Alectinib

Pharmazeutische Chemie - Alectinib
Alectinib (Alecensa®)
Alectinib (Alecensa®) ist ein weitererr oral verfügbarer Tyrosinkinase-Inhibitor (TKI),
der bei Lungenkrebs eingesetzt wird. Wie die bereits zugelassenen TKIs Crizotinib
(Xalkori®, seit 2012) und Ceritinib (Zykadia®, seit 2015) (s. Neue Arzneistoffe 2012:
Crizotinib und Neue Arzneistoffe 2015: Ceritinib) ist Alectinib ein Inhibitor der ALKRezeptor-Tyrosinkinase (ALK = Anaplastische Lymphom-Kinase).
Abbildung 1
Genetische Veränderungen im ALK-Gen wurden zum ersten Mal 1994 bei Patienten
mit einem anaplastisch-großzelligen Lymphom (ALCL) entdeckt. Durch eine
chomosomale Translokation wird ein Fusionsprotein bestehend aus Nukleophosmin
(NPM) und ALK gebildet (Morris et al. 1994, Iams und Lovly 2015). Mehr als ein
Jahrzehnt später wurden analoge Fusionsproteine, bei denen ALK mit EML4
(echinoderm microtubule-associated protein like 4) fusioniert war, bei Patienten mit
nichtkleinzelligem Bonchialkarzinom (NSCLC) entdeckt (Soda et al. 2007). Bei 3 bis
7% der NSCLC-Patienten kommen solche ALK-Genumlagerungen vor, wodurch
Fusionsonkogene entstehen. Zahlreiche verschiedene Gene, die mit dem ALK-Gen
fusioniert sind, konnten identifiziert werden, wobei die häufigste die EML4-ALKFusion ist. Das Translationsprodukt dieses fusionierten Gens behält seine
katalytische ALK-Kinase-Domäne. Obwohl noch wenig über die physiologischen
ALK-Funktionen bekannt ist (ALK wird eine wesentliche Rolle bei der Entwicklung
und Funktionsfähigkeit des ZNS zugeschrieben, wo es u.a. Zelldifferenzierung und –
proliferation kontrolliert (Yao et al. 2013)), kennt man zumindest physiologische
Liganden und vermutet, dass die ALK-Rezeptor-Tyrosinkinase normalerweise durch
Bindung seiner Liganden, u.a. die Wachstumsfaktoren Pleiotrophin und Midkin, an
die extrazelluläre Domäne aktiviert wird und Signale ins Zellinnere weiterleiten kann
(Lu et al. 2005).
Durch die Fusion der ALK-Kinase-Domäne mit EML4, kommt es zur einer EML4ALK-Dimerisierung ohne Ligandenbindung. Die Dimerisierung ist essentiell für die
EML4-ALK-Aktivität (Soda et al. 2007). Somit wird die ALK-Kinase ohne
extrazelluäre Bindung eines Liganden konstitutiv aktiviert und ihr onkogenes
Potential erhöht. Intrazellulär bedeutet dies nämlich eine dauerhafte Aktivierung des
MAPK-Signalweges (mitogen activated protein kinase), des JAK/STAT-Signalweges
sowie des PI3K-Signalweges (phosphatidyl-inositol-3-kinase) mit einer dauerhaften
Stimulation des Zellwachstums, der Zellmigration, der Angiogenese sowie des
Zellüberlebens, was zu einem verstärkten Wachstum von Krebszellen mit Infiltration
in andere Gewebe und Metastasierung führt (Iams und Lovly 2015, Holla et al. 2017,
Roskoski 2017). Einen Beitrag zum onkogenen Potential des EML4-ALKFusionsproteins leisten zusätzlich auch noch Amplifikationen des ALK-Genlokus und
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aktivierende Mutationen („gain-of-funktion Mutationen“), von denen die meisten in der
Kinase-Domäne des Fusionsproteins liegen einschließlich der zwei wichtigsten, den
„hot spot“-Mutationen, die ca. 85% aller primären ALK-Mutationen ausmachen: 1)
F1174; das Phenylalanin (F) ist substituiert durch Cystein (C), Leucin (L), Isoleucin
(I), Serin (S) oder Valin (V). 2) R1275; das Arginin (R) an Position 1275 ist
substituiert durch Glutamin (Q) oder Leucin (L) (Holla et al. 2017).
