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Ziel: Epigenetische Mechanismen wie die Methylierung und Acetylierung von Histonen regulieren die Genexpression auf Chromatin-Ebene. So beeinflusst der Grad der Acetylierung von Lysinresten der Histone die Zugänglichkeit der DNA und damit die Genexpression. HDACs sind in verschiedenen Tumorerkrankungen überexprimiert, woraus das Interesse an HDAC-Inhibitoren für die Therapie von Krebs resultiert. Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung neuer hochaffiner und selektiver fluortragender HDAC-Liganden, um HDAC1 und 2 in onkologischen Erkrankungen mittels PET darzustellen. Methodik: Basierend auf Tacedinalin wurden 10 fluorhaltige Derivate in bis zu 8 Synthesestufen hergestellt und ihre IC₅₀-Werte mittels eines biochemischen Enzymassays bestimmt. Von zwei Liganden mit hoher inhibitorischer Potenz und Selektivität für HDAC1 und 2 wurde HD70 ausgewählt und in einem Syntheseautomaten radiofluoriert. Zur biologischen Charakterisierung von [¹⁸F]HD70 wurden Untersuchungen in vitro und in vivo in der Maus durchgeführt. Ergebnisse: HD70 mit einem PAMBA-Linker (p-Aminomethylbenzoesäure) zeigt eine hohe inhibitorische Aktivität gegenüber HDAC1 (IC₅₀: 4,8 nM) und HDAC2 (IC₅₀: 39,9 nM). Die Radiosynthese von [¹⁸F]HD70 aus einem 2-Brompropionylpräkursor erfolgte automatisiert in zwei Stufen mit einer radiochemischen Ausbeute von 1 %. Die PET- und Metabolitenuntersuchungen in CD-1-Mäusen zeigten, dass der Radiotracer [¹⁸F]HD70 die Blut-Hirn-Schranke passiert (SUV5 min: 0,24). Allerdings betrug der Anteil an intaktem Tracer im Hirn nach 30 min nur 25 %. Schlussfolgerungen: Durch den hohen Anteil an hirngängigen Radiometaboliten wird [¹⁸F]HD70 für weitergehende Untersuchungen als ungeeignet eingestuft. Die erhaltenen Ergebnisse werden in das Design metabolisch stabilerer HDAC-Inhibitoren einfließen.

Der Tyrosinkinase-Inhibitor Tyrphostin AG1478 und der Histondeacetylase-Inhibitor SAHA sind sogenannte "Target-specific-drugs". An 18 pädiatrisch-onkologischen Zelllinien wurde die In-vitro-Toxizität von SAHA, Tyrphostin und dem Alkylanz Carmustin getestet. Zusätzlich wurde die Wirkung der Kombination der genannten Substanzen überprüft. Die in dieser Arbeit gewonnenen Ergebnisse ergänzen den bisherigen Forschungsstand und tragen zur Klärung der teils widersprüchlichen wissenschaftlichen Erkenntnisse bei. Außerdem liefern sie für einige pädiatrische Entitäten die ersten Ergebnisse für SAHA und Tyrphostin überhaupt. Synergistische Effekte zeigten sich bei der Kombination von Carmustin und SAHA bei Medulloblastomen und bei der Kombination von Carmustin und Tyrphostin bei Leukämie- und Ewingsarkomzelllinien. Bei der Applikation der Monosubstanzen konnten keine herausragenden Signale für die Wirksamkeit bei einzelnen Tumorentitäten beobachtet werden.

