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Einfluss von trans-Resveratrol und des antineoplastischen Wirkstoffes KP-1339 auf den Energiestoffwechsel in HepG2 Zellen
Verena Stöger
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Betreuer*in
Veronika Somoza
DOI
10.25365/thesis.32073
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29586.19001.184954-9
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Für den Energiestoffwechsel der Zelle ist die Synthese von ATP von zentraler Bedeutung. Die Synthese von ATP kann in Gegenwart oder Abwesenheit von Sauerstoff ablaufen. In vorangegangenen Arbeiten zeigten sowohl der sekundäre Pflanzenstoff trans-Resveratrol als auch das Zytostatikum Cis-Platin einen Einfluss auf den Energiestoffwechsel. Das rutheniumbasierte Zytostatikum KP-1339 wurde bereits in einer klinischen Studie der Phase I getestet und führte im Vergleich zu Cis-Platin zu schwächeren Nebenwirkungen. Außerdem sind erste Hinweise auf einen Einfluss von KP-1339 auf die mitochondriale Atmungskette vorhanden. Die bisherige Auswertung der Literatur zeigte weiterhin, dass eine Kombination von trans-Resveratrol mit dem Zytostatikum Cis-Platin sowie eine Koordination von Rutheniumkomplexen mit Liganden aus 3-Hydroxyflavonon, zu einer Reduktion der IC50 in-vitro führten. Da somit die Kombination eines Zytostatikums mit einem Polyphenol eine verbesserte zytotoxische Wirkung des Zytostatikums zeigte, wurde in dieser Arbeit erstmals eine Co-Inkubation von trans-Resveratrol mit dem rutheniumbasierten Zytostatikum KP-1339 untersucht. Der Fokus lag sowohl auf der Analyse des Energiegewinnungsmechanismus über die mitochondriale Atmungskette sowie der Untersuchung, ob durch die Kombination von KP-1339 mit trans-Resveratrol in geringen Konzentrationen eine verbesserte Wirkung des Zytostatikums eintritt, wie es bei Cis-Platin demonstriert wurde.
In vorliegender Arbeit zeigte sich in einem ersten Screening des mito-chondrialen Membranpotentials von humanen Leberkrebszellen (HepG2), dass die Kombination 0,1 µM trans-Resveratrol mit 10 µM KP-1339 zu einer geringeren Depolarisation des mitochondrialen Membranpotentials im Ver-gleich zur alleinigen Behandlung mit 10 µM KP-1339 führte. Dieses Ergeb-nis weist darauf hin, dass trans-Resveratrol die Wirkung von KP-1339 ab-schwächt. Eine Depolarisierung des mitochondrialen Membranpotentials ist mit einer intrazellulären ROS-Freisetzung assoziiert. Die Behandlung der HepG2 Zellen mit 10 µM trans-Resveratrol in Co-Inkubation mit 10 µM KP-1339 führte weiterhin zu einer Verringerung der intrazellulären ROS-Freisetzung. Somit wurden in vorliegender Arbeit eine verringerte Freiset-zung von intrazellulären ROS sowie gleichzeitig eine geringere Depolarisierung des mitochondrialen Membranpotentials gezeigt. Eine Abnahme des mitochondrialen Membranpotentials kann jedoch nicht nur mit einem verringerten Elektronentransport, sondern auch mit einer erhöhten Expression des Entkopplungsproteins UCP2 in der Atmungskette assoziiert sein. In vorliegender Arbeit zeigte sich jedoch keine Veränderung der Expression von UCP2 in Abhängigkeit der Behandlung der HepG2 Zellen mit trans-Resveratrol und KP-1339.
Die Ergebnisse dieser Masterarbeit führen zur Annahme, dass trans-Resveratrol in Co-Inkubation mit KP-1339 einen Einfluss auf die Enzym-komplexe der Atmungskette ausübt. Die veränderte intrazelluläre ROS-Freisetzung ist möglicherweise auf eine Reaktion von trans-Resveratrol und KP-1339 mit ROS, die aus der Oxidation von Ubichinon zu Ubihydrochinon stammen könnten, zurückzuführen. Darüber hinaus könnten ROS aus dem Protonenstrom der mitochondrialen Matrix freigesetzt worden sein. Obwohl ein Effekt auf das mitochondriale Membranpotential gezeigt wurde, gab es keine Änderung der UCP2-Expression. Eine längerfristige Inkubationszeit könnte möglicherweise einen Effekt auf die UCP2-Expression induzieren.