Von den drei jetzt zugelassenen ALK-Inhibitoren Crizotinib (Xalkori®), Ceritinib
(Zykadia®) und Alectinib (Alecensa®) wird auschließlich das Crizotinib als
Erstlinientherapeutikum bei einem ALK-positiven, fortgeschrittenen NSCLC
eingesetzt. Ceritinib und Alectinib werden als Zweitlinientherapeutika eingesetzt nach
einer erfolgten Crizotinib-Therapie. Die Erstlinientherapie mit Crizotinib ist einer
Standard-Chemotherapie mit einem Platin-Derivat und Pemetrexed überlegen. Die
Response-Raten liegen für Crizotinib bei ca. 60%, d.h. schon zu Therapiebeginn liegt
in vielen Fällen eine primäre Resistenz vor. Unglücklicherweise entwickelt auch die
Mehrzahl der Patienten, die zunächst auf Crizotinib ansprechen, meist innerhalb der
ersten 12 Monate eine Resistenz. Für die sekundäre, erworbene Resitenz gegenüber
Crizotinib sind hauptsächlich wiederum Mutationen innerhalb der ALK-KinaseDomäne verantwortlich. Zahlreiche solcher sekundärer Mutationen sind bislang
beschrieben worden, darunter die beiden häufigsten sekundären Mutationen
L1196M, die sogenannte „gate-keeper“ Mutation, bei der das Leucin an Position
1196 durch ein Methionin ersetzt ist, sowie die C1156Y-Mutation (Ersatz des
Cysteins an Position 1156 durch Tyrosin). Und erst dann werden die
Zweitgenerationen-Hemmer Ceritinib und Alectinib eingesetzt. Alectinib ist bei diesen
beiden Mutationen wirksam, allerdings bei anderen seltener auftretenden teilweise
auch nicht (s. Tabelle 1) (Choi et al. 2010), Camidge et al. 2012, Sullivan und
Planchard 2016).
Aktivität gegenüber ausgewählten Mutationen
ALKInhibitor
L1196M
C1156Y
Aktivität gegenüber anderen
Crizotinib-resistenten Mutationen
Ceritinib
+
-
G1269A,I1171T,S1206Y,L1152R,
F1174L,V1180L
Alectinib
+
+
G1269R,S1206Y,
L1152R,F1174L,1151T-ins
Tabelle 1:
fehlende Aktivität
gegenüber Mutationen
F1174C,G1202R
G1202R,V1280L,I1171T
Aktivitäten der Zweitgenerationen-ALK-Inhibitoren Ceritinib und Alectinib
gegenüber Mutationen, die eine Crizotinib-Resistenz herbeiführen (nach
Sullivan und Planchard 2016)
Der neue ALK-Inhibitor Alectinib wird als Monotherapeutikum eingesetzt zur
Behandlung des ALK-positiven, fortgeschrittenen nichtkleinzelligen Bronchialkarzinoms (NSCLC) bei Erwachsenen. Zuvor sollten die Patienten mit Crizotinib
behandelt worden sein. Dementsprechend sollte auch vor Therapiebeginn ein ALKpositiver NSCLC-Status vorliegen. Damit entspricht die Indikation des Alectinibs der
des Ceritinibs (s. Tabelle 2).
Die Therapie mit Alectinib erfolgt bis zur Progression der Erkrankung bzw. bis zum
Auftreten nicht tolerierbarer Nebenwirkungen/ Toxizitäten. Die Dosierung beträgt
zweimal täglich 600mg (4 Hartkapseln mit jeweils 150mg), wobei die Einnahme
zusammen mit Nahrung zu erfolgen hat (Fachinformation Alecensa® 2017). Wenn
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Alectinib zusammen mit einer sehr fettreichen Mahlzeit eingenommen wird, erhöhen
sich die Alectinib-Exposition, die Exposition seines aktiven Hauptmetaboliten M4
sowie wichtige pharmakokinetische Paramater (cmax, AUC) um ca. das dreifach
gegenüber der Einnahme im Nüchternzustand (Morcos et al. 2016, Fachinformation
Alecensa® 2017, Morcos et al. 2017).
