Dokument: Die Entwicklung von HDAC(6)-selektiven Inhibitoren zur Behandlung von pädiatrischer Leukämie

Titel:	Die Entwicklung von HDAC(6)-selektiven Inhibitoren zur Behandlung von pädiatrischer Leukämie
Weiterer Titel:	The development of HDAC(6) selective Inhibitors for the treatment of pediatric leukemia
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=66824
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20241001-113132-9
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Sönnichsen, Melf [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 9,16 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 18.09.2024 / geändert 18.09.2024
Beitragende:	Prof. Dr. Kurz, Thomas [Gutachter] Prof. Dr. Borkhardt, Arndt [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:	Die akute lymphoblastische Leukämie (ALL) ist die häufigste Krebserkrankung im Kindesalter. Obwohl die Heilungsraten 85 90 % übersteigen, ist die Inzidenz (4 -6/100.000/Jahr) hoch, und Leukämie ist nach wie vor eine der Haupttodesursachen bei Kindern im Alter von 2 - 6 Jahren. Darüber hinaus kann die therapiebedingte Toxizität für den Patienten traumatisierend sein und aufgrund des intensiven Einsatzes von Chemotherapeutika potenzielle langfristige gesundheitliche Folgen haben. Außerdem gibt es immer noch Subtypen von Leukämie, die bis heute unheilbar sind, wie die TCF3-HLF+ ALL. Um langfristige gesundheitliche Folgen zu verhindern und die therapierefraktären Subtypen zu behandeln, werden dringend neue Therapieansätze benötigt. Neben genetischen Veränderungen ist auch eine epigenetische Dysregulation an der Entstehung von Krankheiten wie Leukämie beteiligt. Die epigenetische Maschinerie kann durch Mutationen oder die Überexpression wichtiger Enzyme wie Histondeacetylasen dysreguliert werden. Daher sind HDAC-Inhibitoren eine vielversprechende Option für die Entwicklung neuer Therapeutika. Pan-HDAC-Inhibitoren wie Panobinostat, Romidepsin, Vorinostat oder Belinostat werden bereits in der Klinik gegen hämatologische Malignome eingesetzt. Pan-HDACi sind jedoch in der Klinik häufig mit Nebenwirkungen verbunden, weshalb man sich auf isoformspezifische HDAC-Inhibitoren konzentrierte, um diese zu mildern. HDAC6 ist ein attraktives molekulares Zielmolekül, da es in den getesteten Leukämiezelllinien weit verbreitet und an der Tumorentstehung beteiligt ist. Daher wurden in dieser Arbeit mehrere HDAC Inhibitoren entwickelt, die von sehr selektiven HDAC6-Inhibitoren (6l, 10p) über weniger spezifische, so genannte präferentielle HDAC6-Inhibitoren (4a-d, KSK64, 8a und 8e) bis hin zu einem pan-HDAC-Inhibitor (10h) reichen. Alle entwickelten HDAC-Inhibitoren wurden zunächst in unserer Exvivo-Hochdurchsatz-Wirkstoffscreening-Anlage gegen eine Vielzahl von Leukämiezelllinien getestet. Die ausgewählten Hit Kandidaten wurden später funktionellen Assays unterzogen, um ihre Selektivität und ihre Anti-LeukämieEigenschaften zu bewerten. Es zeigte sich, dass sehr selektive HDAC6-Inhibitoren selbst bei hohen Konzentrationen nicht zytotoxisch sind. Im Gegensatz dazu waren weniger selektive, so genannte präferentielle Inhibitoren, als Monotherapie im niedrigen nanomolaren Konzentrationsbereich wirksam. Darüber hinaus ergab die RNA-Sequenzierung von Leukämiezellen (TCF3 HLF1+ oder TCF3-PBX1+), die mit präferentiellen HDAC6 Inhibitoren (KSK64 und Ricolinostat) behandelt wurden, eine Hochregulierung von pro-apoptotischen Genen. Der getestete pan-HDAC-Inhibitor (10h) mit dem höchsten zytotoxischen Profil versagte jedoch als Monotherapie im Leukämie-Xenograft Mausmodell. In dieser Studie wurden jedoch mehrere vorteilhafte Kombinationspartner von selektiven HDAC6 Inhibitoren entschlüsselt, wie die Anthrazykline Epirubicin und Daunorubicin. Der selektive HDAC6-Inhibitor verstärkte die Zytotoxizität des Anthrazyklins signifikant, was ihn zu einem interessanten Partner für die Kombinationstherapie macht, mit dem Ziel, die Konzentration der Anthrazykline zu reduzieren, die für ihre harten Nebenwirkungen und die Entwicklung von Resistenzen bekannt sind. