Načrtovanje in sinteza heterobifunkcionalnih razgrajevalcev od ciklina odvisne kinaze 1

Ademovič, Žiga (avtor), Sosič, Izidor (mentor)

Od ciklina odvisna kinaza 1 (CDK1) je pomemben regulator celičnega cikla. V kompleksu s ciklinom B deluje kot glavni sprožilec vstopa v mitozo, saj fosforilira številne tarčne proteine, ki sodelujejo pri ključnih procesih mitotske delitve. Zaradi njene pogoste prekomerne izraženosti pri različnih vrstah raka, kot so rak dojke, rak jajčnikov, rak želodca in kolorektalni rak, predstavlja obetavno tarčo za razvoj protitumorskih učinkovin. Kljub razvoju zaviralcev CDK1 so pomanjkljivosti, povezane z njihovo selektivnostjo in učinkovitostjo, še vedno prisotne. Zaradi tega se kot možnost izboljšanja lastnosti modulatorjev CDK1 ponuja pristop tarčne razgradnje proteinov s heterobifunkcionalnimi razgrajevalci, med katere spadajo molekule PROTAC (angl. Proteolysis-targeting chimeras). V sklopu magistrske naloge smo načrtovali in sintetizirali heterobifunkcionalne razgrajevalce, katerih namen je bil ciljati CDK1 in preko ubikvitin-proteasomskega sistema omogočiti njeno usmerjeno razgradnjo. Pri načrtovanju smo kot ligand za tarčni protein uporabili derivat zaviralca RO-3306, vmesnike in derivat pomalidomida, ki je predstavljal ligand za ligazo E3 cereblon. Uporabili smo strukturno različne vmesnike in proučevali vpliv njihove dolžine, fleksibilnosti in strukturnih značilnosti na biološko aktivnost, sposobnost tvorbe ternarnega kompleksa ter učinkovitost razgradnje CDK1. Strukturo in čistoto sintetiziranih molekul smo potrdili z uporabo spektroskopskih in kromatografskih metod. Po uveljavljenih reakcijskih postopkih smo sintetizirali šest končnih molekul PROTAC, ki smo jim nato ovrednotili sposobnost zaviranja celične proliferacije na celični liniji akutne limfoblastne levkemije. Tri izmed sintetiziranih molekul PROTAC so močneje zavirale celično proliferacijo v primerjavi z zaviralcem RO-3306, pri čemer je bil učinek izrazitejši po 48 urah. Pri teh spojinah smo s prenosom western ovrednotili tudi razgradnjo CDK1, ki pri koncentraciji 1 µM ni bila izrazita. Odsotnost razgradnje CDK1 bi lahko bila posledica neustrezne orientacije ali neučinkovitega nastanka ternarnega kompleksa, ki ne omogoča učinkovite ubikvitinacije CDK1. Nadaljnje možnosti za razvoj učinkovitejših razgrajevalcev CDK1 vključujejo optimizacijo strukture in dolžine vmesnika, uporabo drugih ligandov za ligaze E3 ter uporabo alternativnih strategij tarčne razgradnje proteinov.

• Jezik: Slovenski jezik
• Ključne besede: CDK1, rak, himerni razgrajevalci, ligaza E3
• Vrsta gradiva: Magistrsko delo/naloga
• Tipologija: 2.09 - Magistrsko delo
• Organizacija: FFA - Fakulteta za farmacijo
• Založnik: [Ž. Ademovič]
• Leto izida: 2026
• PID: 20.500.12556/RUL-189068
• UDK: 615.4:54:616-006(043.2)
• COBISS.SI-ID: 293951491
• Datum objave v RUL: 01.10.2026

Sekundarni jezik

• Jezik: Angleški jezik
• Naslov: Design and synthesis of heterobifunctional degraders of cyclin-dependent kinase 1

Izvleček

Cyclin-dependent kinase 1 (CDK1) is an important regulator of the cell cycle. In complex with cyclin B, it acts as the primary driver of mitotic entry by phosphorylating numerous target proteins involved in mitosis. Due to its frequent overexpression in various types of cancers, CDK1 represents a promising target for the development of anticancer agents. Despite the development of CDK1 inhibitors, challenges related to their selectivity and efficacy remain, increasing interest in targeted protein degradation of this kinase using heterobifuncitonal degraders, known as proteolysis-targeting chimeras (PROTACs). As part of this master's thesis, we designed and synthesised heterobifunctional compounds with the aim of inducing targeted degradation of CDK1 via the ubiquitin-proteasome system. A structural analog of the CDK1 inhibitor RO-3306 was used as the ligand for the target protein, while a pomalidomide derivative served as the ligand for the E3 ligase cereblon, with both ligands connected by a linker. Structurally diverse linkers were employed to investigate the effects of their length, flexibility, and structural features on biological activity and CDK1 degradation. The structure and purity of the synthesised compounds were confirmed using spectroscopic and chromatographic methods. Six PROTACs were synthesised using established synthetic procedures and and their effects on cell proliferation and cytotoxicity, as well as their ability to induce CDK1 degradation, were evaluated in the acute lymphoblastic leukaemia cell line. Three PROTACs inhibited cell proliferation to a greater extent compared to CDK1 inhibitor RO-3306, with a more pronounced effect after 48 hours. CDK1 degradation induced by these compounds was also evaluated by Western blotting, but no significant degradation was observed at 1 µM. This could be attributed to unfavourable orientation or inefficient formation of the ternary complex, preventing CDK1 ubiquitination. Further development of CDK1 degraders could include optimisation of linker structure and length, the use of alternative E3 ligases, and the exploration of alternative targeted protein degradation strategies.

• Ključne besede: CDK1, cancer, proteolysis-targeting chimera, E3 ligases