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Identifizierung potenzieller Taspase1 Inhibitoren für die Behandlung von t(4,11) akuter Leukämie
(2022)
Leukämie ist die häufigste bösartige Krebserkrankung im Kindes- und Jugendalter. Bei einem Kind von 1120 Kindern wird Leukämie diagnostiziert, dabei trifft diese Diagnose Jungen 30 % häufiger als Mädchen. Die Krankheitssymptome treten bei den Kindern noch vor dem Schulalter auf und am häufigsten haben die Kinder mit der akuten Form zu kämpfen. Bei einer Diagnose mit einer akuten lymphatischen Leukämie (ALL) haben die Kinder meist eine gute Prognose, während bei der akuten myeloischen Leukämie (AML) eine deutlich schlechtere.1
Die t(4;11)(q21;q23) Translokation ist aufgrund ihres häufigen Auftretens und der damit schlechten verbundenen Prognose eines der bekanntesten strukturellen Chromosomen-anomalien bei akuten Leukämien. Diese Translokation wurde das erste Mal 1977 von Oshimura et al. beschrieben.2 Bei einer t(4;11)-Translokation ist das Chromosom 4 und das Chromosom 11 involviert. Auf Chromosom 4 ist das AF4-Gen lokalisiert (AFF1) und auf dem Chromosom 11 liegt das MLL-Gen (ALL-1, HRX, hTRX, KMT2A).
Taspase1 wurde als ein proteolytisch prozessierendes Enzym identifiziert, das sich in Wirbellosen und Vertebraten zusammen mit Mitgliedern der Trithorax/MLL/KMT2A-Protein¬familie koevolviert hat. Taspase1 prozessiert nicht nur das MLL und MLL2, deren Fusions¬proteine AF4-MLL, sondern auch den Transkriptionsfaktor IIA (TFIIA) sowohl in vitro als auch in vivo.3
Die Dimerisierung von Taspase1 löst eine intrinsische Serinproteasefunktion aus, die zum katalytischen Rest Thr234 führt, der die Konsensussequenz Q-3X-2D-1•G1X2D3D4 katalysiert, die in Mitgliedern der MLL-Familie sowie im Transkriptionsfaktor TFIIA vorhanden ist. Taspase1 ist kein klassisches Enzym, da es seine Zielproteine stöchiometrisch hydrolysiert. Diese Eigenschaft macht es nahezu unmöglich, in einem klassischen Screening-Setup nach potenziellen Inhibitoren zu screenen.
In dieser Arbeit wurde ein Homogeneous time-resolved fluorescence HTRF-Reporter-Assays etabliert. Das etablierte Testsystem ermöglicht erstmalig die Untersuchung von Substanzen zusammen mit Taspase1 Monomere, die in einem zellfreien System (cfs) hergestellt wurden. Durch die Expression non monomeren Taspase1 Proteinen sollten Inhibitoren durch das etablierte Screening-Verfahren gefunden werden, die sowohl (1) Dimerisierung, (2) Autoaktivierung oder (3) Substratbindung selektiv blockieren können. Die durchgeführten Experimente führten zur Identifikation eines ersten Taspase1-Inhibitors, Closantel sodium. Closantel sodium ist ein U.S. Food and Drug Administration (FDA) zugelassenes Medikament, das Taspase1 auf nicht-kovalente Weise bindet. Die erzielten Daten zeigen, dass Closantel sodium den Dimerisierungsschritt und/oder die intrinsische Serinproteasefunktion blockiert. Closantel sodium hemmte die Spaltung des eingesetzten CS2-Substratproteins mit einem IC50 zwischen 1,6 und 3,9 µM, je nachdem, welches Taspase1-Präparat in dem HTRF Screening Assay ver¬wendeten (cfs- oder E.coli-produziert). Die Daten weisen darauf hin, dass Closantel sodium als allosterischer Inhibitor gegen die Taspase1 fungiert. Taspase1 wird zur Aktivierung der AF4-MLL-Onkofusionsproteine benötigt und wird auch in mehreren soliden Tumoren überexprimiert. Daher könnte dieser neue Inhibitor für die weitere Validierung von Taspase1 als Ziel für die Krebstherapie und für das Design potenterer Liganden für zukünftige klinische Anwendungen nützlich sein.
The severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is the causative agent of the acute respiratory disease COVID-19, which has become a global concern due to its rapid spread. The common methods to monitor and quantitate SARS-CoV-2 infectivity in cell culture are so far time-consuming and labor-intensive. Using the Sleeping Beauty transposase system, we generated a robust and versatile cellular infection model that allows SARS-CoV-2 infection experiments compatible for high-throughput and live cell imaging. The model is based on lung derived A549 cells, which show a profound interferon response and convenient cell culture characteristics. ACE2 and TMPRSS2 were introduced for constitutive expression (A549-AT). Subclones with varying levels of ACE2/TMPRSS2 were screened for optimal SARS-CoV-2 susceptibility. Furthermore, extensive evaluation demonstrated that SARS-CoV-2 infected A549-AT cells were distinguishable from mock-infected cells and already showed approximately 12 h post infection a clear signal to noise ratio in terms of cell roughness, fluorescence and a profound visible cytopathic effect. Moreover, due to the high transfection efficiency and proliferation capacity, Sleeping Beauty transposase-based overexpression cell lines with a second inducible fluorescence reporter cassette (eGFP) can be generated in a very short time, enabling the investigation of host and restriction factors in a doxycycline-inducible manner. Thus, the novel model cell line allows rapid and sensitive monitoring of SARS-CoV-2 infection and the screening for host factors essential for viral replication. HIGHLIGHTS: Sleeping Beauty transposon-based cellular system was used to generate a highly susceptible cell line for monitoring SARS-CoV-2 infection; The versatile model cell line A549-AT is suitable for rapid and sensitive high-throughput assays; Additional gene specific expression cassettes allow the screening for compounds and cellular factors limiting SARS-CoV-2 replication.
Dimerization of Taspase1 activates an intrinsic serine protease function that leads to the catalytic Thr234 residue, which allows to catalyze the consensus sequence Q−3X−2D−1⋅G1X2D3D4, present in Trithorax family members and TFIIA. Noteworthy, Taspase1 performs only a single hydrolytic step on substrate proteins, which makes it impossible to screen for inhibitors in a classical screening approach. Here, we report the development of an HTRF reporter assay that allowed the identification of an inhibitor, Closantel sodium, that inhibits Taspase1 in a noncovalent fashion (IC50 = 1.6 μM). The novel inhibitor interferes with the dimerization step and/or the intrinsic serine protease function of the proenzyme. Of interest, Taspase1 is required to activate the oncogenic functions of the leukemogenic AF4-MLL fusion protein and was shown in several studies to be overexpressed in many solid tumors. Therefore, the inhibitor may be useful for further validation of Taspase1 as a target for cancer therapy.
The genetic make-up of an individual contributes to the susceptibility and response to viral infection. Although environmental, clinical and social factors have a role in the chance of exposure to SARS-CoV-2 and the severity of COVID-191,2, host genetics may also be important. Identifying host-specific genetic factors may reveal biological mechanisms of therapeutic relevance and clarify causal relationships of modifiable environmental risk factors for SARS-CoV-2 infection and outcomes. We formed a global network of researchers to investigate the role of human genetics in SARS-CoV-2 infection and COVID-19 severity. Here we describe the results of three genome-wide association meta-analyses that consist of up to 49,562 patients with COVID-19 from 46 studies across 19 countries. We report 13 genome-wide significant loci that are associated with SARS-CoV-2 infection or severe manifestations of COVID-19. Several of these loci correspond to previously documented associations to lung or autoimmune and inflammatory diseases3,4,5,6,7. They also represent potentially actionable mechanisms in response to infection. Mendelian randomization analyses support a causal role for smoking and body-mass index for severe COVID-19 although not for type II diabetes. The identification of novel host genetic factors associated with COVID-19 was made possible by the community of human genetics researchers coming together to prioritize the sharing of data, results, resources and analytical frameworks. This working model of international collaboration underscores what is possible for future genetic discoveries in emerging pandemics, or indeed for any complex human disease.