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass selektive HDAC6-Inhibitoren die Apoptoseinduktion verstärken, wenn sie in Kombination mit dem klinisch eingesetzten Proteasom-Inhibitor Bortezomib eingesetzt werden. Schließlich führte die Ablation von HDAC6 in einem genetischen Knockout Ansatz (KO), gefolgt von einem Ex-vivo Hochdurchsatz Wirkstoffscreening, zu einer unterschiedlichen Überempfindlichkeit der Leukämiezellen gegenüber Clofarabine, dem Aurora-A-Inhibitor und Gemcitabin, im Gegensatz zu den Wildtyp-Kontrollzellen, was diese Inhibitoren für zukünftige Kombinationsexperimente interessant macht. Zusammengenommen stellen diese Ansätze einen rationalen Versuch dar, neue zielgerichtete Strategien für die Behandlung der rezidivierten/refraktären ALL mit geringerer Toxizität zu entwickeln. Acute lymphoblastic leukemia (ALL) is the most common cancer in childhood. Although cure rates are exceeding up to 85-90%, the incidence (4 - 6/100.000/year) is high, and leukemia remains a major cause of death in children aged 2 - 6 years. Moreover, therapy-related toxicity could be traumatizing for the patient with potential long-term health consequences due to the intensive use of chemotherapeutics. Furthermore, there are still subtypes of leukemia that are up until today incurable, like TCF3-HLF+ ALL. To prevent long-term health consequences and treat the therapy refractory subtypes, new therapeutic approaches are urgently needed. Next to genetic alterations, epigenetic dysregulation is involved in the development of diseases such as leukemia. The epigenetic machinery can be dysregulated by mutations or overexpression of important enzymes like histone deacetylases. Therefore, HDAC inhibitors are a promising option for the development of novel therapeutics. Pan-HDAC inhibitors, like panobinostat, romidepsin, vorinostat, or belinostat are already applied in the clinic against hematological malignancies. However, pan-HDACi are often associated with side effects in the clinics, and therefore to mitigate them, it was focused on targeting isoform-specific HDAC inhibitors. HDAC6 is an attractive molecular target as it is widely expressed across the tested leukemia cell lines and involved in tumorigenesis. Therefore, several HDAC inhibitors were developed in this work, ranging from very selective HDAC6 inhibitors (6l, 10p) to less specific, so-called preferential HDAC6 inhibitors (4a-d, KSK64, 8a, and 8e), and finally a pan-HDAC inhibitor (10h). All developed HDAC inhibitors were initially screened on our (in house) ex vivo high throughput drug screening facility against a variety of leukemic cell lines. The selected hit candidates were later subjected to functional assays for evaluation of their selectivity and anti-leukemia properties. It was found that very selective HDAC6 inhibitors are not cytotoxic even at high concentrations. In contrast, less selective, socalled preferential inhibitors, were effective as monotherapy in the low nanomolar concentration range. Furthermore, RNA sequencing of leukemia cells (TCF3-HLF1+ or TCF3-PBX1+) treated with preferential HDAC6 inhibitors (KSK64 and Ricolinostat) revealed the upregulation of pro-apoptotic genes. Although, the tested pan HDAC inhibitor (10h) with the highest cytotoxic profile failed as a monotherapy in the leukemia xenograft mouse model. However, several beneficial combination partners of HDAC6 selective inhibitors were deciphered in this study, such as the anthracyclines epirubicin and daunorubicin. The selective HDAC6 inhibitor significantly enhanced the cytotoxicity of the anthracyclines making it an interesting partner for combinational therapy, to reduce the concentration of anthracyclines, which are known for their harsh-side effects and the development of resistance. Furthermore, it was shown that HDAC6 selective inhibitors enhanced apoptosis induction when used in combination with the clinically used proteasome inhibitor bortezomib. Lastly, in a genetic knockout (KO) approach followed by ex vivo high throughput drug screening, HDAC6 ablation resulted in differential hypersensitivity of the leukemia cells toward clofarabine, aurora A inhibitor, and gemcitabine, in contrast to the wild-type control cells, making these inhibitors interesting for future combination experiments. Taken together, these approaches represent a rational effort towards the development of novel targeted strategies for the treatment of relapsed/refractory ALL with a lower toxicity burden.
Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Pharmazie
Dokument erstellt am:	01.10.2024
Dateien geändert am:	01.10.2024
Promotionsantrag am:	09.02.2023
Datum der Promotion:	10.07.2023