Präklinische Evaluation neuartiger organometallischer Verbindungen bezüglich ihrer Apoptoseinduktion in vitro und ex vivo

Abstract

Trotz der erheblich verbesserten Fortschritte in der chemotherapeutischen Behandlung onkologischer Erkrankungen stellt die Zytostatikaresistenz ein wesentliches klinisches Problem in der Chemotherapie von Tumorpatienten dar. Daher ist die Entwicklung neuartiger, therapeutischer Agenzien sowie die chemische Modifikation bereits bekannter Wirkstoffe eine vielversprechende Strategie in der Krebstherapie. In dieser Arbeit wurde ein neu synthetisierter Eisen- und Nickelsalophenkomplex sowie eine Yttriumverbindung bezüglich ihrer in vitro und ex vivo Aktiviät evaluiert. Die Behandlung verschiedener Zelllinien, darunter BJAB, Nalm-6, Jurkat, MelHO und MCF-7, mit dem Eisensalophenkomplex [Fe(salophene)Cl] führt zu einer starken Proliferationsinhibition und spezifischer Apoptoseinduktion. Die Apoptose verläuft über den mitochondrialen Signalweg, gemessen an der Abnahme des mitochondrialen Membranpotentials. In Zellen von Patienten mit primärer ALL und AML-Rezidiv, die nur geringe Sensitivität gegenüber Daunorubicin, Vincristin, Cytarabin und Idarubicin zeigten, konnte eine hohe Apoptoseinduktion beobachtet werden. Genexpressionsanalysen Apoptose relevanter Gene resultierten in einer Herunterregulierung von CD40 und CD40 Ligand, beides kritische Komponenten des extrinsischen, Todesrezeptor- vermittelten Apoptoseweges, und unterstützen die Vermutung, dass die durch Eisensalophen ausgelöste Apoptose hauptsächlich dem intrinsischen, mitochondrialen Signalweg folgt. Des Weiteren wurde die in vitro Zytotoxizität eines Nickelsalophenkomplexes [NiII(3-OMe-salophene) untersucht. Die Verbindung inhibierte Zellproliferation und führte zu einer FADD-abhängigen und Smac-unabhängigen Apoptoseinduktion und impliziert die Involvierung des extrinsischen Apoptoseweges. Erste biologische Daten zu einer neuen Yttriumverbindung zeigten, dass der extrinsische Apoptoseweg durch Caspase-8 Prozessierung vermittelt und trotz hoher Level an antiapoptotischem Bcl-2 induziert wird. Die Kombination mit dem Vinca-Alkaloid Vincristin zeigte bemerkenswerte synergistische Effekte in BJAB-Zellen. Es konnte weiterhin eine Resistenzüberwindung durch alle drei Wirkstoffe gegenüber dem Vinca-Alkaloid Vincristin und dem Anthracyclin Daunorubicin in resistenten Nalm-6 Zellen beobachtet werden, die aufgrund einer Überexpression von P-Glykoprotein und einer zusätzlichen Resistenz gegenüber Taxol und Fludarabin das Kriterium der klassischen Multidrugresistenz erfüllten. Diese neuartigen Agenzien stellen vielversprechende Kandidaten für die Antitumortherapie dar, insbesondere für die Behandlung von Leukämien mit klassischer Multidrugresistenz und refraktären Tumoren, deren Resistenz auf Bcl-2 Überexpression zurückzuführen ist.

Despite advances in chemotherapeutic treatment of oncological diseases, the development of drug resistances is a common clinical problem and limits the effectiveness of chemotherapy. Therefore, novel therapeutic agents and the chemical modification of known synthetic compounds are one of the main promising strategies in cancer therapy. In this work, a newly synthesized iron- and nickel salophene complex as well as an yttrium compound were evaluated for their in vitro and ex vivo acitvity. Treatment of different cell lines such as BJAB, Nalm-6, Jurkat, MelHO and MCF-7 with the iron-salophene complex [Fe(salophene)Cl] leads to a strong inhibition of proliferation, which is caused by specific apoptosis induction. Apoptosis is executed via the mitochondrial pathway, which was evidenced by a loss of the mitochondrial membrane potential. In primary cells of patients with childhood ALL and relapsed AML, which were partly poor responding to daunorubicine, vincristine, cytarabine and idarubicine, a srong apoptosis induction was determined. Gene expression analysis of apoptosis relevant genes resulted in a down-regulation of CD40 and CD40 ligand, both crucial components of the extrinsic, death receptor pathway, strengthening the assumption that the iron-salophene complex triggered apoptosis mainly follows the intrinsic, mitochondrial pathway. Furthermore, the cytotoxic in vitro effect of a nickel-salophene complex [NiII(3-OMe-salophene) was investigated. The compound inhibited cell proliferation and lead to a FADD-dependent, but Smac-independent induction of apoptotis, thus implying that the anticancer activity is involved in the extrinsic, death receptor-mediated pathway. A novel yttrium complex [YR(mtbmp)(thf)] was analyzed for its primary biological properties. Cell culture experiments revealed strong antiproliferative effects and apoptotic cell death via extrinsic pathway, mediated by caspase-8 processing and independent apoptosis induction despite high levels of antiapoptotic Bcl-2. In combination with the vinca alkaloid vincristine, strong synergistic effects were detected in BJAB cells. All three compounds overcome resistance to the vinca alkaloid vincristine and the anthracycline daunorubicine in Nalm-6 cells, which overexpress P-glycoprotein and are additionally resistant to paclitaxel and fludarabine, fulfilling the criteria of classical multidrug resistance. These novel agents appear to be promising candidates for antitumor therapy, especially for the treatment of multidrug-resistant leukemia and Bcl-2 overexpressed refractory malignancies.