Antiproliferative Hybrid-Liganden und deren Metall-Komplexe als Topoisomerase II

1 Zielgerichtete Chemotherapie wurde in den letzten Jahrzehnten zu einem Thema von enormer Wichtigkeit. Metallkomplexe und metallorganische Verbindungen mit biologisch aktiven Liganden bieten in diesem Zusammenhang Möglichkeiten für neue Wirkmechanismen, spezifische Inhibition von Enzymen und das Überwinden von Resistenzen gegenüber klassischen Chemotherapeutika. Dieses Forschungsvorhaben zielt auf das Design und die Synthese neuer Konjugate von (iso)Chalkogensemicarbazonen- und Aminoguanisonen mit L- und D-Prolin sowie verwandter Verbindungen, welche wasserlösliche Übergangsmetallkomplexe mit quadratisch- planarer Koordinationsgeometrie bilden können, sowie die potentielle Anwendung als Chemotherapeutika vor allem in Hinblick auf Inhibierung des krebstypspezifischen Zielproteins Topoisomerase IIa. Der Antrag basiert auf aktuellen Resultaten, welche vor kurzem von uns (Inorg. Chem. 2012, 51, 9309-9321) und anderen (J. Med. Chem. 2011, 54, 2391-2398) publiziert wurden und die Rolle der Metallbindung bezüglich der antiproliferativen Aktivität und Topoisomerase IIa Inhibition zahlreicher Thiosemicarbazone sowie Thiosemicarbazon-Prolin- Verbindungen behandeln. Wahrscheinlich ist die quadratisch-planare Koordinationsgeometrie von Kupfer(II)komplexen dieser Verbindungen die biologisch aktive Konfiguration für die Topo IIa Inhibierung durch einen Mechanismus, der die ATP Bindungsstelle des Enzyms betrifft. Unser Hauptziel ist es, das bisher gewonnene Wissen zu vertiefen, um einen effektiven Topoisomerase IIa Inhibitor herzustellen, welcher für die weitere präklinische und klinische Entwicklung als zielgerichtetes Antikrebsmedikament verwendet werden kann. Um dieses Ziel zu erreichen, werden wir neue organische Verbindungen synthetisieren und ihr Komplexbildungsverhalten gegenüber Übergansmetallionen,die eine quadratisch-planareKoordinationsumgebung bevorzugen,in gelöster Form potentiometrischundspektroskopisch(UV-vis, CD, Fluoreszenzspektroskopie, NMR, EPR) untersuchen. Diese Daten werden für die Synthese der gewünschten Metallkomplexe, welche im kristallinen Zustand mittels Röntgenstrukturanalyse und spektroskopischen Methoden charakterisiert werden, verwendet. Die so erhaltenen Verbindungen sollen auf ihre Fähigkeit zur Topo IIa/ Inhibierung mit Hilfe von vor kurzem entwickelten schnellen und sensitiven Methoden (Anal. Chem. 2013, 85, 6866-6870; Anal. Chem. 2014, 86, 1005910064) untersucht werden. Die selektive Bestimmung von PO43 Ionen kann verwendet werden um die Aktivität von Topoisomerase II/ zu quantifizieren. Weiters soll ihre Zytotoxizität in Krebszelllinien getestet werden, um einen Zusammenhang zwischen Enzyminhibierung und antiproliferativer Aktivität in vitro zu finden. Ein besonderer Schwerpunkt soll auf die Auswirkung der Koordinationsgeometrie, die Ligandenchiralität und die Art des Metallions auf die strukturbezogene Topo IIa Inhibierung und die strukturbezogene antiproliferative Aktivität in Krebszelllinien gelegt werden. Ein weiteres mögliches Ziel dieser Klasse von Chelatoren ist das Enzym Ribonukleotidreduktase, weshalb die Fähigkeit das hR2 RNR-Enzym mit neuen Biokonjugaten zu inhibieren auch untersucht wird. Die Arbeit wird von einem österreichischen Team (Wien) in Zusammenarbeit mit Forschern aus Ungarn, Serbien, Spanien, Schweden, Norwegen und Neuseeland ausgeführt werden, welche komplementäre Erfahrungen für die Durchführung des Projektes haben. 1

