Design und zelluläre Effekte von zytotoxischen Rhodium(III)

Zusammenfassung
4. Zusammenfassung
In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass das Einbringen von
Substituenten unterschiedliche Auswirkungen auf die antiproliferative Aktivität und
die biologischen Eigenschaften von Rhodium(III)- bzw. Iridium(III)-Komplexen mit
Polypyridylliganden hat.
In der Substanzklasse [(η5-C5Me5)RhCl(pp)](CF3SO3) konnte für die methylierten
1,10-Phenanthrolinliganden an den HT-29 Zellen eine deutliche Verbesserung für die
antiproliferative
Aktivität,
im
Vergleich
zu
[(η5-C5Me5)RhCl(phen)](CF3SO3)
festgestellt werden. Jedoch zeigen die Komplexe gegen die immortalisierten Zellen
HEK-293 eine stärkere Aktivität als für die adherenten Zellen MCF-7 und HT-29 auf,
so dass sie als Antitumormittel weniger geeignet sind. Die elektronenziehenden
Substituenten COOH bzw. nBuNHCO zeigen bei allen Zelllinien einen negativen
Effekt auf die antiproliferative Aktivität. Für die längeren pp-Liganden (dpq, dppz)
konnten innerhalb dieser Substanzklasse eindeutige Anzeichen für interkalative DNA
Wechselwirkungen erhalten werden.
Durch biologische Studien an Leukämie- und Lymphoma-Zellen konnte gezeigt
werden, dass Apoptose und keine signifikante Nekrose ausgelöst wird und somit
konnte zeitgleich herausgestellt werden, dass die Apoptose vermutlich nicht durch
Interkalation in die DNA ausgelöst wird, sondern eher durch Wechselwirkung mit der
Zellmembran bzw. Störungen von intrazellulären Prozessen.
Beispielhaft konnte für die Verbindung [(η5-C5Me5)RhCl(dppz-COOH)](CF3SO3) (13)
bestätigt werden, dass die Kopplung mit einem CPP-Peptid die antiproliferative
Aktivität
signifikant
steigert.
Für
den
Komplex
[(η5-C5Me5)RhCl(5,6-
Me2phen)](CF3SO3) (9) konnte an BJAB-Zellen gegenüber gesunden Leukozyten
eine Selektivität mit einem Faktor 8.4 für eine 25 µM Lösung erreicht werden, welche
jedoch nicht an den adherenten Tumorzellen MCF-7 und HT-29 gegenüber den
immortalisierten HEK-293 Zellen bestätigt werden konnte.
Im Vergleich dazu, wurde in der zweiten Rhodium-Substanzklasse [RhX3(L)(pp)] ein
eindeutiger
Trend
bei
den
antiproliferativen
Selektivitätsstudien
von
adherenten
Eigenschaften
Tumorzellen
(MCF-7
und
und
bei
den
HT-29)
und
immortalisierten Zellen (HEK-293) erreicht. Für die adherenten Tumorzellen wurden
folgende Trends beobachtet (bezogen auf die IC50-Werte):
- 126 -
Zusammenfassung
1.
MeCN > TMTH >> DMSO für den Liganden L
2.
5-NH2phen > 5-CH3phen > 5-NO2phen ~ 5-Clphen
3.
4-Mephen > 4,7-Me2phen; 5-Mephen > 5,6-Me2phen
4.
4,7-(MeO)2phen > 4,7-Me2phen
5.
I > Cl > Br
6.
Me2dppz > 5,6-Me2phen > dppz
Wohingegen für die immortalisierte Zelllinie HEK-293 folgende IC50-Reihenfolge
bestimmt werden konnte:
1.
5-NO2phen > 5-Clphen > 5-NH2phen > 5-CH3phen
2.
4,7-(MeO)2phen > 5-Mephen, 4-Mephen, 4,7-Me2phen, 5,6-Me2phen
Aus den beiden Trends ergibt sich folgende Selektivitätsreihenfolge für die Komplexe
mit substituierten Phenanthrolinliganden.
5-NH2phen < 4-Mephen < 4,7-Me2phen < 5-Mephen < 5,6-Me2phen < 5-Clphen < 5NO2phen
70
MCF-7 vs. HEK-293
60
59.7
HT-29 vs. HEK-293
Selektivitätsfaktoren
50
35.3
34.4
40
27.6
30
20
16.2
10.2
10
1.3 0.7
2.9 2.1
3.2 3.8
5.5 5.2
0
5-NH2
5-NH2 (19)
(19)
4-Me (21)
(21) 4,7-Me
4,7-Me2
5-Me (20)
5,6-Me2
4-Me
2 (22) 5-Me (20) 5,6-Me2 (23)
(22)
(23)
5-Cl
(18) 5-NO
5-NO2
(17)
5-Cl
(18)
2 (17)
Abb. 4.1: Selektivitätsfaktoren für Komplexe [RhCl3(DMSO)(pp)] gegen Tumorzellen im Vergleich zu
immortalisierten HEK-293 Zellen
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Zusammenfassung
Dieser Trend ist durch den MTT-Assay an den Zelllinien MCF-7, HT-29 und HFF-1
ebenfalls für ausgewählte Verbindungen bestätigt worden.
