Dokument: Vergleichende in vitro-Untersuchungen zur molekularen Wirkung von Cis-, Oxali- und Carboplatin auf Nierenzellen sowie pharmakologische Strategien zu deren Zytoprotektion

Titel:	Vergleichende in vitro-Untersuchungen zur molekularen Wirkung von Cis-, Oxali- und Carboplatin auf Nierenzellen sowie pharmakologische Strategien zu deren Zytoprotektion
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=36770
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20160121-092614-9
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Krüger, Katharina [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 5,15 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 11.01.2016 / geändert 11.01.2016
Beitragende:	Prof. Dr. Fritz, Gerhard [Gutachter] Prof. Dr. Schmitt, Lutz [Gutachter]
Stichwörter:	Platinverbindungen, Nephrotoxizität, Lovastatin
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie
Beschreibungen:	Platinverbindungen, wie die in dieser Arbeit verwendeten Zytostatika Cisplatin, Oxaliplatin und Carboplatin, werden in der onkologischen Klinik als Chemotherapeutika zur Behandlung diverser solider Tumorarten verwendet. Hauptanwendungsgebiet von Cis- und Carboplatin stellen dabei Tumore des Urogenitaltrakts sowie Kopf-Hals- und Lungentumore dar, während Oxaliplatin hauptsächlich zur Behandlung von Kolorektal-karzinomen verwendet wird. Die drei Platinverbindungen unterscheiden sich zudem hinsichtlich ihrer dosislimitierenden Nebenwirkungen. Für Cisplatin ist diesbezüglich eine starke Nephrotoxizität zu nennen, wobei nach bisherigem Kenntnisstand vor allem proximale Nierentubuluszellen geschädigt werden. Oxali- und vor allem Carboplatin gelten als weniger nephrotoxisch. In dieser Arbeit wurde die molekular Wirkung der drei oben genannten Platin-verbindungen auf Nierenzellen untersucht. Dazu wurden renale proximale Tubulus-epithelzellen (NRK-52E-Zellen) mit glomerulären Endothelzellen (RGE-Zellen) als in vitro-Modellsysteme hinsichtlich ihrer qualitativen sowie quantitativen Unterschiede in den Stressantworten nach Behandlung mit äquitoxischen Konzentrationen von Cis-, Oxali- oder Carboplatin verglichen. Der Fokus der Analysen wurde dabei vor allem auf, der Zytotoxizität durch die Platinverbindungen möglicherweise zugrunde liegende, DNA-schadensabhängige Mechanismen und insbesondere auf die resultierende DNA-Schadensantwort gelegt. Die Analysen ergaben, dass Cisplatin die Viabilität von NRK-52E- sowie RGE-Zellen am effizientesten beeinflusst. Carboplatin-induzierte Zytotoxizität tritt mit einer zeitlichen Latenz im Vergleich zu Cis- und Oxaliplatin auf, die vermutlich auf verspätet gebildeten Pt-(GpG)-Intrastrang¬verknüpfungen beruht. RGE-Zellen sind gegenüber allen drei Platinverbindungen sensitiver als NRK-52E-Zellen. Während in NRK-52E-Zellen Caspase-vermittelt Apoptose induziert wird, reagieren RGE-Zellen auf eine Behandlung mit äquitoxischen Dosen der Platinverbindungen bevorzugt mit einem G2/M-Phasenarrest. Die Aktivierung der DNA-Schadensantwort ist außerordentlich agens- und zelltypspezifisch sowie zeitabhängig. Die deutlichste Stimulation der DNA-Schadens-antwort erfolgt in beiden Zelltypen nach Cisplatinbehandlung. Die Reparatur der zyto-toxischen Pt-(GpG)-Intrastrangverknüpfungen ist in RGE-Zellen effizienter als in NRK-52E-Zellen. Eine erhöhte Reparaturkapazität der RGE-Zellen zeigt sich auch in einer vermehrten, basalen mRNA-Expression von Nukleotidexzisionsreparaturfaktoren. Aus den Ergebnissen dieser Arbeit geht hervor, dass neben tubulären Zellen auch glomeruläre Zellen ein relevantes Target für Cisplatin-induzierte Nephrotoxizität darstellen könnten. Die Mechanismen, welche der Zytotoxizität nach Behandlung mit Cis-, Oxali- oder Carboplatin zugrunde liegen, sind zudem hochgradig agens- sowie zelltypspezifisch. Weiterhin wurden in dieser Arbeit mögliche pharmakologische Modulatoren der Cisplatinsensitivität gesucht, um Nierenzellen vor Cisplatin-induzierter Zytotoxizität zu schützen. In diesem Rahmen wurde der Einfluss des HMG-CoA-Reduktase-Inhibitors Lovastatin auf die DNA-Schadensantwort von Cisplatin in NRK-52E-Zellen analysiert. Die Analysen ergaben, dass Lovastatin die Cisplatin-induzierte DNA-Schadensantwort, vor allem auf Ebene von p-ATM, p-P53, p-CHK1, p-CHK2 sowie p-KAP1, wesentlich inhibiert. Diese verringerte DNA-Schadensantwort geht nicht mit einer verringerten Anzahl an initialen DNA-Schäden, gemessen anhand der Bildung von Pt-(GpG)-Intrastrang-verknüpfungen sowie von DNA-Strangbrüchen, einher. So lässt sich schlussfolgern, dass Lovastatin NRK-52E-Zellen vermutlich unabhängig von initialen DNA-Schäden vor Cisplatin-induzierter Zytotoxizität schützt. Hinsichtlich klinischer Anwendung zeigen die Daten, dass Lovastatin somit nützlich sein könnte, um Cisplatin-induzierter, dosis-limitierender Nephrotoxizität entgegenzuwirken. Des Weiteren wurden ausgewählte Substanzen aus marinen Schwämmen (Aaptamin und Aeroplysinin-1) hinsichtlich einer möglichen Protektion der Nierenzellen vor Cisplatin-induzierter Zytotoxizität untersucht. Dabei ergab sich, dass Aaptamin ausschließlich Resistenz gegenüber Cisplatin, aber nicht gegenüber Oxaliplatin vermitteln kann. Zudem werden Tumorzellen