Histondeacetylase-Inhibitoren (HDACi) stehen im Mittelpunkt zahlreicher Forschungsinteressen, seit gezeigt werden konnte, dass sie Onkoprotein-vermittelte Genrepression von bedeutenden Differenzierungsgenen in Leukämiezellen, aufheben können. Es hat sich herausgestellt, dass HDACi in vielen Tumorzellen Proliferationsstopp und Apoptose sowie teilweise Differenzierung induzieren. Gesundes Gewebe ist von diesen Auswirkungen kaum betroffen. Viele strukturell verschiedene HDACi, darunter auch die auf Grund ihrer anti-epileptischen Wirkung weltweit eingesetzte Valproinsäure (VPA), werden gegenwärtig in klinischen Studien getestet. Der therapeutische Nutzen dieser Inhibitoren scheint besonders hoch zu sein, wenn man sie mit weiteren Chemotherapeutika kombiniert. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass VPA den anti-leukämischen Effekt von Dexamethason in vitro und in vivo synergistisch verstärkt. Glucocorticoide (GCs) werden seit Jahrzehnten für die Therapie von Krebserkrankungen mit lymphatischem Ursprung eingesetzt. Die Glucocorticoide Prednisolon bzw. Dexamethason spielen eine Schlüsselrolle bei der Induktionstherapie gegen Akute Lymphatische Leukämie (ALL). Ein Großteil der Untersuchungen wurde an Nalm-6 Zellen durchgeführt, ursprünglich etabliert aus dem Blut eines jungen Mannes mit rezidivierender ALL. An Nalm-6 Zellen konnte gezeigt werden, dass die Behandlung mit VPA, Dexamethason und der Kombination der beiden Wirkstoffe zum programmierten Zelltod führt. Weiterhin wiesen die durchflusszytometrisch durchgeführten Messungen der Zelltodraten darauf, dass VPA und Dexamethason bezüglich der Apoptose-Induktion positiv zusammenwirken. Mit Hilfe der Calcusyn Software konnte aus den gemessenen Apoptoseraten die Stärke der Wechselwirkung zwischen den zwei Wirkstoffen berechnet werden. Die Analyse ergab einen stark synergistischen Effekt, für die kombinierte Behandlung von Nalm-6 Zellen mit VPA und Dexamethason, über den gesamten untersuchten Konzentrationsbereich. Die eingesetzten VPA-Konzentrationen deckten dabei den Bereich ab, der erfahrungsgemäß im Serum von Patienten erreicht werden kann. Auch in vier weiteren prä-B-Zelllinien führte die Behandlung mit VPA und Dexamethason zur synergistischen Apoptose-Induktion. SUP-B15 und BV-173 Zellen reagierten dabei, wie Nalm-6 Zellen, sehr sensitiv auf Dexamethason-Behandlung. Die Zelllinien SD-1 und SEM zeigten eine deutlich ausgeprägte Resistenz gegenüber dem Glucocorticoid, reagierten aber sehr stark auf VPA- und Kombinationsbehandlung. Trotz intensiver Untersuchungen ist über den molekularen Mechanismus der GC-vermittelten Apoptose nur wenig bekannt. Das ausreichende Vorhandensein eines funktionierenden Glucocorticoidrezeptors (GR) wird aber als essentiell, für das Ansprechen der Zelle auf GC-Behandlung, angesehen. Da der GR ein Transkriptionsfaktor ist, werden die Ursachen für den GC-induzierten Zelltod vornehmlich in einer veränderten Genexpression gesucht. Da HDACi ebenfalls großen Einfluss auf die Genregulation ausüben, wurden im Rahmen dieser Arbeit Genexpressionsanalysen an den behandelten Nalm-6 Zellen durchgeführt, um die Ursachen für den gefundenen Synergismus zwischen VPA und Dexamethason aufzuklären. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen zeigten eine verstärkte Hochregulation von Proteinen, die Zellzyklusstopp und Apoptose bewirken sowie eine verstärkte Repression von Faktoren, die anti-apoptotisch bzw. wachstumsfördernd wirken, in Folge der Kombinationsbehandlung. Die starke Herunterregulierung des pro-apoptotischen Proteins Aven, durch die Wirkstoffkombination, konnte in Nalm-6 Zellen auch mittels Westernblot-Analyse auf Proteinebene nachgewiesen werden. Der potentielle Nutzen einer Kombinationstherapie mit VPA und Dexamethason konnte an einem Tiermodell für ALL überprüft werden. Das Tiermodell wurde über das Einbringen von Nalm-6 Zellen in immundefiziente SCID Mäuse generiert. Die Behandlung mit der Wirkstoffkombination führte zu einer signifikant reduzierten Infiltration von Knochenmark und Milz durch die humanen Blasten, im Vergleich zur Behandlung mit Dexamethason oder PBS als Kontrolle. Weiterhin wurde für die Tiere, die mit der Wirkstoffkombination behandelt wurden, eine signifikante Erhöhung der Überlebenswahrscheinlichkeit beobachtet. Auch für Vincristin, L Asparaginase und Daunorubicin, weitere Wirkstoffe der Induktionstherapie bei pädiatrischer ALL, konnte ein synergistisches Zusammenwirken mit VPA bezüglich der Apoptose-Induktion in Nalm-6 Zellen gezeigt werden. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass VPA die Effektivität der Polychemotherapie gegen ALL erhöhen könnte. Auf Grund des stark synergistischen Zusammenwirkens mit Dexamethason könnte VPA möglicherweise auch eine potentielle Alternative für schlecht verträgliche bzw. risikobehaftete Chemotherapeutika der Induktionstherapie darstellen.

