Metall-Paullon-Komplexe mit Freien-Radikal-Einheiten

Cyclin-abhängige Kinasen (CDKs) sind eine Familie von Serin/Threonin-Kinasen, die durch zeitlich koordinierte Aktivierung eine zentrale Rolle in der Regulation des Zellzyklus spielen. Erhöhte CDK-Aktivität ist in vielen Tumoren beim Menschen für die pathologisch erhöhte Zellvermehrung verantwortlich. Folglich sind chemische Inhibitoren der CDK-Aktivität als potentielle Regulatoren der anomalen Zellproliferation von großem Interesse. Eine Analyse der Anti-Cancer Drug Screen Database des National Cancer Institute (NCI) zeigte, daß 9-Bromo- 7,12-dihydroindolo[3,2-d][1]benzazepin-6(5H)-on (Kenpaullon) ein ähnliches Wirkprofil aufweist wie Flavopiridol, der erste in klinischen Studien als antineoplastischer Wirkstoff erprobte CDK-Inhibitor. Zwar wurde bereits eine große Bibliothek von Paullonderivaten synthetisiert, doch die geringe Wasserlöslichkeit und Bioverfügbarkeit stellt ein großes Hindernis für die Entwicklung als Arzneimittel dar. Aufgrund unserer Erfahrung in der Entwicklung tumorhemmender Metallverbindungen erwarten wir, dass diese Probleme durch Komplexierung an Metallionen verringert werden können, wobei günstigere pharmako-kinetische oder auch (durch Synergien zwischen Paullonderivat und Metallion) pharmako-dynamische Eigenschaften erzielt werden können. Die zuvor unbekannten Auswirkungen der Metallierung von Paullonen auf Wasserlöslichkeit und antiproliferative Eigenschaften haben wir in vorangegangenen Arbeiten untersucht (Inorg. Chem. 2006, 45, 1945?1950; Inorg. Chem. 2007, 46, 3645 3656; J. Med. Chem. 2007, 50, 6343-6355; Organometallics, 2007, 26, 6643-6652), wobei sich deutliche Vorteile gegenüber metallfreien Paullonen gezeigt haben. Insbesondere konnten zahlreiche metallfreie Paullone mangels Löslichkeit nicht auf ihre antiproliferative Wirkung untersucht werden. Die bisherigen Ergebnisse bilden eine solide Grundlage für die weitere Entwicklung dieser vielversprechenden Verbindungsklasse. Weitere Anstrengungen sollen nun der Synthese neuer metallbasierter Paullonderivate mit peripheren freien Radikal-Einheiten gelten. Ziele dieser Arbeit sind die Untersuchung (i) des Einflusses einer an das Paullongerüst gebundenen freien Radikal-Einheit auf die Lipophilie/ Hydrophilie, Wasserlöslichkeit, die antiproliferative Wirksamkeit in gut charakterisierten humanen Krebszellinien, die Zellzyklus-Progression und die CDK- inhibitorische Aktivität sowie (ii) des Vermögens dieser Verbindungen, in die Zelle zu gelangen, die Sekundärstruktur der DNA zu verändern und DNA-Strangbrüche zu induzieren; (iii) zusätzlich sollte durch spin labeling die Untersuchung der zellulären Verteilung mittels Zellfraktionierung und ESR-Spektroskopie der Kern-, Mitochondrien- und zytosolischen Fraktion möglich sein. Dieser Projektentwurf vereint Chemiker und Biologen mit komplementären Kenntnissen auf dem Gebiet der Entwicklung neuer metallbasierter antitumoraler Wirkstoffe.

Obwohl der Fortschritt der Chemotherapie unübersehbar ist, bleibt Krebs eine schwierig behandelbare Krankheit, deren Therapie von schweren Nebenwirkungen begleitet wird. Cyclin-abhängige Kinasen (CDKs) sind eine Familie von Enzymen (Katalysatoren), welche die OH-Gruppe der Aminosäuren Serin und Threonin phosphorylieren und durch zeitlich koordinierte Aktivierung eine zentrale Rolle in der Regulation des Zellzyklus spielen. Erhöhte CDK-Aktivität ist in vielen Tumoren beim Menschen für die pathologisch erhöhte Zellvermehrung verantwortlich. Folglich sind chemische Inhibitoren der CDK-Aktivität als potentielle Regulatoren der anomalen Zellproliferation von großem Interesse. Eine Analyse der Anti-Cancer Drug Screen Database des National Cancer Institute (NCI) zeigte, dass 9-Bromo-7,12-dihydroindolo[3,2-d][1]benzazepin-6(5H)-on (Kenpaullon) ein ähnliches Wirkprofil aufweist wie Flavopiridol, der erste in klinischen Studien als antineoplastischer Wirkstoff erprobte CDK-Inhibitor. Zwar wurde bereits eine große Bibliothek von Paullon-Derivaten synthetisiert, doch die geringe Wasserlöslichkeit und Bioverfügbarkeit stellt ein großes Hindernis für die Entwicklung als Arzneimittel dar. Aufgrund unserer Erfahrung in der Entwicklung tumorhemmender Metallverbindungen erwarteten wir, dass diese Probleme durch Komplexierung an Metallionen verringert werden können, wobei günstigere pharmako-kinetische oder auch (durch Synergien zwischen Paullonderivat und Metallion) pharmako-dynamische Eigenschaften erzielt werden können. Der Effekt der Metallkomplexierung auf Wasserlöslichkeit und Zytotoxizität von Paullonen ist in der Literatur gut beschrieben und zeigt klare Vorteile gegenüber metallfreien Paullonen. Insbesondere konnten zahlreiche metallfreie Paullone mangels Löslichkeit nicht auf ihre antiproliferative Wirkung untersucht werden. Wir haben uns auf die Synthese neuer metallbasierter Paullonderivate mit peripheren freien Radikal-Einheiten konzentriert. Die Darstellung von Paullon-TEMPO Konjugaten erlaubte es uns/oder wird uns erlauben (i) den Einfluss einer an das Paullongerüst gebundenen freien Radikal-Einheit auf die Lipophilie/ Hydrophilie und Wasserlöslichkeit zu untersuchen, die antiproliferative Wirksamkeit in gut charakterisierten humanen Krebszelllinien zu beleuchten und die Zellzyklus-Progression und die CDK-inhibitorische Aktivität aufzuklären sowie (ii) das Vermögen dieser Verbindungen, in die Zelle zu gelangen, die Sekundärstruktur der DNA zu verändern und DNA-Strangbrüche zu induzieren abzuschätzen; (iii) durch spin labeling wurde die Untersuchung der zellulären Verteilung mittels Zellfraktionierung und ESR-Spektroskopie der Kern-, Mitochondrien- und zytosolischen Fraktion möglich. Zusätzlich haben wir herausgefunden dass Paullon-TEMPO Konjugate und ihre Kupfer(II)komplexe die Aktivität des humanen Ribonukleotidreduktase Enzyms (RNR) inhibieren können, welches die Synthese der Vorstufen katalysiert die zur Bildung und Reparatur der DNA nötig sind. Eine weitere Untersuchung dieser Resultate wird zeigen ob RNR wirklich ein Zielort für diese Verbindungstypen in der Krebstherapie ist und ob effektivere Chemotherapeutika entwickelt werden können.