Antikarzinogene Wirkung von Enniatin und Beauvericin

In den letzten Jahren waren beachtliche Fortschritte in der chemotherapeutischen Behandlung zu verzeichnen. Dennoch können viele Krebsarten im fortgeschrittenen Stadium weiterhin nur schlecht bekämpft werden. Ein Grund dafür ist die Resistenz gegen strukturell nicht verwandte und mechanistisch unterschiedlich wirkende Medikamente. Diese Multidrug-Resistenz stellt ein gravierendes Problem bei der Chemotherapie von Krebspatienten dar und macht die Erforschung besserer antikarzinoger Substanzen erforderlich. Derzeit haben Naturstoffe mit einer Cyclodepsipeptidstruktur das Interesse in der Arzneimittelentwicklung geweckt. Einige von ihnen werden bereits in präklinischen Studien getestet. Für die Cyclohexadepsipeptide Enniatin (ENN) und Beauvericin (BEA), die von der Feldpilzgattung Fusarium synthetisiert werden, wurde erst kürzlich eine potentielle chemotherapeutische Wirkung gezeigt. Beide Substanzen wirken bereits in niedrig mikromolaren Konzentrationen stark zytotoxisch auf Krebszellen, während nicht maligne normal proliferierende Zellen relativ insensitiv sind. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass ATP-bindende Substanztransporter, die häufig zum Mißerfolg chemotherapeutischer Behandlungen führen, keinen Einfluss auf die Zytotoxizität von ENN und BEA haben. Auch eine Langzeitexposition mit kontinuierlich steigenden ENN- und BEA-Konzentrationen führte zu keiner Resistenzentwicklung der behandelten Karzinomzellen. Bis jetzt sind die genauen, der zytotoxischen Wirkung von ENN und BEA zugrundeliegenden, molekularen Mechanismen noch ungeklärt. Um aber den Erfolg einer Substanz in der Arzneimittelentwicklung zu gewährleisten, ist die genaue Kenntnis der entsprechenden molekularen und zellulären Prozesse zwingend erforderlich. Ziel dieses Forschungsprojekt ist es daher, den durch ENN- und BEA- induzierten Zelltod, sowie die zugrundeliegenden intrazellulären Signaltransduktionswege näher zu untersuchen. Ein Schwerpunkt soll hierbei das genomweite Screening nach ENN- und BEA-induzierten Stresssignalen bzw. Zelltod-initiierenden Signalen sein. Da vermutet wird, dass der zytotoxischen Wirkung möglicherweise eine Imbalanz der intrazellulären Ca2+ Homöostase zugrunde liegt, steht im Speziellen die Untersuchung Ca2+ - sensitiver Signalwege und Signalproteine im Interesse dieses Projektes. Zusätzlich soll der Einfluss der Apoptose- und Zellzyklus regulierenden Proteine p53 und p21 erhoben werden. Aufgrund der bereits für ENN gezeigten p21- unabhängigen Aktivierung von p53, werden Histondeacetylase-inhibierende Eigenschaften vermutet, die für beide Substanzen näher untersucht werden sollen. Das antiangiogenetische Potential dieser Mykotoxine soll in vitro durch die Untersuchung ihres Einflusses auf die wichtigsten Angiogenesewege und in vivo im Chick- Chorioallantoic-Membrane-Angiogeneseassay ausführlich erforscht werden. Zusätzlich soll die Aktivität von ENN und BEA als Einzelkomponenten oder in Kombination mit targeted Drugs und Chemotherapeutika gegen humane Tumore in vitro und in vivo mit Hilfe von Xenograftmodellen untersucht werden. Zusammenfassend ermöglicht dieses Projekt die Bewertung der antikarzinogenen Wirkung dieser beiden Cyclohexadepsipeptid-Substanzen. Darüber hinaus liefern die gewonnen toxikologischen Daten auch einen interdisziplinären Beitrag zur Risikobewertung von ENN und BEA als Nahrungskontaminaten.