Histondeacetylase-Inhibitoren (HDACi) stehen im Mittelpunkt zahlreicher Forschungsinteressen, seit gezeigt werden konnte, dass sie Onkoprotein-vermittelte Genrepression von bedeutenden Differenzierungsgenen in Leukämiezellen, aufheben können. Es hat sich herausgestellt, dass HDACi in vielen Tumorzellen Proliferationsstopp und Apoptose sowie teilweise Differenzierung induzieren. Gesundes Gewebe ist von diesen Auswirkungen kaum betroffen. Viele strukturell verschiedene HDACi, darunter auch die auf Grund ihrer anti-epileptischen Wirkung weltweit eingesetzte Valproinsäure (VPA), werden gegenwärtig in klinischen Studien getestet. Der therapeutische Nutzen dieser Inhibitoren scheint besonders hoch zu sein, wenn man sie mit weiteren Chemotherapeutika kombiniert. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass VPA den anti-leukämischen Effekt von Dexamethason in vitro und in vivo synergistisch verstärkt. Glucocorticoide (GCs) werden seit Jahrzehnten für die Therapie von Krebserkrankungen mit lymphatischem Ursprung eingesetzt. Die Glucocorticoide Prednisolon bzw. Dexamethason spielen eine Schlüsselrolle bei der Induktionstherapie gegen Akute Lymphatische Leukämie (ALL). Ein Großteil der Untersuchungen wurde an Nalm-6 Zellen durchgeführt, ursprünglich etabliert aus dem Blut eines jungen Mannes mit rezidivierender ALL. An Nalm-6 Zellen konnte gezeigt werden, dass die Behandlung mit VPA, Dexamethason und der Kombination der beiden Wirkstoffe zum programmierten Zelltod führt. Weiterhin wiesen die durchflusszytometrisch durchgeführten Messungen der Zelltodraten darauf, dass VPA und Dexamethason bezüglich der Apoptose-Induktion positiv zusammenwirken. Mit Hilfe der Calcusyn Software konnte aus den gemessenen Apoptoseraten die Stärke der Wechselwirkung zwischen den zwei Wirkstoffen berechnet werden. Die Analyse ergab einen stark synergistischen Effekt, für die kombinierte Behandlung von Nalm-6 Zellen mit VPA und Dexamethason, über den gesamten untersuchten Konzentrationsbereich. Die eingesetzten VPA-Konzentrationen deckten dabei den Bereich ab, der erfahrungsgemäß im Serum von Patienten erreicht werden kann. Auch in vier weiteren prä-B-Zelllinien führte die Behandlung mit VPA und Dexamethason zur synergistischen Apoptose-Induktion. SUP-B15 und BV-173 Zellen reagierten dabei, wie Nalm-6 Zellen, sehr sensitiv auf Dexamethason-Behandlung. Die Zelllinien SD-1 und SEM zeigten eine deutlich ausgeprägte Resistenz gegenüber dem Glucocorticoid, reagierten aber sehr stark auf VPA- und Kombinationsbehandlung. Trotz intensiver Untersuchungen ist über den molekularen Mechanismus der GC-vermittelten Apoptose nur wenig bekannt. Das ausreichende Vorhandensein eines funktionierenden Glucocorticoidrezeptors (GR) wird aber als essentiell, für das Ansprechen der Zelle auf GC-Behandlung, angesehen. Da der GR ein Transkriptionsfaktor ist, werden die Ursachen für den GC-induzierten Zelltod vornehmlich in einer veränderten Genexpression gesucht. Da HDACi ebenfalls großen Einfluss auf die Genregulation ausüben, wurden im Rahmen dieser Arbeit Genexpressionsanalysen an den behandelten Nalm-6 Zellen durchgeführt, um die Ursachen für den gefundenen Synergismus zwischen VPA und Dexamethason aufzuklären. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen zeigten eine verstärkte Hochregulation von Proteinen, die Zellzyklusstopp und Apoptose bewirken sowie eine verstärkte Repression von Faktoren, die anti-apoptotisch bzw. wachstumsfördernd wirken, in Folge der Kombinationsbehandlung. Die starke Herunterregulierung des pro-apoptotischen Proteins Aven, durch die Wirkstoffkombination, konnte in Nalm-6 Zellen auch mittels Westernblot-Analyse auf Proteinebene nachgewiesen werden. Der potentielle Nutzen einer Kombinationstherapie mit VPA und Dexamethason konnte an einem Tiermodell für ALL überprüft werden. Das Tiermodell wurde über das Einbringen von Nalm-6 Zellen in immundefiziente SCID Mäuse generiert. Die Behandlung mit der Wirkstoffkombination führte zu einer signifikant reduzierten Infiltration von Knochenmark und Milz durch die humanen Blasten, im Vergleich zur Behandlung mit Dexamethason oder PBS als Kontrolle. Weiterhin wurde für die Tiere, die mit der Wirkstoffkombination behandelt wurden, eine signifikante Erhöhung der Überlebenswahrscheinlichkeit beobachtet. Auch für Vincristin, L Asparaginase und Daunorubicin, weitere Wirkstoffe der Induktionstherapie bei pädiatrischer ALL, konnte ein synergistisches Zusammenwirken mit VPA bezüglich der Apoptose-Induktion in Nalm-6 Zellen gezeigt werden. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass VPA die Effektivität der Polychemotherapie gegen ALL erhöhen könnte. Auf Grund des stark synergistischen Zusammenwirkens mit Dexamethason könnte VPA möglicherweise auch eine potentielle Alternative für schlecht verträgliche bzw. risikobehaftete Chemotherapeutika der Induktionstherapie darstellen.