Einleitung: Die tumorale Mikroevolution führt regelhaft zu Rezidiven, Therapieresistenz und Progress einer Tumorerkrankung. Wichtige Voraussetzungen für die Mikroevolution ist die genomische Instabilität und ein Tumorstoffwechsel, der die Metabolite für eine hohe Zellteilungsrate bereitstellt. In dieser Arbeit wurde deshalb neben der Analyse der genomischen Instabilität ein Therapiekonzept entwickelt, das auf synergistisch interagierenden Pharmaka beruht, deren Hauptansatzpunkte die Stabilisierung des Genoms und die Modulierung des Tumorstoffwechsels darstellen. Methoden: Einzelnukleotid-Polymorphismus (SNP)-Daten von 111 Tumorproben und 917 Tumorzelllinen wurden verwendet, um das Genom verschiedener Tumorentitäten nach segmentalen Kopienzahlvariationen (segCNV) und damit zusammenhängenden Bruchpunktregionen (BPR) zu untersuchen. Mittels 3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazoliumbromid (MTT)- und Sulforhodamin B (SRB)-Assays wurden Dosis-Wirkungskurven von 14 Pharmaka in Brust- und Kolonzelllinien erstellt. Die Pharmaka wurden im Rahmen des dafür entwickelten minimalistischen Synergie Screenings (MDIS) auf Synergien überprüft. Gefundene Synergien wurden mit der Methode von Chou und Talalay verifiziert. Für die Kombination aus PX-478 und Dichloroacetat (DCA) wurde zur weiteren Analyse die Produktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) mittels Hochleistungsflüssigkeits-chromatographie (HPLC) ermittelt. Ergebnisse: Die Analysen von SNP-Array-Daten zeigten, dass genomische Reorganisation in Tumoren im Gegensatz zu gesunden Zellen häufig vorkommt. Einige BPR sind in allen untersuchten Krebsarten zu finden, während andere ausschließlich in bestimmten Tumorentitäten auftreten. Im MDIS konnten von 91 möglichen Kombinationen 18 für HT-29 als potenziell synergistisch identifiziert werden. Die Kombination zwischen PX-478 und DCA zeigte eine 62,4% stärkere antitumorale Wirkung als die Summe der Einzeleffekte. Fünf der gefundenen Synergien wurden mit der Methode von Chou und Talalay überprüft und vier konnten bestätigt werden. Die Synergien aus DCA und PX-478, DCA und NHI-2 sowie Nutlin-3 und PX-478 konnten sowohl in HT-29 als auch MDA-MB-231 bestätigt werden. HPLC-Analysen zeigten für die Kombination aus DCA und PX-478 eine signifikant erhöhte ROS-Bildung. Schlussfolgerung: BPR stellen ein wichtiges Korrelat der genomischen Instabilität in Tumoren dar. Am Beispiel der Genom und Metabolismus stabilisierenden Antitumor-Therapie (GMSAT) zeigte sich das MDIS als effektives Werkzeug in der Detektion vielversprechender Synergien. Die Kombination aus PX-478 und DCA zeigte sich synergistisch und effektiv in allen untersuchten Tumorentitäten.
Introduction: Tumoral microevolution frequently leads to recurrent disease, progression and therapy resistance in cancer. Important driving factors of the microevolution are the genomic instability and the tumor metabolism which converge on an accelerated proliferation rate combined with a high mutagenicity. The aim of this work is to better understand the mechanisms of genomic instability in tumors as well as alterations in metabolism and to develop a therapy concept which focusses on synergistic interactions of genome and metabolism targeting compounds. Methods: Single-nucleotide polymorphism (SNP) array data of 111 tumor samples and 917 cancer cell lines were analysed to determine the occurrence of segmental copy number alterations (segCNV) and the respective breakpoint regions (BPR). Dose response curves of 14 selected compounds were created with 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) and Sulforhodamine B (SRB) assays. All possible pairwise combinations were tested by a minimalistic drug interaction screening (MDIS), a method designed to cost efficiently screen for synergistic interactions. Detected synergisms were further verified by the method of Chou and Talalay. The combination of PX-478 and Dichloroacetate (DCA) was further analysed by high performance liquid chromatography (HPLC) determine reactive oxygen species (ROS) production. Results: Analysis of SNP array data suggested that breakpoint regions regularly occur in tumors in general, whereas some BPR are characteristic for specific tumor entities. Out of 91 possible pairwise combinations, MDIS detected 18 HT-29 cells. Five synergies were further analysed by the method of Chou and Talalay of which four could be confirmed. PX-478 in combination with DCA exhibited a 62.4% stronger antitumoral effect than the sum of the single drug effects in MDIS. Three of the combinations DCA + PX-478, DCA + NHI-2 and Nutlin-3 + PX-478 could be confirmed in HT-29 and MDA-MB-231 cells. HPLC analyses showed that the combination led to a significant increase in ROS production. Conclusion: Breakpoint regions are an important correlate of genomic instability in tumors. MDIS proved to be an effective screening tool in the detection of potential synergistic interactions at the example of genome and metabolism stabilizing antitumor therapy (GMSAT). The combination of PX-478 and DCA was found to exert synergistic effects in all investigated tumor entities.