ALK-Inhibitor
Indikation(en)
Crizotinib
Ceritinib
Alectinib
Erstlinientherapie des
fortgeschrittenen ALK+1
NSCLC
Zweitlinientherapie des
fortgeschrittenen ALK+NSCLC nach erfolgter
2
Crizotinib-Behandlung
Zweitlinientherapie des
fortgeschrittenen
ALK+-NSCLC nach
erfolgter Crizotinib3
Behandlung
Zweitlinientherapie des
fortgeschrittenen, vorbehan1
delten ALK+-NSCLC
Zur Therapie des
fortgeschrittenen
1
ROS1+-NSCLC
Tabelle 2:
Abbildung 2:
Indikationen der zugelassenen ALK-Inhibitoren
1
2
Fachinformation Xalkori® 2016, Fachinformation Zykadia®
3
2016, Fachinformation Alecensa® 2017
Vorgeschlagener Reaktionsweg für die Bildung des aktiven Hauptmetaboliten
M4 über CYP3A4
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Die absolute Bioverfügbarkeit (bei Gesunden) liegt bei der Einnahme zusammen mit
Nahrung bei 36,9%. In der Leber wird Alectinib fast auschließlich über CYP3A4
metabolisiert, wobei Alectinib zwar ein Substrat für CYP3A4 ist, selber aber nur ein
schwaches Induktionspotential für CYP3A4 besitzt. Bei gleichzeitiger Einnahme des
Alectinibs mit Induktoren bzw, Inhibitoren von CYP3A4 muss man aber mit
Interaktionen rechnen. Andere CYP-Isoenzyme spielen bei der AlectinibMetabolisierung keine Rolle. Der Hauptmetabolit M4 entsteht vermutlich unter
Beteligung von CYP3A4 über mehrere Reaktionsschritte durch HydroxyethylaminDesalkylierung am Morpholin-Ring (s. Abbildung 2) und weist eine ähnliche Aktivität
wie Alectinib auf. Die Halbwertszeiten für Alectinib und seinen aktiven
Hauptmetaboliten M4 betragen ca. 32,5 Stunden bzw. 30,7 Stunden. Die
Ausscheidung erfolgt fast ausschließlich über den Faezes (ca. 98%). Die
Ausscheidung über die Nieren ist vernachlässigbar klein (<1%) (Morcos et al. 2016,
Fachinformation Alecensa® 2017, Morcos et al. 2017).
Alectinib (AF-802, CH-5424802, RO-5424802) ist wie Ceritinib ein ALK-Inhibitor der
zweiten Generation, die dem Erstgenerationen-Hemmer Crizotinib in kurzer Zeit
nachfolgt. Außerdem ist Alectinib wie die anderen beiden ALK-Inhibitoren auch ein
hochselektiver, ATP-kompetitiver, reversibler Inhibitor der ALK-RezeptorTyrosinkinase sowie seiner onkogenen Varianten, wie z.B. des Fusionsproteins
EML4-ALK. Alectinib ist ebenso wirksam bei sekundärer Crizotinib-Resistenz
hervorgerufen durch zwei der häufigsten sekundären Mutationen, der „gate-keeper“Mutation L1196M und der Mutation C1196Y. Alectinib bindet innerhalb der ATPBindungstasche der Kinase-Domäne, verdrängt ATP aus seiner physiologischen
Bindung. In zellfreien Kinase-Essays besitzt Alectinib eine zehnfach größere Potenz
als Crizotinib (IC50 = 1,9nM). Die Dissoziationskonstante (KD) des Alectinibs beträgt
für die ALK-Kinase in einem ATP-kompetitiven Essay 2,4nM. Gegenüber anderen
Kinasen zeigt Alectinib keine signifikanten Aktivitäten (Ambit’s 402 Kinasen
Screening). Lediglich drei Kinasen (ALK, GAK (Cyclin-G assoziierte Kinase) und LTK
(leukocyte receptor tyrosine kinase)) weisen bei einer Konzentration von 10nM eine
mehr als 50-prozentige Hemmung auf, wobei LTK zur selben Rezeptorfamilie wie
ALK gehört. Beide sind Mitglieder der Insulin-Rezeptor-Familie und weisen
dementsprechend eine große Sequenz-Homologie untereinander auf (Sakamoto et
al. 2011, Kinoshita et al. 2012, Romanidou et al. 2016, Tran und Klempner 2016, Wu
et al. 2016).
Durch die Hemmung der ALK-Domäne in aberrant aktivierten Fusionsproteinen wie
EML4-ALK wird deren Autophosphorylierung sowie die Phosphorylierung
nachgeschalteter Proteine gehemmt, wie z.B. bei Proteinen des JAK/STATSignalweges. So wird z.B. die Phosphorylierung von STAT3 an Tyrosin 705 komplett
gehemmt. Damit werden die nachgeschalteten Signalwege blockiert (MAPK,
JAK/STAT und PI3K), es werden keine Wachstums-, Differenzierungssignale, etc. an
die Tumorzellen mehr übermittelt, sondern es kommt vielmehr zu einer Induktion der
Apoptose in diesen Zellen (Iams und Lovly 2015, Holla et al. 2017, Roskoski 2017).