In den letzten Jahren wurden beachtliche Fortschritte in der chemotherapeutischen Behandlung verzeichnet. Dennoch können viele Krebsarten im fortgeschrittenen Stadium weiterhin nur schlecht bekämpft werden. Ein Grund dafür ist die Resistenz gegen strukturell nicht verwandte und mechanistisch unterschiedlich wirkende Medikamente. Diese Multidrug- Resistenz stellt ein gravierendes Problem bei der Chemotherapie von Krebspatienten dar und macht die Erforschung besserer antikarzinogener Substanzen erforderlich. Derzeit haben Naturstoffe mit einer Cyclodepsipeptidstruktur wie Enniatine (Enn), Beauvericin (Bea), Destruxin A, B, und E (Dtx A, B, and E) das Interesse in der Arzneimittelentwicklung geweckt. Dabei handelt es sich um ringförmige Verbindungen, die aus ester- und amidartig miteinander verknüpften a-Hydroxy- und a-Aminosäuren bestehen. Diese können aus Pflanzen, Schimmelpilzen oder Meeresorganismen isoliert werden. Am Anfang unserer Studien waren nur wenige Daten bezüglich der pharmakologischen und toxikologischen Wirkung dieser Substanzen verfügbar. Während wir uns eingangs nur auf die Untersuchung von Enn B und Bea konzentriert haben, wurden im Laufe des Projekts auch die Dtx in die Untersuchungen miteinbezogen. Dank dieses Hertha Firnberg Projektes konnten wir beachtliche Fortschritte in der Darlegung der antikarzinogenen Wirkungsweise dieser noch wenig erforschten Cyclodepsipeptid-Substanzen erzielen. Beispielsweise zeigten Zellmigrations- und Tube-Formations-Tests an HUVEC Zellen vielversprechende antiangiogenetische Eigenschaften von Enn B, Bea und Dtx. Diese Ergebnisse stellen einen vielversprechenden Ansatz für die Tumortherapie dar. Erste Verträglichkeitsstudien in Mäusen zeigten in den gewählten Konzentrationen weder zu Lebzeiten noch nach pathologischer Aufarbeitung der Tiere Anzeichen für eine toxische Wirkung für Bea oder Enn B, was auf eine gute Verträglichkeit der Substanzen hindeutet. Tendentiell lassen unsere Daten vermuten, dass sich Enn und Bea bevorzugt im Fettgewebe anreichern. Beide Moleküle konnten aber auch in diversen anderen Geweben (einschließlich Tumorgewebe) und Serum, nicht aber im Urin der behandelten Tiere nachgewiesen werden. Obwohl die Tumoranreicherung und die therapeutische Breite derzeit noch als verbesserungswürdig anzusehen sind, belegen unsere Daten das vorhandene Potential dieser Substanzen als potenielle Krebstherapeutika. Besonders hervorzuheben ist auch ihre synergistische Wirkung mit dem klinisch zugelassenen Multikinase-Inhibitor Sorafenib gegen Cervixkrebszellen in vitro, welche wir für Enn B bereits auch schon in vivo an einem KB-3-1 Cervixkarzinom Xenograftmodel belegen konnten. Vergleichbare Untersuchungen für Bea sind derzeit noch am Laufen. Die diesem Synergismus zugrundeliegenden sehr komplexen und äußerst facettenreichen Mechanismen konnten noch nicht eindeutig geklärt werden. Für den Synergismus von Enn B mit Sora legen unsere bisherigen Daten ein Zusammenspiel von p38 MAPK und dem ERK Signalweg nahe. Dem Synergismus mit Bea und Sora scheint eine Entgleisung der ERK/p38 MAPK and PI3K-Akt-mTOR Signalkaskade zugrunde zu liegen. Zusammenfassend zeigen unsere Daten, dass sowohl Dtx als auch Enn B und Bea ein antitumorales Potential aufweisen und die beiden letzt genannten auch als vielversprechende Kombinationsstrategie mit Sorafenib gesehen werden können.