Dokument: Toxizität von Avaron-Derivaten aus Dysidea avara in Säugerzellen: Aktivierung des "antioxidant response element" und Induktion der Hämoxygenase-1

Titel:Toxizität von Avaron-Derivaten aus Dysidea avara in Säugerzellen: Aktivierung des "antioxidant response element" und Induktion der Hämoxygenase-1
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URN (NBN):urn:nbn:de:hbz:061-20140109-123353-7
Kollektion:Dissertationen
Sprache:Deutsch
Dokumententyp:Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:Text
Autor: Schmitz, Roland [Autor]
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Dateien vom 08.01.2014 / geändert 08.01.2014
Beitragende:Prof. Dr. Wätjen, Wim [Betreuer/Doktorvater]
Prof. Dr. Graf, Dirk [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:Krebserkrankungen des Magen-Darm-Trakts stellen in Deutschland wegen der hohen Zahl an Neuerkrankungen eine große Herausforderung dar. In höheren Stadien ist die systemische Radiochemotherapie ergänzend zur chirurgischen Behandlung ein wichtiger Therapiepfeiler, dessen sukzessive Weiterentwicklung zu einem verlängerten Überleben der Patienten geführt hat.
Zur dieser Entwicklung tragen unter anderem Naturstoffe bei, indem sie entweder direkt als Therapeutika eingesetzt werden oder indem sie als Leitstrukturen für die Entwicklung neuer Pharmaka dienen. Gerade das marine Habitat zeigt sich hierbei als viel versprechende Quelle für pharmakologisch interessante Strukturen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Untersuchungen mit den 5 Substanzen Avaron, Avarol, 3´-Methylaminoavaron (AH-27), 4´-Methylaminoavaron (AH-24) und N-Methylmelemeleone A (AH-25) durchgeführt. Sie wurden vom Institut für pharmazeutische Biologie und Biotechnologie aus dem Schwamm Dysidea avara isoliert und zum Teil erstmalig beschrieben.
Zur Untersuchung der Zytotoxizität wurden MTT-Assays mit HCT116 Darmkrebszellen und vergleichend auch mit H4IIE Hepatomzellen durchgeführt. Dabei wiesen Avaron und 3´-Methylaminoavaron (AH-27) EC 50 -Werte im einstelligen mikromolaren Bereich auf. Ein leicht abgeschwächter Effekt ließ sich in den H4IIE-Zellen nachweisen. Die Ergebnisse aus Caspase- und LDH-Assays deuten darauf hin, dass es sich bei der Art des Zelltodes um eine Nekrose handelt.
Der Schutz der Zelle vor Radikalen wird unter Anderem durch die Nrf2 Signalkaskade geregelt. Zur Detektion von oxidativem Stress wurden DCF-Assays durchgeführt. Sie zeigen für 25 µM Avaron ein ähnlich starkes Signal wie für 100 µM Wasserstoffperoxid. Bezüglich der Nrf2 Expression im Western Blot sorgt die neu beschriebene Substanz N-Methylmelemeleone A (AH-25) in 50 mikromolarer Konzentration für die deutlichste Steigerung des Signals, dicht gefolgt 3´-Methylaminoavaron (AH-27), trotz einer toxizitätsbedingt stark reduzierten Konzentration von lediglich 10 µM. Die deutlichste Aktivierung des antioxidant response element , gemessen im Luciferase-Assay, bewirken 50 µM Avarol und 10 µM 3´-Methylaminoavaron (AH-27). RT-PCRs zur Darstellung der HO-1-Gen Transkription zeigen ein ähnliches Ergebnis. Bezüglich der Beeinflussung des Nrf2 Signalweges bestehen je nach Ebene der Kaskade substanzspezifische Unterschiede, wobei das 3´-Methylaminoavaron (AH-27) den durchgehend deutlichsten Effekt zu haben scheint.
