Biochemická a buněčná selektivita inhibitorů cyklin-dependentních kinas

Mgr. Denisa HENDRYCHOVÁ

Doctoral thesis

Biochemical and cellular selectivity of cyclin-dependent kinase inhibitors

Abstract:

V průběhu posledních 30 let bylo objeveno velké množství inhibitorů cyklin-dependentních kinas (CDK), z nichž několik bylo schváleno pro léčbu rakoviny a více než 100 látek je komerčně dostupných jako chemické nástroje pro buněčnou biologii. Nicméně míra, do jaké jsou vlastnosti těchto látek studovány s ohledem na jejich účinnost, selektivitu vůči jednotlivým CDK a buněčné efekty, se významně liší. Inhibitory bývají obvykle označovány jako vysoce selektivní a účinné, nicméně v mnohých případech nebyly dostatečně nebo správně charakterizovány. Znalost biochemické selektivity je přitom nezbytná pro adekvátní interpretaci následků jejich působení a nežádoucích účinků a také pro jejich správné použití v biologických studiích. Nežádoucí účinky však mohou souviset i s jejich nízkou buněčnou selektivitou, kdy tyto látky inhibují kinasy nebo procesy, které podporují nádorové bujení, ale mohou mít esenciální funkci také v nenádorových buňkách. Tato disertační práce je zaměřena na charakterizaci vybraných komerčně dostupných inhibitorů CDK (CDKi), které byly publikovány jako selektivní vůči CDK regulujícím buněčný cyklus. Na základě několika typů experimentů byla hodnocena jejich selektivita vůči CDK1/2/4/5/7/9 a jejich efekty na buněčný cyklus, které byly porovnávány s publikovanými daty. Výsledky poukazují, že většina původně selektivních CDKi by měla být klasifikována jako panselektivní a neměla by být využívána jako selektivních chemických sond. V druhé části práce byl navržen koncept cíleného transportu CDKi konjugovaných s folátem prostřednictvím folátového receptoru exprimovaného nádorovými buňkami. Cytometrickou analýzou byl potvrzen specifický transport konjugátů do nádorových buněk za současného zachování CDK inhibičních vlastností. Cílené doručení inhibitorů tak představuje možný způsob vedoucí k vyšší buněčné selektivitě léčiv.

Abstract:

Over the last 30 years a number of small-molecule inhibitors of cyclin-dependent kinases (CDK) have been discovered. Some of them have been approved for the treatment of cancer and more than 100 are commercially available as chemical tools for cell biology. However, the extent to which the properties of these compounds are studied varies significantly with respect to their efficacy, selectivity for individual CDKs and cellular effects. Inhibitors are often claimed to be potent and selective, but they have not been sufficiently or correctly validated in many cases. The knowledge of biochemical selectivity is essential for adequate interpretation of the consequences of their action and side effects, as well as for their correct application in biological studies. However, side effects may also be related to their low cellular selectivity, because they inhibit kinases or processes that promote tumor growth, which may have an essential function in non-tumor cells. This doctoral thesis is focused on the characterisation of selected commercially available CDK inhibitors (CDKi), which are claimed to selectively inhibit cell-cycle regulating CDKs. Selectivity of CDKi toward CDK1/2/4/5/7/9 and their effects on a cell cycle were evaluated in several types of experiments and compared with published data. Results suggest that most originally selective CDKi should be reclassified as pan-selective and should not be used as a selective chemical tools. In the second part of this thesis, the concept of targeted transport of folate-conjugated CDKi through the folate receptor expressed by tumor cells was suggested. Cytometric analysis confirmed the specific transport of the conjugates into tumor cells while preserving their CDK inhibitory properties. Therefore, targeted delivery of inhibitors represents a possible strategy to achieve increased cellular selectivity of drugs.

Keywords

Cyklin-dependentní kinasa, inhibitor, selektivita, off-target

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 31. 5. 2021

Thesis defence

• Supervisor: doc. RNDr. Vladimír Kryštof, Ph.D.

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biology / Experimental Biology