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Synthese, biologische Evaluation und Untersuchung des Wirkmechanismus neuartiger Duocarmycin-Analoga für eine selektive Krebstherapie

dc.contributor.advisorTietze, Lutz Prof. Dr. Dr. h.c.de
dc.contributor.authorKrewer, Birgitde
dc.date.accessioned2009-03-24T15:08:14Zde
dc.date.accessioned2013-01-18T10:32:34Zde
dc.date.available2013-01-30T23:51:22Zde
dc.date.issued2009-03-24de
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-ACC3-Bde
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-2041
dc.description.abstractTrotz beachtlicher Fortschritte in der Entwicklung neuer Krebstherapien verursachen die meisten derzeit in der klinischen Anwendung genutzten Chemotherapeutika immer noch starke Nebenwirkungen, da ihre zytotoxische Aktivität nicht auf entartete Zellen beschränkt ist. Ein Ziel der modernen Arzneimittelforschung ist daher die Entwicklung selektiver Tumortherapien. Im Rahmen der Antibody-directed Enzyme Prodrug Therapy (ADEPT) wird eine in therapeutischen Dosen ungiftige Vorstufe (Prodrug) gezielt im Tumorgewebe von einem gebundenen Antikörper-Enzym-Konjugat in den zugehörigen giftigen Wirkstoff (Drug) umgewandelt. Für eine erfolgreiche Umsetzung des ADEPT-Ansatzes werden stabile, wasserlösliche sowie relativ ungiftige Vorstufen benötigt, die effizient in die entsprechenden Wirkstoffe umgewandelt werden können. Ein Verständnis des Wirkmechanismus ist für eine sichere Anwendung der potentiellen Therapeutika und eine gezielte Wirkstoffoptimierung wünschenswert.In der vorliegenden Arbeit wurden im Hinblick auf diese Ziele neue galaktosidische Prodrugs und die entsprechenden Wirkstoffe synthetisiert. Das vielversprechendste Galaktosid ist gut wasserlöslich, in wässriger Lösung sehr stabil und etwa 3500-fach weniger toxisch als der entsprechende Wirkstoff. Letzterer wird aus dem Galaktosid durch enzymatische Abspaltung der Zuckereinheit freigesetzt und weist eine außergewöhnlich hohe Zytotoxizität mit einem IC50-Wert von 16 pM gegen Bronchialkarzinomzellen der Linie A549 auf.Die Wirkweise der neuen Verbindungen wurde unter Nutzung bereits etablierter und neu entwickelter Methoden untersucht, die auf Chromatographie, Massenspektrometrie, CD-Spektroskopie und Fluoreszenzmikroskopie basieren. Für Letztere wurden spezielle fluoreszenzmarkierte Derivate synthetisiert. Die Studien zeigen, dass die Galaktoside erwartungsgemäß die Zellmembran kaum durchdringen, während die entsprechenden Wirkstoffe die Zellmembran lebender Zellen sehr schnell durchdringen und sich in Mitochondrien, Endosomen und anderen Organellen anreichern. Weiterhin konnte die Wechselwirkung der Giftstoffe mit zellulärer DNA eindeutig nachgewiesen werden. Die Wirkstoffe alkylieren synthetische doppelsträngige DNA mit hoher Effizienz und Sequenzselektivität nach einer vorhergehenden, nicht-kovalenten Einlagerung in die kleine Furche der DNA. Im Gegensatz dazu zeigen sie nur eine sehr niedrige Alkylierungseffizienz gegenüber einzelsträngiger DNA, doppelsträngiger RNA und kleinen Peptiden wie Gutathion. Die entsprechenden Galaktoside weisen stattdessen auch gegenüber doppelsträngiger DNA nur eine geringe Reaktivität auf. Höchstwahrscheinlich beruht die hohe Zytotoxizität der Wirkstoffe daher auf einer Schädigung doppelsträngiger DNA und der Mitochondrien.Die klinische Verwendbarkeit des vielversprechendsten Galaktosids wird derzeit in präklinischen Studien an Mäusen evaluiert. Die Untersuchungen der Wirkweise haben zu einem besseren Verständnis des komplexen Wirkmechanismus einer Klasse potentieller Tumortherapeutika beigetragen. Die neu entwickelten Methoden können zudem zur Untersuchung des Wirkmechanismus anderer biologisch aktiver Substanzen eingesetzt werden.de
dc.format.mimetypeapplication/pdfde
dc.language.isogerde
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/2.0/de/de
dc.titleSynthese, biologische Evaluation und Untersuchung des Wirkmechanismus neuartiger Duocarmycin-Analoga für eine selektive Krebstherapiede
dc.typedoctoralThesisde
dc.title.translatedSynthesis, Biological Evaluation and Investigation of the Mode of Action of Novel Anti-Tumour Agents for a Selective Cancer Therapyde
dc.contributor.refereeDiederichsen, Ulf Prof. Dr.de
dc.date.examination2009-01-22de
dc.subject.dnb540 Chemiede
