ist ein CAT-Scan des Brustkorbes.
Es ist ein Non-Hodgkin-Lymphom - das ist eine Art Schwestererkrankung.
Und Sie sehen hier einen Querschnitt durch den Brustkorb, für diejenigen von Ihnen, die anatomisch nicht bewandert sind.
Der CAT-Scan ist eine wunderbare Technologie, für die ebenfalls ein Nobelpreis vergeben wurde.
Und was Sie hier sehen, ist ein Schnitt durch den Brustkorb, den wir sozusagen drehen, um hineinzusehen,
doch wir tun dies im übertragenen Sinne.
Hier sehen Sie das Brustbein, den vorderen Knochen des Brustkorbes.
Sie können die Wirbel mit dem Wirbelkanal sehr gut erkennen, Sie sehen das Schulterblatt, den Knochen in der Schulter,
die Schultermassen, die Rippen, und hier sehen Sie einen Tumor, der im Hilum sitzt, am Eingang zur rechten Lunge.
Das Schwarze ist offensichtlich die Luft in der Lunge.
Hier sehen Sie die großen Gefäße des Herzens und hier den zurückgegangenen Tumor.
Sie sehen eine erfolgreiche Behandlung.
Gehen wir zu einer anderen Ebene.
Vergessen Sie, den Proteasom-Inhibitor, gehen wir weiter.
Chaperone - Chaperone sind Qualitätskontrollproteine, deren Funktion darin besteht,
Proteine wieder zu falten und sie in das Proteinpool zurückzubringen.
Bevor man also ein Protein abbaut, gibt man ihm eine Chance, neu gefaltet zu werden.
Doch von Zeit zu Zeit werden Chaperone – in der Sprache von Susan Lindquist, einer hervorragenden Chaperon-Forscherin,
Sie sehen es hier auf der linken Seite – zu evolutionären Mutationskapazitäten.
Sie halten das mutierte Protein fest und lassen es nicht los.
Sie falten es nicht neu, aber geben es nicht an das Ubiquitin-System weiter.
Hier ist das Protein also vor dem Abbau geschützt und führt weiterhin seine mutierte, abweichende Funktion aus.
Die Idee wird also sein, diesen Gordischen Knoten zwischen dem Chaperon und den mutierten Proteinen zu lösen.
Verschiedene Dissoziierer wurden entwickelt; einer von ihnen ist Geldanamycin.
Er stellte sich als giftig heraus, doch hier sehen Sie eine fluoreszente Einfärbung einer Brustgewebszelle,
Zellen einer Zellkultur mit dem mutierten EGF-Rezeptor.
Und nach der Behandlung mit dem Dissoziierer können Sie sehen, dass die Fluoreszenz beseitigt ist.
Das Protein wurde freigegeben und wurde nach der Ubiquitinierung an das Lysosom weitergegeben.
Und hier sehen Sie die Biologie, ich meine, sie ist wunderschön, die Chemie.
Dies ist ein anderer Dissoziierer.
Sie können sehen, dass das Protein, das ErbB-2, bei dem es sich um ein Derivat des EGF-Rezeptors handelt,
nach der Hinzufügung des Dissoziierers ubiquitiniert wird.
Das Protein selbst verschwindet, doch diese Wachstumsförderungsfaktoren sind größtenteils selbststimulierende Kinasen.
Eines Tages bindet sich ein Ligand an sie, sie dienen sich dann selbst als Kinase,
und dann werden sie für ihre Aktivität im weiteren Ablauf aktiviert.
Sie sehen, dass die Kinase-Aktivität, dass das Phosphotyrosine – dies ist ein spezifischer Antikörper zu Phosphotyrosine –
auf dem Rezeptor selbst vollständig verschwunden ist.
Wir können uns den Patienten mit den multiplen Plattenepithelkarzinomen im Gesicht anschauen.
Sie können sehen, dass dieser große Tumor nach 47 Tagen jetzt ulzeriert ist.
Er befindet sich also auf dem Weg der Heilung und das Gesicht sieht bereits besser aus.
Und nach weiteren fast 40 Tagen, sieht das Gesicht sehr viel besser aus.
