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Molecular mechanisms underlying the anticancer activity of the new lanthanum compound KP772
Petra Heffeter
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Betreuer*in
Walter Berger
DOI
10.25365/thesis.1578
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29561.10361.904570-9
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Platinhältige Chemotherapeutika gehören zu den am häufigsten in der Krebstherapie
eingesetzten Medikamenten. Leider ist ihr Einsatz auf Grund hoher Nebenwirkungen und dem
Auftreten von Chemotherapieresistenzen nicht immer erfolgreich. Deswegen ist die
Entwicklung von neuen, verbesserten metallhältigen Medikamenten weiterhin ein aktuelles
Thema. In den letzten Jahrzehnten wurden zu diesem Zweck tausende neue
Metallverbindungen entwickelt, von denen es aber nur ein Bruchteil bis zur klinischen
Anwendung geschafft hat. Außerdem ist trotz der Menge neuer Substanzen das Wissen über
ihre chemischen und biologischen Wirkungsmechanismen im Körper und im Tumor immer
noch begrenzt. Besonders der Einfluss und die Entwicklung von Resistenzmechanismen
gegen diese Verbindungen sind weitgehend unerforscht (Manuskript 1).
[Tris(1,10-phenanthroline)lanthanum(III)]trithiocyanate (KP772) ist eine neue
Lanthanverbindung mit vielversprechender Wirksamkeit gegen ein großes Spektrum von
Tumorzelllinien in vitro und ein Dickdarmkrebsmodell in vivo. Ziel der hier präsentierten
Arbeit war es die molekularen und zellbiologischen Mechanismen zu erforschen, die der
Wirksamkeit dieser neuen Substanz gegen Krebszellen zugrunde liegen.
Schon in einer frühen Phase des Projekts wurde entdeckt, dass die Behandlung mit KP772 die
DNS-Synthese in Tumorzellen blockiert und die Zellteilung in der G0/G1-Phase stoppt. Dieser
Zellzyklusarrest, der nicht durch DNS-Schäden hervorgerufen wurde, wurde von
apoptotischem Absterben der Zellen begleitet (Manuskript 2, Manuskript 3). Zusätzlich wurde
die Zytotoxizität von KP772 gegen 60 Zelllinien am National Cancer Institute (NCI) getestet
und das Ergebnis in einer Datenbankanalyse mit anderen Chemotherapeutika verglichen.
Dieses Screening zeigte, dass die Wirksamkeit von KP772 nur schwach mit der von anderen
Substanzen korrelierte. Interessanterweise waren mehrere Antimetaboliten (z.B.
Hydroxyharnstoff) unter jenen Zytostatika, die die höchsten Korrelationswerte erreichten. Da
der Hydroxyharnstoff ein allgemein bekannter Ribonukleotidreduktase (RR)-Hemmstoff ist,
wurde als nächstes die Hemmwirkung von KP772 auf dieses Enzym untersucht. Die
Behandlung mit KP772 führte zu einer signifikanten Reduktion des Cytidineinbaus und dem
Abfall der zellulären dNTP-Level. Außerdem zeigten die in diesem Projekt durchgeführten
Experimente, dass KP772 die R2 Untereinheit der RR durch Eisenchelatierung und Störung
des Tyrosylradikals hemmt (Manuskript 4).Zusätzlich wurde in diesem Projekt der Einfluss von resistenzvermittelnden
Transportproteinen auf die Wirksamkeit von KP772 untersucht (Manuskript 5).
Interessanterweise stellte sich heraus, dass die Expression dieser Resistenzproteine mit einer
erhöhten Sensitivität gegen KP772 einhergingen. Außerdem führte eine längere Behandlung
mit subtoxischen KP772 Konzentrationen zum kompletten Verlust der Transportpumpen, was
zu einer Wiederherstellung der Sensitivität gegen Chemotherapie führt. Schließlich wurde das
mögliche Auftreten von Resistenz gegen KP772 nach mehreren Behandlungszyklen
untersucht. Im Gegensatz zu herkömmlichen Medikamenten konnten Krebszellen keine
Resistenz gegen KP772 entwickeln.