dc.description.abstractengDespite considerable efforts towards the development of efficient cancer therapies, most anti-cancer agents applied so far in the clinic cause severe side effects because their cytotoxic action is not limited to the tumour cells. To minimise these side effects, current research focuses on the development of targeted tumour therapies. In antibody-directed enzyme prodrug therapy (ADEPT), relatively untoxic prodrugs are converted to their corresponding highly cytotoxic drugs exclusively in the tumour tissue by targeted antibody-enzyme conjugates. For a successful application of ADEPT, water-soluble and stable prodrugs with low cytotoxicity that yield highly cytotoxic drugs are needed. Insights into the mode of action of the potential therapeutics are required for safe drug administration and sophisticated drug development.In this thesis, new prodrugs and their corresponding cytotoxic drugs for use in ADEPT have been developed. The most promising new prodrug is about 3500 times less toxic than its corresponding drug, shows good water solubility and is very stable in aqueous solution. The drug is released from the prodrug by enzymatic cleavage of a detoxifying sugar moiety and shows a very high cytotoxicity with an IC50 of 16 pM against human bronchial carcinoma cells of line A549.The mode of action of the new compounds has been investigated using both long established as well as newly designed methods based on chromatography, mass spectrometry, CD spectroscopy, and fluorescence microscopy. For the latter, derivatives with fluorescent labels were synthesized. It was shown clearly that the prodrugs hardly penetrate the cell membrane, whereas the drugs penetrate the cell membrane of living cells very fast and accumulate in mitochondria, endosomes and other organelles. In addition, the interaction of the drugs with cellular DNA in live cells could be proven unambiguously. The drugs alkylate synthetic double-stranded DNA with a high efficiency and sequence selectivity after a preliminary non-covalent binding to the minor groove of the DNA. In contrast, the drugs show very low alkylation efficiencies towards single-stranded DNA, double-stranded RNA or small peptides such as glutathione. Furthermore, the prodrugs show poor reactivity towards double-stranded DNA. In summary, the results strongly indicate that the high cytotoxicity of the drugs is caused by affecting double-stranded DNA and mitochondria.The new prodrug is now being evaluated for its potential clinical use in preclinical studies using mice. The studies have led to a deeper understanding of the complex mode of action of a class of potential anti-cancer agents that are of special interest in the scientific community. In addition, the novel methods designed allow the investigation of the mode of action of a wide range of bioactive compounds.de
dc.contributor.coRefereeMeyer, Franc Prof. Dr.de
dc.contributor.thirdRefereeBuback, Michael Prof. Dr.de
dc.subject.topicMathematics and Computer Sciencede
dc.subject.gerADEPTde
dc.subject.gerTumortherapiede
dc.subject.gerProdrugde
dc.subject.gerCC-1065de
dc.subject.gerDuocarmycinede
dc.subject.gerDNAde
dc.subject.gerMassenspektrometriede
dc.subject.gerChromatographiede
dc.subject.gerCircular Dichroismusde
dc.subject.gerWirkmechanismusde
dc.subject.engADEPTde
dc.subject.engtumor therapyde
dc.subject.engprodrugde
dc.subject.engCC-1065de
dc.subject.engduocarmycinde
dc.subject.engDNAde
dc.subject.engmass spectrometryde
dc.subject.engchromatographyde
dc.subject.engCircular Dichroismde
dc.subject.engmechanism of actionde
dc.subject.bk35.26de
dc.subject.bk35.29de
dc.subject.bk35.33de
dc.subject.bk35.59de
dc.subject.bk35.71de
dc.subject.bk35.75de
dc.subject.bk35.52de
dc.subject.bk44.33de
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-webdoc-2070-2de
dc.identifier.purlwebdoc-2070de
dc.affiliation.instituteFakultät für Chemiede
dc.subject.gokfullSUD 000: Reaktionen in der organischen Chemiede
dc.subject.gokfullSUD 200: Einzelne Reaktionen {Organische Chemie}de
dc.subject.gokfullSUD 300: Alkylierungsreaktionen {Organische Chemie}de
dc.subject.gokfullSUD 900: Synthesen in der organischen Chemiede
dc.subject.gokfullSUS 000: Polycyclische Verbindungen {Organische Chemie}de
dc.subject.gokfullSUU 000: Heterocyclische Verbindungen {Organische Chemie}de
dc.identifier.ppn616754442de


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