Wir nehmen also einen Mechanismus und machen ein Medikament daraus.
Doch bei der nächsten Medikamentengeneration wird es sich um Inhibitoren der Ubiquitin-Ligasen handeln,
denn es gibt Unmengen davon.
Doch es erwies sich als eine nur schwer zu lösende Aufgabe. Warum?
Weil die Ligasen mit einer proteolytischen Substanz des Ubiquitin-Systems
bei einer nur geringen Affinität an großen Oberflächen interagieren.
Und es erwies sich als sehr schwer, daran etwas zu ändern.
Daher hinkt dieser Forschungsbereich bei der Entwicklung von Inhibitoren für Ligasen etwas hinterher.
Doch einige Leute machen Versuche in diese Richtung und ich werde Ihnen einen Versuch vorstellen.
Und dies ist wieder P53.
Ich komme auf diesen entscheidend wichtigen Tumorsuppressor, diesen Checkpoint, dieses Qualitätskontrollprotein, zurück.
Dieses Protein steigt bei jeder Art von Stress sprunghaft an.
Sie berühren die Zelle, berühren sie nur, es kommt zur Verkürzung von Telomeren, die Zahl der Ribonukleotide geht zurück,
die während der Mitose aufgebaute Spindel oder die DNA wird beschädigt - bei jeder Verletzung steigt das P53 sprunghaft an.
Und wenn die P53-Konzentration steigt, hält sie sofort die Zellteilung an.
Die Idee ist hierbei, dass eine geschädigte Zelle nicht weitermachen kann.
Sie soll daran gehindert werden, sich zu teilen.
Dann wird versucht, den Schaden zu reparieren.
P53 sind eine ganze Reihe von Reparaturenzymen und -genen nachgeschaltet, die aktiviert werden,
ob der Schaden in der DNA oder anderer schadenorientierter Richtungen liegt.
Und wenn der Schaden nach einem Versuch, der nach einem Zeitplan erfolgt, nicht repariert werden konnte,
leitet P53 den Zelltod ein.
Es tötet die Zelle und nimmt sie aus dem Zellrepertoire.
P53 ist also ein Protein von kritischer Bedeutung, und nur um Ihnen zu zeigen, wie kritisch es ist:
Man konnte beweisen, dass Mutationen von P53 bei der Entstehung von 50 % aller bekannten Tumore eine Rolle spielen.
Es ist ein Protein von kritischer Bedeutung.
Und bei weiteren 50 % der restlichen 50 %, wir reden nun also von 75 %, ist die Konzentration von P53 reduziert.
Es ist eine wilde Form, sie ist nicht mutiert, sie ist funktionsfähig, aber dennoch herunterreguliert.
Wie ist es herunterreguliert?
Durch seine eigene Ubiquitin-Ligase.
Hier spielt das Ubiquitin-System also eine phatogenetische Rolle.
Es nimmt einen Tumorsuppressor und reguliert ihn herunter, um es dem Krebs zu erlauben weiterzuwachsen.
Wie reguliert es ihn herunter?
Indem es seine Ubiquitin-Ligase hochreguliert.
Normalerweise befindet die Ubiquitin-Ligase von P53, die bei der Maus den Namen MDM2 trägt,
beim Menschen als HDM2 bezeichnet wird, zusammen mit P53 in einem Servoschleifen-Regulationsmechanismus.
P53 ist demnach ein Transkriptionsfaktor, es reguliert seinen eigene „Scharfrichter“ nach oben.
Er ubiquitiniert P53 und baut es dann ab.
P53 ist herunterreguliert.
Wenn P53 herunterreguliert ist, kann es die Ligase nicht länger transkribieren.
Dann ist die Ligase herunterreguliert, aber P53 ist hochreguliert.
Und nun geht die Geschichte so weiter und immer weiter.
Sie schwanken also zyklisch in einer sinusförmigen Phasendifferenz voneinander, und dies hat man wunderschön gezeigt.
In den 25 % der Tumore, bei denen P53 vom wilden Typ ist, steigt die Konzentration von HDM2 auf unkontrollierte Weise;
es hört nicht mehr auf die regulierende Stimme von P53, es gerät außer Kontrolle.