Zielgerichtete Chemotherapie wurde in den letzten Jahren zu einem Thema von enormer Wichtigkeit. Metallkomplexe und metallorganische Verbindungen mit biologisch aktiven Liganden bieten dahingehend Möglichkeiten für neue Wirkmechanismen, spezifische Inhibition von Enzymen und das Überwinden von Resistenzen gegenüber klassischen Chemotherapeutika. Diese Forschung zielt auf das Design und die Synthese neuer Konjugate von (iso)Chalkogensemicarbazonen- und Aminoguanisonen, sowie verwandter Verbindungen, welche wasserlösliche Übergangsmetallkomplexe mit quadratisch-planarer Koordinationsgeometrie bilden können, ab, sowie deren potentielle Anwendung als Chemotherapeutika in Hinblick auf die Inhibierung krebstypspezifischer Zielproteine, wie Ribonukleotid-Reduktase (RNR) und Topoisomerase II/ß (Topo-II). Der Antrag basiert auf aktuellen Resultaten, welche vor kurzem von uns (Inorg. Chem. 2012, 51, 9309) und anderen (J. Med. Chem. 2011, 54, 2391) publiziert wurden, worin die Rolle der Metallbindung bezüglich der antiproliferativen Aktivität, der RNR- und Topo-II-Inhibition zahlreicher Thiosemicarbazone(TSC), sowie TSC-Prolin-Hybriden behandelt wird. Zwei Typen von TSCs, basierend auf 2-Formylpyridin (FTSCs)- und 2-Hydroxybenzaldehyd (STSCs), wurden strukturell verändert, um die vielversprechendsten Kandidaten für die weitere Entwicklung als zielgerichtetes Antikrebsmedikament zu erforschen. Der FTSC-Hybrid mit der Morpholineinheit am Pyridinring und der Phenylgruppe am terminalem N-Atom des Thiosemicarbazids und dessen Cu(II)-Komplex wurden, wegen ihrer zytotoxischen Aktivität im nanomolaren Bereich gegen Eierstockkrebszellen (A2780), ihres antibakteriellen Effekts gegen S. aureus und deren Fähigkeit das Tyrosylradikal (Y) des R2-RNR-Proteins in Anwesenheit von Dithiothreitol zu quenchen, als Vorreiter dieser Molekül- und Komplexklasse ausgewählt. Diese Studie zeigte, dass der Wirkmechanismus auch andere biologische Strukturen als Ziele involviert. Somit könnten diese Hybride als duale Medikamente mit antikrebs und antibakterieller Wirkung entwickelt werden. Die Aktivität der Triapinderivate mit der 2-Pyridinamidrazon- und einer S-Methyl-TSC-Einheit, sowie dessen Cu(II)- und Fe(III)-Komplexe konnten nicht mit der Inhibierung des R2-RNR-Proteins in Verbindung gebracht werden, jedoch mit einer Störung der Krebszellenhomöostase, welche zu einer Beeinflussung der Signalwege in diesen führt. Das Iminodiacetat-STSC ist ein weiterer Hybrid, welcher signifikante Y-Inhibierung zeigte, wohingegen die Sulfonylderivate sehr gute antiproliferative Aktivität vorwiesen, welche der Initiierung von reaktiven Sauerstoffspezies und auf dem daraus resultierenden antioxidativen Stress basieren. Cu(II)-Komplexe mit Trimethylammonium-STSCs wiesen einen antiproliferativen Effekt gegen maligne Neuroblastomzellen und eine deutliche Interaktion mit organischen Kationtransportern (OCT) auf, was den Weg für die Entwicklung wirkungsvollerer und selektiverer Antikrebsmedikamente und/oder OCT-Inhibitoren ebnet.