Von der chemischen Struktur her ähneln sich die drei jetzt verfügbaren ALKInhibitoren nicht (s. Abbildung 3). Die älteste Verbindung Crizotinib ist ein sehr
flexibles 2-Aminopyridin-Derivat mit insgesamt vier Ringsystemen, die alle über frei
drehbare Einfachbindungen miteinander verbunden sind. Ceritinib besitzt als
chemisches Template eine Phenylamino-Pyrimidin-Struktur, die bereits aus dem
ersten zugelassenen TKI Imatinib (Glivec®) bekannt ist. Alectinib besitzt als
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Pharmakophor ein sterisch rigides 11-Oxo-5H-benzo[b]carbazol-Ringsystem mit
Indol-Partialstruktur. Das Benzo[b]carbazol-Ringsystem ist fast planar, lediglich das
sp3-hybridisierte C6 ragt aus der Ebene heraus. An Position 3 ist eine Cyano-Gruppe
vorhanden. C-Atom 6 trägt zwei Methyl-Gruppen, an Position 9 findet sich ein EthylRest und die Position 8 trägt u.a. zur Verbesserung der Pharmakokinetik zwei
weitere Heterozyklen. Zunächst ist ein Piperidin-Ring mit seinem Stickstoff an
Position 10 des Benzocarbazols gebunden. An C4 des Piperidins ist über eine N-CBindung ein Morpholin-Ring linear angeschlossen.
Abbildung 3:
Strukturvergleich der drei bislang zugelassenen ALK-Inhibitoren
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Eine Kristalstruktur, die Alectinib im Komplex mit der humanen ALK darstellt, zeigt,
dass Alectinib tatsächlich an die ATP-Bindungsstelle innerhalb der ALK-Kinase im
sogenannten DFG-in-Bindungsmodus bindet (Sakamoto et al. 2011). Das
Benzo[b]carbazol-Grundgerüst mit seinen Substituenten ist über zahlreiche
Wechselwirkungen mit Aminosäuren bzw. Lösungsmittel/Wasser stabilisiert. Die
Carbonyl-Gruppe bildet eine H-Brücke zur Seitenkette des Methionins 1199 in der
Hinge-Region aus. Der Indol-Stickstoff sowie die 3-Cyano-Gruppe sind in ein
Wasserstoffbrücken-Geflecht über Lösungsmittel- und H2O-Moleküle mit den
benachbarten Aminosäuren Lysin1150, Glutamat1167, Glycin1269, Glutamat1270
und Arginin1253 integriert. Interessanterweise kommt es auch zur Ausbildung
bestimmter hydrophober Interaktionen, z.B. sogenannte CH/π-Wasserstoffbrücken.
Der fast planare Benzo[b]carbazol-Heterozyklus liegt in einer flachen Tasche der
ATP-Bindungsstelle mit vornehmlich hydrophoben Aminosäuren. Leucin1196 (
„gate-keeper“ Mutation L1196M!) liegt hier in Nähe des C-Atoms der 3-CyanoGruppe und die Distanz von ca. 3,6 Angstrom ist optimal für eine CH-π-Interaktion.
Zwischen Crizotinib und Leucin ist diese Interaktion nicht möglich. Zusätzliche
Modelling-Arbeiten verdeutlichen, dass Alectinib selbst in der mutierten und
Crizotinib-resistenten L11196M-ALK-Kinase diese CH-π-Interaktion auch mit dem
Methionin aufrechterhalten kann, was ein Hinweis für die Wirksamkeit des Alectinibs
bei Vorliegen der Crizotinib-resistenten L1196M-Mutation sein kann (Sakamoto et al.
2011).
Literatur:
Camidge, D. et al. Lancet Oncol 2012, 13, 1011
Choi, Y. et al. N Engl J Med 2010, 363, 1734
Fachinformation Alecensa® 2017, Roche Registration Limited
Fachinformation Xalkori® 2016, Pfizer Limited
Fachinformation Zykadia® 2016, Novartis Europharm Limited
Holla, V.R. et al. Cold Spring Harb Mol Case Stud 2017, 3: a001115
Iams, W.T. und Lovly, C.M. Cancer J 2015, 21, 378
Kinoshita, K. et al. Bioorg Med Chem 2012, 20, 1271
Lu, K.V. et al. J Biol Chem 2005, 280, 26953
Morcos, P.N. et al. Clin Pharmacol Drug Dev 2016, doi: 10.1002/cpdd.296.
Morcos, P.N. et al. Xenobiotica 2017, 47, 217
Morris, S.W. et al. Science 1994, 263, 1281
Romanidou, O. et al. Ther Adv Med Oncol 2016, 8, 176
Roskoski, R. Jr Pharmacol Res 2017, 117, 343
Sakamoto, H. et al. Cancer Cell 2011, 19, 679
Soda, M. et al. Nature 2007, 561
Sullivan, I. und Planchard, D. Ther Adv Med Oncol 2016, 8, 32
Tran, P.N. und Klempner, S.J. Front Med (Lausanne) 2016, 3, 65
Wu, J. et al. J Hematol Oncol 2016, 9, 19
Yao, S. et al. PLoS One 2013, 8: 63757
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