Seine Konzentration ist ständig erhöht, und es senkt P53 ständig, reguliert es herunter.
Hier hat man also einen Mechanismus, was soll man tun?
Wir müssen einen Inhibitor für MDM2 entwickeln.
Wenn wir einen kleinen, molekularen Inhibitor für HDM2 verwenden, wird HDM2 vorhanden sein.
Seine Konzentration wird hoch sein, doch es wird P53 nicht mehr erkennen können, und P53 wird wieder ansteigen.
Schauen wir uns an, wie das funktioniert - es funktioniert.
Es gibt einen Inhibitor namens Nutlin, der in Nutlin in New Jersey von Roche entwickelt wurde.
Es ist noch immer ein experimenteller Inhibitor,
und der Inhibitor basiert erneut auf dem Verständnis der dreidimensionalen Struktur der Ligase.
Es ist ein kleines Molekül, das genau da sitzt, wo P53 sitzt.
Es konkurriert also mit P53, verdrängt es vom aktiven Zentrum der Ligase.
Schauen wir uns das Ergebnis des Experiments an.
Hier ist es.
Wir fügen den Inhibitor hinzu, die Konzentration von P53 steigt an – fantastisch.
Hier ist also der Inhibitor.
MDM2 steigt ebenfalls an, also steigt der „Scharfrichter“ an, doch das kümmert uns nicht,
denn er ist tot, denn in dem Medium gibt es einen Inhibitor.
Hier ist er.
Wir erhalten also folgende Situation:
P53 ist aktiv, es transkribiert seinen Scharfrichter, doch der ist tot, weil es einen Inhibitor gibt, der ständig vorhanden ist.
Und woher wissen wir, dass P53 eine gute Form hat?
Weil P53 nun P21 induziert und P21 ein Zellzyklusinhibitor ist.
Und woher wissen wir, dass wir den Zellzyklus inhibieren?
Wir schauen uns die Faktenanalyse an.
In der Faktenanalyse im Kontrollexperiment synthetisieren fast 50 % der Zellen die DNA.
Sie befinden sich in einem Zyklus.
Während später, nachdem wir den Inhibitor hinzugefügt haben, nur noch 5 % vorhanden sind.
Wir drängen die Zelle also aus dem Zellzyklus.
Und hier ist das Ergebnis bei Mäusen, bei SCID-Mäusen.
Wie Sie sehen, injizieren wir Tumorzellen in den Rücken von SCID-Mäusen und der Tumor wächst.
Was Sie auf der Ordinate sehen, ist das Tumorvolumen, und Sie sehen, dass es zunimmt.
Nachdem wir Nutlin injiziert haben, sehen Sie, dass der Tumor sein Wachstum eingestellt hat.
Die Wirkung von Nutlin ist identisch mit derjenigen von Doxorubicin,
bei dem es sich um einen hochgiftigen, zytostatischen Wirkstoff handelt, der mit der DNA Chelate bildet.
Mit einem spezifischen Inhibitor der Ubiquitin-Ligase können wir also genau dasselbe Ergebnis erzielen,
das wir mit einem hochgiftigen chemotherapeutischen Wirkstoff mit breiterem Wirkungsspektrum erzielen.
Dies ist ein gutes Zeichen für die Zukunft.
Da die Zeit für meinen Vortrag fast zuende ist, möchte ich zu den letzten Dias weitergehen
und Ihnen zeigen, wie sich das Forschungsfeld tatsächlich entwickelt hat.
Die ist ein Aufsatz, den ich in der letzten Ausgabe der Fachzeitschrift Cell gefunden habe.
Für diejenigen unter Ihnen, die in der Biologie arbeiten, ist Cell eine sehr berühmte Fachzeitschrift.
Sie erschien am letzten Freitag.
Dies zeigt Ihnen einfach, wie schnell sich dieses Feld weiterentwickelt.
In diesem Fall richtet sich die Forschung auf E2.
Dies ist das E2, das im Zellzyklus eine Rolle spielt.
Es ist ein völlig allosterischer, neuer Inhibitor, der soeben erst gefunden wurde,
nur um Ihnen zu zeigen, wie dynamisch dieses Forschungsgebiet ist.