Zusammenfassend deuten die hier präsentierten Untersuchungen daraufhin, dass KP772
besonders vielversprechend für die Behandlung von PatientInnen sein könnte, die an
chemotherapieresistenten Tumortypen leiden. Darüber hinaus könnte es sogar ein
Wiederansprechen dieser Tumorerkrankungen auf herkömmliche Chemotherapie bewirken.
Abstract
(Englisch)
Platinum drugs are essential components of modern cancer chemotherapy. However, their
success is limited due to severe adverse effects and/or drug resistance. Thus, several research
groups focus on the synthesis of novel metal drugs with reduced adverse side effects and less
propensity to induce drug resistance (Manuscript 1). Although a large number of new metal
compounds has been developed, in many cases the knowledge on their actual chemical and
biological interactions within the human body, especial with regard to mechanisms which lead
to resistance of tumor cells is still limited.
[Tris(1,10-phenanthroline)lanthanum(III)] trithiocyanate (KP772) is a new compound
exerting potent activity against a wide range of tumor cell lines in vitro and a colon carcinoma
xenograft model in vivo. Aim of the here presented thesis was the investigation of the
molecular and cell biological mechanisms underlying the anticancer activity of KP772.
Treatment with KP772 was found to block DNA synthesis and cell cycle progression in G0/G1
phase which was not based on radical- or intercalation-induced DNA damage. This was
accompanied by apoptotic cell death via the mitochondrial pathway. Additionally, KP772 was
evaluated against a panel of 60 cell lines as part of the in vitro anticancer-screening services
provided by the NCI (Manuscript 2, Manuscript 3). When this NCI profile was compared to
that of other drugs, only moderate correlations with other known chemotherapeutics were
observed. Notably, several antimetabolic drugs including hydroxyurea (HU) were amongthose reaching significant correlations. Since HU is a known ribonucleotide reductase (RR)
inhibitor, the next step was the investigation of the RR inhibitory potential of KP772.
The respective experiments revealed that KP772 treatment led to significant reduction of
cytidine incorporation and decrease of all dNTP pools. Moreover, the iron center of the R2
subunit of RR might be targeted by due to the iron chelating and radical scavenging properties
of KP772 (Manuscript 4).
With regard to the impact of common resistance mechanisms, overexpression of resistancemediating
efflux pumps (ABC-transporter) was found to significantly sensitise against
KP772. This hypersensitivity was demonstrated to be based on stronger apoptosis induction
and/or cell cycle arrest at unaltered cellular drug accumulation. Moreover, long-term KP772
treatment of transporter-overexpressing cells at subtoxic concentrations led within 20
passages to a complete loss of drug resistance. Additionally, when exposing chemosensitive
cells to stepwise increasing KP772 concentrations, we observed, in contrast to several other
metal drugs, no acquisition of resistance (Manuscript 5).
Taken together, these data indicated that KP772 might be especially promising for treatment
of patients suffering from chemotherapy-resistant tumors based on ABC transporter-mediated
resistance or as second line treatment after standard chemotherapy failure.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
lanthanum cancer therapy resistance cell cycle apoptosis cell culture
Schlagwörter
(Deutsch)
Lanthanverbindung Krebs Therapie Resistenz Zellzyklus Zelltod Zellkultur
Autor*innen
Petra Heffeter
Haupttitel (Englisch)
Molecular mechanisms underlying the anticancer activity of the new lanthanum compound KP772
Paralleltitel (Deutsch)
Molekulare Mechanismen, die der Wirksamkeit der neuen Lanthanverbindung KP772 gegen Krebs zugrundeliegen
Publikationsjahr
2008
Umfangsangabe
206 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Gunda Köllensperger ,
Wolfgang Weigand
AC Nummer
AC05038463
Utheses ID
1260
Studienkennzahl
UA | 091 | 439 | |