Voor veel geneesmiddelen hangt het therapeutisch effect samen met binding van het middel aan een of meer target eiwitten. Deze binding vindt vaak plaats aan een functioneel domein van de eiwitten, en resulteert in activering of inactivering. Deze modulatie van de activiteit kan in cellen of weefsels leiden tot de gewenste respons. Bijwerkingen van geneesmiddelen kunnen worden veroorzaakt door overmatige binding van het middel aan het target, of door binding aan niet-target eiwitten.

Dit schrijven Daniël Martinez Molina (Karolinska Instituut, Stockholm) en collega’s in Science.¹ In het artikel beschrijven ze de Cellular Thermal Shift Assay (CETSA), een techniek om in cellen of weefsels de binding van geneesmiddelen aan specifieke eiwitten te bepalen. De effectieve geneesmiddelconcentratie bij het target hangt af van eigenschappen die tezamen ADME (absorption, distribution, metabolism and excretion) worden genoemd. Deze ADME bepalen de farmacokinetiek en farmacodynamica van een geneesmiddel. Een probleem bij het vaststellen van de werkzaamheid van geneesmiddelen is dat de binding aan het target niet rechtstreeks gemeten kan worden. Deze binding wordt indirect gemeten door het bestuderen van downstream cellulaire responsen. Een gevolg hiervan is dat gebrek aan werkzaamheid soms pas relatief laat in de ontwikkeling van een middel blijkt.

Bij de CETSA-techniek worden temperatuur-smeltcurves van eiwitten bepaald: ieder eiwit heeft een specifiek ontvouwingstraject bij toenemende temperatuur. Binding van een geneesmiddel aan een eiwit leidt tot veranderingen in de smeltcurve. Martinez Molina en collega’s hebben intacte gekweekte kankercellen blootgesteld aan verschillende concentraties van verschillende geneesmiddelen, isoleerden de target-eiwitten van de middelen, en konden door middel van CETSA bepalen of de middelen aan de eiwitten gebonden waren.

CETSA kan van waarde zijn bij het valideren van kandidaat-geneesmiddelen voordat veel tijd en geld in klinische studies zijn geïnvesteerd. De auteurs noemen als voorbeeld de PARP-1 remmer iniparib, waarvan de ontwikkeling pas in het stadium van fase-III klinische studie gestopt is wegens gebrek aan werkzaamheid.² Pas later werd vastgesteld dat iniparib in levende cellen geen PARP-remmende activiteit had. Martinez Molina en collega’s hebben nu door middel van CETSA aangetoond dat incubatie van PARP met iniparib niet leidde tot binding van het middel aan het eiwit, terwijl (het klinische wel werkzame) olaparib³ wel degelijk aan het eiwit bindt. Blijkbaar verloopt het werkingsmechanisme van iniparib niet via binding aan PARP-1. Wellicht kan het kankercellen doden door niet-specifieke modificatie van cysteïne-residuen.

De auteurs verwachten dat CETSA in de toekomst ook van waarde kan blijken te zijn bij het monitoren van werkzaamheid van geneesmiddelen op het niveau van het target bij patiënten; bijvoorbeeld bij het bepalen van een geschikte dosering.


1.Martinez Molina D, Jafari R, Ignatushenko M et al. Monitoring drug target engagement in cells and tissues using the cellular thermal shift assay. Science 2013;341:84-87
2.Guha M. PARP inhibitors stumble in breast cancer. Nat Biotechnol 2011;29:373-374
3.Dean E. Phase I study to assess the safety and tolerability of olaparib in combination with bevacizumab in patients with advanced solid tumors. Br J Cancer 2012;106:468-474