Und dann gibt es Inhibitoren von Ubiquitin-ähnlichen Proteinen, über die ich Ihnen nichts sagen will,
sondern ich möchte zu den letzten beiden Dias gehen und Ihnen zeigen, wie wir das Ubiquitin-System so manipulieren können,
dass wir sogar auf Krankheiten eingehen können, die auf einem Funktionsverlust beruhen, und dies ist sehr interessant.
Gehen wir zum Thema der Neurodegeneration.
Bei der Neurodegeneration haben wir es, wie ich Ihnen sagte, mit einer Ansammlung von Proteinen zu tun,
und dies geht mit einem Funktionsverlust einher, und wir stehen hilflos daneben.
Die Geschichte ist also folgende:
Wir haben hier das Proteasom, und das Proteasom baut Ubiquitin zu Proteinen ab,
und das Proteasom verfügt außerdem auch über Enzyme, die die Ubiquitin-Markierung rückgängig machen, um das Ubiquitin zu recyceln.
Ein Protein gelangt also zum Proteasom, das Protein wird abgebaut, Ubiquitin wird recycelt.
Wenn wir das Proteasom und die Enzyme ein wenig manipulieren, die die Markierung mit Ubiquitin rückgängig machen, teilweise inhibieren,
werden wir den Abbau dadurch etwas effizienter machen.
Wir können also die beiden Prozesse manipulieren, weil das Proteasom ein Enzym mit einer Doppelfunktion ist.
In der medizinischen Fakultät der Universität Harvard wurde also von Dan Finley ein Inhibitor entwickelt.
Dies ist ein Aufsatz aus Nature, der vor einigen Wochen erschien, und ich möchte Ihnen noch ein letztes Diagramm zeigen.
Es ist dieses Diagramm, Diagramm C.
Sie erkennen hier sofort: Wenn wir den Inhibitor inhibieren,
sinkt die Konzentration eines experimentellen Proteins namens Q80 oder Q22.
Was ist nun Q80 oder Q22?
Ich erwähnte eine degenerative Erkrankung, die Huntington-Krankheit.
In dieser Krankheitsgruppe, zu der nicht nur die Huntington-Krankheit gehört,
sondern auch die spinocerebelläre Ataxie und das Kennedy-Syndrom sowie viele andere Krankheiten,
findet man eine genomische Instabilität, und ein Protein erweitert seine N-Terminals,
indem es sich in Kooperation mit Glutamin wiederholt, so dass es zu einer CAG-Wiederholung kommt,
bei der es sich um das Kodierungstriplet für Glutamin handelt.
Normalerweise haben wir nur sehr wenige von ihnen, und plötzlich erhalten wir eine Erweiterung bestimmter Proteine.
Und wir erhalten ein Protein, das ein normales Protein ist, doch an den N-Terminals geht ihnen ein langes Stück aus PolyQs voran
und diese PolyQs bilden ein Aggregat und fallen aus dem Zytoplasma aus.
Sie führen im Ergebnis zu diesen Ansammlungen, die die Krankheit verursachen,
sei es die Huntington-Krankheit, spinocerebelläre Ataxie usw.
Und hier haben wir ein Modell, in dem wir eine Aktivität des Proteasoms,
das Enzym, das die Ubiquitin-Markierung rückgängig macht, manipulieren.
Wir treiben das Proteasom an, ein wenig effizienter zu sein, und wir können so ein angesammeltes Protein loswerden.
Hier beginnen wir also den Übergang von Krankheiten, die auf einem Funktionsverlust beruhen,
zu Krankheiten, bei denen eine Funktion hinzukommt, indem wir Aktivität manipulieren,
weil wir über eine reiche Vielzahl des Ubiquitin-Systems verfügen.
Ich denke, ich hoffe, dass ich Ihnen einen kleinen Einblick in dasjenige verschaffen konnte,
was in den späten 1970er Jahren begann, als ich Doktorand von Avram wurde,
einfach neugierig auf eine kleine, noch offene Nische in der Biologie, was schließlich zu Medikamenten führte, ja zu noch mehr:
zu einer großen Zukunft für Medikamente.
Haben Sie vielen Dank.
(Applaus).