title: Neuartige Mikrotubuli-destabilisierende Agenzien : Optimierung ihrer anti-angiogenen, vaskular-disruptiven und anti-metastatischen Aktivität
Creators: name: Schmitt, Florian
Publisher: name: University of Bayreuth
Year: 2018
Subjects: subject: Microtubule-destabilizing Agents
subject: Anti-angiogenic Agents
subject: Vascular-disrupting Agents (VDA)
subject: Anti-metastatic Agents
subject: Naphthopyran
subject: LY290181
subject: Combretastatin A-4
subject: Ruthenium(II)(Aren)Komplexe
subject: Histondeacetylase-Inhibitoren (HDACi)
subject: 540
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description: Für den Wachstum, die Progression und Metastasierung eines Primärtumors ist die Ausbildung eines intratumoralen Blutgefäßsystems essentiell. Aus diesem Grund stellt die Tumorvaskulatur ein attraktives Ziel (Target) bei der Chemotherapie dar. Während anti-angiogene Agenzien ihre Wirkung durch Hemmung der Blutgefäßausbildung erzielen, agieren vaskular-disruptive Wirkstoffe, indem sie bereits bestehende Blutgefäße im Tumor zerstören. Mikrotubuli-destabilisierende Agenzien, wie sie im Rahmen der vorliegenden Arbeit getestet wurden, sind dafür bekannt auf beiden Wegen Einfluss auf die Tumorvaskulatur nehmen zu können. Durch die Deregulierung der Mikrotubulidynamik werden zahlreiche Signalwege sowie der intrazelluläre Transport verändert, wodurch Migration und Angiogenese beeinflusst werden. Besonders sensibel reagieren Endothelzellen innerhalb der Tumorvaskulatur auf die Behandlung mit Mikrotubuli-destabilisierenden Agenzien. Durch die Zerstörung des Zytoskeletts dieser Zellen wird die ohnehin schon instabile und ungewöhnlich permeable Tumorvaskulatur weiter destabilisiert. In Folge kommt es zur Zerstörung der Blutgefäße, wodurch Tumornekrose ausgelöst wird. Durch geschickte Modifizierung bekannter Mikrotubuli-destabilisierender Agenzien sollten die Schwachstellen dieser Verbindungsklasse, wie deren geringe therapeutische Breite und deren Anfälligkeit für Multiresistenzen, behoben werden. Gleichzeitig galt es aber deren anti-vaskulare und anti-metastatische Aktivität zu optimieren. Ziel dieser Arbeit war es unter Verwendung diverser in vitro und in vivo Testsysteme Testverbindungen und deren Wirkmechanismen zu evaluieren, um geeignete Wirkstoffkandidaten zu finden, die diese Kriterien erfüllen.  
Zunächst wurde im Rahmen der präklinischen Untersuchungen der Referenzverbindungen sowie von deren Derivaten, deren zytotoxische und anti-proliferative Aktivität in kultivierten Krebszelllinien diverser Entitäten bestimmt. Überdies wurden die Auswirkungen der neuen Verbindungen auf etliche zelluläre Komponenten, Vorgänge und Signalwege biochemisch/zellbiologisch evaluiert. Die anti-migrative und anti-angiogene Aktivität ausgewählter Verbindungen wurde in vitro mittels diverser Assaysysteme an verschiedenen Zelltypen getestet. In vivo wurde die vaskular-disruptive Aktivität bestimmter Derivate auf die sich entwickelnden Blutgefäßen der Chorioallatoismembran in Hühnereiern untersucht während die anti-angiogene Aktivität anhand der Entwicklung der subintestinalen Venen im Zebrafischembryo bestimmt wurde.
Im ersten Teil dieser Arbeit wurden für eine Serie von Chalkon- und strukturverwandten Pyrazolinderivaten anti-proliferative Effekte sowie Veränderungen der Tubulindynamik belegt. Neben der Induktion von Apoptose lösen die Derivate Veränderungen des Aktinzytoskeletts aus, wodurch die Migrierfähigkeit der Zellen herabgesetzt wird. Hinzu kommt, dass die getesteten Derivate die Fähigkeit besitzen über die Inhibition von ABC Efflux-Transportern Wirkstoffresistenzmechanismen von Krebszellen zu umgehen.
Der zweite Teil dieser Arbeit befasst sich mit der Optimierung der Wirkung des stark anti-proliferativen Naphthopyrans LY290181. Die Wirkung von Derivaten von LY290181 hängt dabei stark von deren Substitutionsmuster ab. Neben der vermehrten Destabilisierung der Mikrotubuli, initiieren die Naphthopyranderivate eine verstärkte Ausbildung von Aktin Stress Fibres. Daraus resultieren die Verringerung der Migrierfähigkeit von Tumorzellen und die anti-angiogene Wirkung dieser Verbindungen. Erstmalig konnten für Derivate dieser Verbindungsklasse vaskular-disruptive Effekte auch in vivo nachgewiesen werden. Im Gegensatz zu vielen weiteren Mikrotubuli-destabilisierenden Agenzien konnte ein Analogon von LY290181 gefunden werden, das durch eine gute therapeutische Breite besticht, so dass das Tumorwachstum in Xenograft-Mäusen gehemmt wurde. Indem Naphthopyrane als Liganden an (Aren)Ruthenium(II)-Fragmente koordiniert wurden, konnten additive Effekte aus der Wirkung des Naphthopyrans und der des Rutheniumfragments erzielt werden. So wurde neben den Veränderungen der Zytoskelettkomponenten auch DNA Bindung festgestellt. Die anti-angiogene Aktivität der Verbindungen, die sowohl als Eigenschaft von Rutheniumkomplexen als auch von Mikrotubuli-destabilisierenden Agenzien bekannt ist, konnte in vivo im Zebrafischembryo belegt werden.
Der dritte Teil dieser Arbeit behandelt eine Serie von Verbindungen, die vom Mikrotubuli-destabilisierenden Naturstoff Combretastatin A-4 abgeleitet ist. Neben der chemischen Stabilisierung von dessen bioaktiver cis-Form wurden die neuen Verbindungen mit Alkylhydroxamsäureresten unterschiedlicher Länge versehen. Dadurch sollten die Derivate neben der Combretastatin A-4 vermittelten Hemmung der Mikrotubuli-Dynamik noch als Histondeacetylaseinhibitoren fungieren. Für die anti-proliferative Wirkung dieser hochselektiv an Krebszellen wirkenden Hybridverbindungen ist die Hydroxamsäurefunktion essentiell. Weiterhin wurde gezeigt, dass die Länge des Verbindungsstücks (Linker) zwischen dem Combretastatin A-4 Grundgerüst und der Hydroxamsäure die Wirkung der Verbindungen stark beeinflusst. Tendenziell steigen die anti-proliferative sowie die Mikrotubuli-destabilisierende Wirkung je kürzer der Linker gewählt wird. Im Gegensatz dazu inhibieren die Verbindungen Histondeacetylasen umso besser je länger deren Linkerfunktion ist. Während die kurzkettigen Derivate mit starkem Einfluss auf die Mikrotubuli zur Arretierung des Zellzyklus in der G2/M Phase führen, induziert der beste Histondeacetylaseninhibitor mit dem längsten Linker zu einem Arrest in der G1 Phase. Unabhängig von der Linkerlänge führen die Combretastatin A-4 Derivate zu Veränderungen des Aktinzytoskeletts. Die vermehrte Ausbildung von Aktin Stress Fibres führt dazu, dass die Migrierfähigkeit der behandelten Zellen herabgesetzt wird.