nicht vor Cisplatin-zytotoxizität geschützt. Die Protektion durch Aaptamin basiert nicht auf einer reduzierten Bildung von DNA-Schäden. Aaptamin und Aeroplysinin-1 beeinflussen die Cisplatin-induzierte DNA-Schadensantwort (p-P53 und p-CHK1) nur marginal. Aus den Ergebnissen dieser Arbeit geht hervor, dass das Alkaloid Aaptamin Cisplatin-induzierte Schäden in Nierenzellen verbessert, der zugrunde liegende molekulare Mechanismus aber noch ungeklärt ist. Folglich könnte Aaptamin möglicherweise ein weiteres Werkzeug darstellen, um das therapeutische Fenster der Cisplatin-basierten Chemotherapie zu erweitern. Platinating agents, including cisplatin, oxaliplatin and carboplatin, are frequently used in the oncological clinic as chemotherapeutics for the treatment of various types of solid tumors. Cis- and carboplatin are extensively used in the therapy of urogenital as well as head and neck and lung cancers, whereas oxaliplatin is particular useful for colorectal cancer treatment. The three platinating agents further differ in their dose-limiting adverse effects. The clinically most relevant adverse effect associated with cisplatin treatment is nephrotoxicity, where mainly cells of the proximal tubules are affected. Oxaliplatin and especially carboplatin are considered to be less nephrotoxic. In this work, the molecular effect of the three aforementioned platinating agents on normal kidney cells was analyzed. To this end, renal proximal tubular epithelial cells (NRK-52E cells) were compared with glomerular endothelial cells (RGE cells) as in vitro model systems regarding their qualitative as well as quantitative differences in the stress responses after treatment with equitoxic concentrations of cis-, oxali- or carboplatin. The main focus of the analyses laid on DNA-damage related mechanisms, which are believed to be most relevant for cytotoxicity induced by platinating agents, in particular on the DNA damage response (DDR). The analyses showed that out of the various platinating agents tested cisplatin reduces the viability of NRK-52E and RGE cells most efficiently. Carboplatin-induced cytotoxicity occurs with a time-delay in comparison to cis- and oxaliplatin, which is presumably related to a retarded formation of Pt-(GpG) intrastrand crosslinks. RGE cells are more sensitive towards all three platinating agents than NRK-52E cells. While there is efficient caspase-mediated apoptosis in NRK-52E cells, RGE cells favour a G2/M-phase arrest when treated with equitoxic concentrations of the platinating agents. The activation of the DDR is strikingly agent- and cell type-specific as well as time-dependent. The most substantial stimulation of the DDR in both cell lines is provoked by cisplatin. The repair of Pt-(GpG)-intrastrand crosslinks is more efficient in RGE than in NRK-52E cells. A higher repair capacity of RGE cells is also reflected by high mRNA-expression levels of nucleotide excision repair factors. From the results of this work it is concluded, that apart from tubular cells, glomerular cells might also be a relevant target for cisplatin-induced nephrotoxicity. Moreover, the mechanisms involved in the cytotoxicity of cis-, oxali- or carboplatin are exceptionally agent- and cell type-specific. A further aim of this work was to find possible pharmacological modulators to protect kidney cells from cisplatin-induced cytotoxicity. Therefore, the influence of the HMG-CoA-reductase inhibitor lovastatin on the DDR of NRK-52E cells after cisplatin treatment was analyzed. The data show that lovastatin has extensive inhibitory effects on the cisplatin-induced DDR, as reflected on the level of p-ATM, p-P53, p-CHK1, p-CHK2 and p-KAP1 in western blot-analyses. This mitigation of cisplatin-induced DDR by lovastatin is independent of the initial formation of DNA damage as demonstrated by the analysis of Pt-(GpG)-intrastrand crosslink and DNA-strand break formation. Therefore it is concluded that Lovastatin protects NRK-52E cells from cisplatin-induced cytotoxicity independently from initial DNA damage. With respect to the clinic, the data indicate that lovastatin might be useful to mitigate cisplatin-induced nephrotoxicity. Moreover, two substances of marine sponges (aaptamine and aeroplysinin-1) were investigated as to their potency to protect normal rat kidney cells from cisplatin-induced cytotoxicity. The data show that aaptamine specifically confers resistance to cisplatin, but not to oxaliplatin. Moreover, cytoprotection was exclusively observed in normal cells. Protection by aaptamine does not rest on a reduced formation of DNA damage. Aaptamine and aeroplysinin-1 affect the cisplatin-stimulated DDR (p-P53 and p-CHK1) only marginally. The analyses show that the spongean alkaloid aaptamine alleviates cisplatin-induced damage in normal rat kidney cells. Therefore, aaptamine might be a further useful tool to widen the therapeutic window of cisplatin-based therapeutic regimen.
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Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Chemie » Biochemie
Dokument erstellt am:	21.01.2016
Dateien geändert am:	21.01.2016
Promotionsantrag am:	07.09.2015
Datum der Promotion:	01.12.2015