Novel ruthenium-arene complexes in anticancer therapy : Molecular mechanisms and mode of action

Hintergrund Platinverbindungen werden schon seit Jahrzehnten im therapeutischen Setting zur Chemotherapie von Krebs verwendet. Trotz ihrer starken antineoplastischen Aktivität, werden sie in ihrer Anwendung durch intrinsische und erworbene Resistenzen der zu therapierenden Tumore sowie ein ungünstiges Nebenwirkungsprofil limitiert. In der Gruppe der organometallischen Substanzen haben in den letzten Jahren auf Ruthenium aufbauende Medikamente an Bedeutung gewonnen. Die hier vorliegende Studie beschäftigt sich mit antiproliferativer Aktivität, Wirkungsmechanismus sowie molekularen Mechanismen einer Auswahl neuartiger Ruthenium-Arene mit charakteristischer “Klavierhocker”-Struktur. Methodik Die antiproliferative Aktivität wurde mithilfe des MTT Tests untersucht, während die Kapazität Klone zu bilden (Self-Renewal) mithilfe des Klonierungstests exploriert wurde. FACS (Fluoreszenz-aktiviertes Zell-Sorting) wurde verwendet um einen Einfluss auf den Zellzyklus und den ROS(reaktive Sauerstoffradikale)-Spiegel festzustellen. Die Proteinexpressionsmuster wurden mithilfe des Western Blots untersucht. DNS(Desoxyribonukleinsäure)-Interkalation wurde mithilfe von Hoechst33285 und Ethidiumbromid getestet. Resultate Vier der untersuchten Ruthenium-Arene, AT363, AT384, AT388 und AT389, zeigten vielversprechende antineoplastische Aktivität bei Applikation gegen eine Vielfalt an Tumorzelllinien in vitro. Weiters wurde eine Reduktion der Sensitivität gegenüber den Ruthenium-Arenen bei ABCB1 (ein Effluxpumpe für Arzneimittel) Überexpression festgestellt, ein Überlebensvorteil des p53-knockout Phänotyps sowie DNS-Interkalierung. Ein G2-M Phase Arrest im Zellzyklus sowie die Beteiligung von ROS sind möglich, jedoch benötigen diese Ergebnisse noch weitere Untersuchungen. Diskussion Die untersuchten Ruthenium-Arene zeigen vielversprechende antineoplastische Aktivität und könnten daher neuartige erfolgversprechende Mitglieder aus der Gruppe organometallischer Krebstherapeutika darstellen. Weitere Untersuchungen der molekularen Wirkmechanismen sowie in vivo Experimente am Mausmodell sind als nächste Schritte notwendig.Background Platinum compounds have been used as effective anticancer agents in chemotherapeutic therapy for decades. Despite their strong antineoplastic activity though, they have faced therapeutic limitations primarily due to intrinsic as well as acquired resistance of tumors and severe toxicity upon application. Among the group of organometallic substances, ruthenium-based drugs have experienced rising interest as possible replacement over the past years. The present study focuses on antiproliferative activity, mode of action and molecular mechanisms induced by a set of novel ruthenium-arenes with characteristic “piano-stool” structure. Methods Antiproliferative activity was explored using MTT assay, whereas clone forming capacity was examined using clonogenic assay. FACS (fluorescence-activated cell sorting) was used to determine the impact on cell cycle progression and ROS (reactive oxygen species) levels. Protein expression patterns were examined using Western blotting. Deoxyribonucleic acid (DNA) intercalation capacity was tested with the help of Hoechst33285 and ethidium bromide. Results Four compounds, namely AT363, AT384, AT388 and AT389 exhibited promising antineoplastic activity and decreased clone forming capacity of a variety of different cell lines in vitro. The “open” versus “closed” structure of the respective compounds was essential to their activity. Furthermore, decreasing sensitivity towards the drugs was demonstrated upon overexpression of ABCB1, a well-known drug efflux pump. Additionally, DNA-intercalation capacity was shown as well as a slight survival advantage of a p53 knockout cancer cell phenotypes. G2-M phase arrest was suggested as well as ROS involvement as modes of action, yet these findings still need further confirmation. Conclusion The set of ruthenium-arenes explored, showed promising results concerning their antineoplastic activity and could thus constitute novel promising organometallic anticancer compounds. Further detailed exploration of the respective molecular mechanism as well as in vivo experiments on mice models are suggested as next steps towards clinical evaluation.Arbeit an der Bibliothek noch nicht eingelangt - Daten nicht geprüftMedizinische Universität Wien, Diplomarb., 2019(VLID)354660