Die
Wirksamkeit
der
Komplexe
kann
nicht
durch
interkalative
DNA-
Wechselwirkungen erklärt werden, da für alle Verbindungen dieser Substanzklasse
keine Anzeichen für diese Bindungsart gefunden wurden. Außerdem konnte durch
biologische
Untersuchungen
in
Form
von
LDH-Freisetzung,
Zellvitalitätsuntersuchungen und DNA Fragmentierungen gezeigt werden, dass der
apoptotische Zelltod über den intrinsischen mitochondrialen Weg ausgelöst wird.
Somit kann festgestellt werden, dass die beiden unterschiedlichen Substanzklassen
mit dem gleichen Zentralatom (RhIII) Apoptose und keine Nekrose auslösen, jedoch
über unterschiedliche Mechanismen.
Zusätzlich sind noch die Isomerenverhältnisse in der Rhodiumklasse untersucht
worden. Bei den protonenfreien Substituenten mit einem starken –I Effekt (NO2, Cl)
wird das mer-Isomer begünstigt und bei den Methylsubstituenten (+I Effekt) wird ein
fac/mer-Gemisch erhalten. Alle Isomere sind in polaren und nicht polaren
Lösungsmitteln in Dunkelheit über 5 Tage stabil. Durch Einfluss von Licht bildet sich
in polaren Lösungsmitteln das antiproliferative weniger aktive faciale Isomer, welches
in DMSO stärker ausgeprägt ist, als in DMF.
Ähnliche
Trends
konnten
auch
in
der
dritten
Substanzklasse
der
Iridiumtrihalogenidokomplexe [IrX3(L)(pp)] mit substituierten Phenanthrolin-Liganden
festgestellt werden. In Dunkelheit sind die Isomerenverhältnisse auch über 5 Tage
stabil, aber in Anwesenheit von Licht fällt das mer-Isomer auf Grund der schlechteren
Löslichkeit aus. Die Syntheseprodukte bei den Iridiumverbindungen werden durch
den Transeffekt (H2O, CH3OH < N(pp) < Cl, Br < DMSO-κS) beeinflusst.
Innerhalb der Iridiumklasse konnten folgende Struktur-Wirkungsbeziehungen mit
Hilfe des Kristallviolett-Assays an den Zelllinien MCF-7 und HT-29 bestimmt werden
(bezogen auf den IC50-Wert):
1. MeCN > TMSO > DMSO für X = Cl und pp = phen
2. 1-Methylbenzimidazol > 1-Methylimidazol > H2O für X = Br und pp = phen
3. mer > fac für X = Cl, Br und pp = phen
4. phen > 4,7-Me2phen > 4-Mephen > 5-Mephen > 5,6-Me2phen für X = Cl
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Zusammenfassung
Für die immortalisierten HEK-293 Zellen wurde dagegen folgende IC50-Reihenfolge
erhalten:
5,6-Me2phen > 4-Mephen > 5-Mephen > 4,7-Me2phen
5
MCF-7
5,6-Me2phen
HT-29
4
HEK-293
4,7-Me2phen
5,6-Me2phen
IC50-Werte [µM]
4-Mephen
3
5-Mephen
2
1
0
37
38
39
X = Cl, fac
40
41
X = Br, fac/mer
Abb. 4.2: IC50-Werte an den Zelllinien MCF-7, HT-29 und HEK-293 für (37) - (41)
Es wird der größte Selektivitätsfaktor für fac-[IrCl3(DMSO)(5,6-Me2phen)] (40) mit 6.1
(HEK-293/MCF-7) und 4.2 (HEK-293/HT-29) erhalten, welcher auch mit dem MTTAssay für MCF-7, HT-29 und HFF-1 Zellen bestätigt werden konnte.
Zusätzlich konnte wie bei den analogen Rhodium(III)-Komplexen gezeigt werden,
dass der apoptotische Zelltod über den intrinsischen mitochondrialen Weg mit
Beteiligung des pro-apoptotischen Faktors Smac ausgelöst wird. Der 5,6-Me2phen
Komplex konnte Resistenzen an Zelllinien wie BJAB 7CCA (gegen Doxorubicin) und
BJAB BIBO (gegen Vincristin) überwinden, weshalb er als Antitumormittel wegen
seiner hohen Selektivität und biologischen Eigenschaften sehr geeignet zu sein
scheint.
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