Weitere Forschungen im Hinblick auf Apoptose befassen sich mit dem Einfluss der Substanzen auf den NFκB Signalweg. Im SEAP-Assay zeigten alle Substanzen abgesehen vom Methylmelemeleone A (AH-25) eine signifikante Inhibierung des NFκB Signalweges, während die basale NFκB Aktivität unbeeinflusst blieb.
Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass die Substanzen in Abhängigkeit von der molekularen Struktur ein hohes Maß an Toxizität besitzen und in intrazelluläre Signalkaskaden einzugreifen vermögen. Im Hinblick auf Struktur-Wirkungs-Beziehungen konnte eine stärkere Toxizität und ein größerer Einfluss auf den Nrf2 Signalweg von Position 3 der Methylamino-Gruppe (AH-27) gegenüber der Position 4 (AH-24) gezeigt werden.

Intestine cancer features a huge challenge in Germany because of the high incidence and the huge amount of cancer-related deaths. Especially in advanced stages chemoradiation is an important therapeutic option in addition to surgical treatment. Gradual progress that has been made in the segment of systemic treatment led to an improved survival of the patients.
Natural materials promote this development too, either being used as remedies themselves, or serving as chemical leads for the development of new pharmaceutical drugs. Especially the marine habitat proofed to be a promising source for pharmacologically interesting chemical structures. This paper deals with research towards the 5 substances Avarone, Avarol, 3´-Methylaminoavarone (AH-27), 4´-Methylaminoavarone (AH-24) und N-Methylmelemeleone A (AH-25). They have been isolated from the marine sponge Dysidea avara and to some extend initially been characterized by the Institute for Pharmaceutical Biology and Biotechnology in Düsseldorf.
Cytotoxic effects on HCT116 bowl cancer cells and comparatively on H4IIE hepatoma cells have been evaluated with MTT-assays. Avarone and 3´-Methylaminoavaron (AH-27) appeared to have EC 50 -values within a single-digit mikromolar range. Results in H4IIE cells were similar, even though the impact on the cells was slightly weaker. Caspase- and LDH-assays indicate that the mode of cellular death is assumingly based on necrosis.
The organisms´ protection from free radicals is to a certain extend mediated through the Nrf2 signaling cascade. DCF-assays for the detection of oxidative stress revealed an effect of 25 µM Avarone that is equal to 100 µM hydrogen peroxide. The initially characterized compound N-Methylmelemeleone A (AH-25) proofed to evoke the strongest effect in Nrf2 western blot analysis at a concentration of 50 µM, closely followed by 3´-Methylaminoavarone (AH-27) at a concentration of 10 µM, reduced due to cytotoxicity. 50 µM Avarol and 10 µM 3´-Methylaminoavaron (AH-27) seem to have the greatest impact on the activation of the "antioxidant response element", evaluated with the help of Luciferase-assays. RT-PCRs displaying the HO-1 gene transcription reveal similar results. On the bottom line, the Nrf2 signaling cascade is variably influenced on different levels in a substance-specifical manner, whereas 3´-Methylaminoavaron (AH-27) seems to have the most persistent impact on each level of the cascade.
Further investigations concerning apoptosis deal with the NFκB signaling cascade. Every compound apart from Methylmelemeleone A (AH-25) showed a significant inhibition of the NFκB activity measured with SEAP-assays. Still, the basal NFκB activity remained unaffected.
Altogether these results point out the compounds´ high degree of toxicity and the ability to interfere with intracellular signaling cascades. With regard to structure-activity-relations a predominance of the methyl-amino-groups position 3 (AH-27) towards position 4 (AH-24) could be pointed out with respect to cytotoxicity and influence on the Nrf2 signaling cascade.
Fachbereich / Einrichtung:Medizinische Fakultät » Institute » Institut für Toxikologie
Dokument erstellt am:09.01.2014
Dateien geändert am:09.01.2014
Promotionsantrag am:19.12.2012
Datum der Promotion:16.12.2013
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