Um den Wirkungsmechanismus von KP-1339 und trans-Resveratrol hin-sichtlich des Energiestoffwechsels aufklären zu können, sollten in weiterführenden Studien der Einfluss einer längeren Inkubationszeit sowie der höherer Konzentrationen der Testsubstanzen herangezogen werden.
Abstract
(Englisch)
Energy metabolism plays an essential role in every organism. ATP synthe-sis occurs in the presence and absence of oxygen. The combination of trans-Resveratrol and the cytostatic drug cis-platin was shown to affect the mitochondrial energy metabolism. In a clinical phase I study, KP-1339, a ruthenium based cytostatic drug, demonstrated fewer and less pronounced side effects than cis-platin. KP-1339 was also tested for its effects on the mitochondrial energy metabolism. In these studies cis-platin, in combination with trans-Resveratrol, could reduced IC50 values. Also, for ruthenium based complexes coordinated with 3-hydroxyflavone ligands, lower IC50 values as compared to ruthenium based complexes were demonstrated. Based on this data, the hypothesis arises whether a combination of a cytostatic drug, such as, KP-1339, with a polyphenol like trans-Resveratrol, may enhance the cytostatic effect of the drug. To test this hypothesis, an initial screening of the mitochondrial membrane potential, in the human hepatocellular carcinoma cell line HepG2 by means of the fluorescent dye JC-1 demonstrated that 0,1 µM trans-resveratrol in co-incubation with KP-1339 induces a depolarisation of the mitochondrial membranes. In contrast, treatment with 10 µM KP-1339 alone showed a less pronounced effect. From the literature it is known that an intracellular release of ROS is associated with a depolarisation of the mitochondrial membrane. In this work, a decrease of intracellular ROS was detected after incubation with 10 µM trans-Resveratrol in combination with 10 µM KP-1339. However, a reduction of the mitochondrial membrane potential has also been associated with changes in the expression of the uncoupling protein UCP2 that is located in the mitochondrial respiratory chain. In this work, gene expression of UCP2 in HepG2 showed no effect after the treatments. Also, the ratio of the nucleotides ATP to ADP in HepG2 cells was not affected by any of the experimental conditions. Future studies should identify whether longer incubation periods and higher concentrations of the test compounds affect the protein expression of UCP2 and ATP synthesis.
In conclusion, the here presented results lead to the assumption that trans-Resveratrol in combination with KP-1339 affects the activity of the five en-zyme complexes in the mitochondrial respiratory chain. The observed re-duction of intracellular ROS, could be explained by a reaction of trans-Resveratrol and KP-1339 with ROS, which are generated by oxidation of ubiquinone to ubihydroquinone. Moreover, an increased proton influx via the inner mitochondrial membrane is another source for intracellular ROS. Although there was an effect on the mitochondrial membrane potential, there was no change for the expression of UCP2 and for the ratio of ATP to ADP after treatment with trans-Resveratrol and KP-1339 demonstrated. In conclusion, this work supports the hypothesis that trans-Resveratrol and KP-1339 influence the mitochondrial respiratory chain in the absence of serum proteins. Moreover, co-incubation with trans-Resveratrol and KP-1339 resulted in less pronounced effects as compared to treatments with KP-1339 alone.
Autor*innen
Verena Stöger
Haupttitel (Deutsch)
Einfluss von trans-Resveratrol und des antineoplastischen Wirkstoffes KP-1339 auf den Energiestoffwechsel in HepG2 Zellen
Paralleltitel (Englisch)
Influence of trans-Resveratrol and the antineoplastic compound KP-1339 on energy metabolism in HepG2 cells
Publikationsjahr
2013
Umfangsangabe
88, XV S. : graph. Darst.
Sprache
Deutsch
Beurteiler*in
Veronika Somoza
Klassifikation
30 Naturwissenschaften allgemein > 30.00 Naturwissenschaften allgemein: Allgemeines
AC Nummer
AC11589493
Utheses ID
28514
Studienkennzahl
UA | 066 | 838 | |