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Die Entwicklung neuer HDAC BET-Dualinhibitoren als epigenetische Therapieoption für (Cisplatin-resistente) urogenitale Tumoren
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Autoren
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Aaron Burmeister
- Klinik für Urologie, Urologisches Forschungslabor, Translationale UroOnkologie, Medizinische Fakultät und Universitätsklinikum Düsseldorf, Heinrich-Heine-Universität, Düsseldorf, Deutschland
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Alexa Stephan
- Klinik für Urologie, Urologisches Forschungslabor, Translationale UroOnkologie, Medizinische Fakultät und Universitätsklinikum Düsseldorf, Heinrich-Heine-Universität, Düsseldorf, Deutschland
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Melanie Müller
- Klinik für Urologie, Urologisches Forschungslabor, Translationale UroOnkologie, Medizinische Fakultät und Universitätsklinikum Düsseldorf, Heinrich-Heine-Universität, Düsseldorf, Deutschland
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Patrick Petzsch
- Biologisch-Medizinisches Forschungszentrum, Genomics & Transcriptomics Labor, Heinrich-Heine-Universität, Düsseldorf, Deutschland
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Karl Köhrer
- Biologisch-Medizinisches Forschungszentrum, Genomics & Transcriptomics Labor, Heinrich-Heine-Universität, Düsseldorf, Deutschland
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Leandro A. Alves-Avelar
- Institut für Pharmazeutische und Medizinische Chemie, Heinrich-Heine-Universität, Düsseldorf, Deutschland
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Peter Albers
- Klinik für Urologie, Medizinische Fakultät und Universitätsklinikum Düsseldorf, Heinrich-Heine-Universität, Düsseldorf, Deutschland
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Thomas Kurz
- Institut für Pharmazeutische und Medizinische Chemie, Heinrich-Heine-Universität, Düsseldorf, Deutschland
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Margaretha A. Skowron
- Klinik für Urologie, Urologisches Forschungslabor, Translationale UroOnkologie, Medizinische Fakultät und Universitätsklinikum Düsseldorf, Heinrich-Heine-Universität, Düsseldorf, Deutschland
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Daniel Nettersheim
- Klinik für Urologie, Urologisches Forschungslabor, Translationale UroOnkologie, Medizinische Fakultät und Universitätsklinikum Düsseldorf, Heinrich-Heine-Universität, Düsseldorf, Deutschland
| Veröffentlicht: | 1. März 2022 |
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Gliederung
Text
Einleitung: Die Inhibition von Schlüsselfaktoren der Epigenetik kann eine therapeutische Alternative in der Behandlung (Cisplatin-resistenter/refraktärer) urogenitaler Malignitäten darstellen. Diese Studie identifizierte aus einer Wirkstoff-Bibliothek neuartige Histon-Deacetylase (HDACi)- und Bromodomänen-Protein (BETi)-Inhibitoren, um die wirksamsten Kandidaten zu HDAC-BET-Dualinhibitoren (HBDi) zu fusionieren, deren therapeutische Anwendbarkeit zu prüfen und molekularen Wirkmechanismen in Zelllinien urogentialer Tumoren aufzuschlüsseln.
Methode: Die Zytotoxizität von 35 HDACi und BETi wurde anhand XTT-Zellviabilitäts-Assays, sowie Apoptose- und Zellzyklusanalysen in 22 urogenitalen Karzinom- (Blasen-, Nieren-, Prostatakarzinom und Keimzelltumoren (KZT)) und 7 Kontrollzelllinien bestimmt. Basierend auf den wirksamsten HDACi und BETi wurden drei HBDi synthetisiert. Mit Hilfe von modernen Hochdurchsatzverfahren, wie ATAC- und RNA-Sequenzierung, sowie qRT-PCR, Western Blot-Analysen und Enzym-Assays wurden die Wirkmechanismen aufgeschlüsselt.
Ergebnisse: Sowohl die HDACi und BETi als auch die HBDi induzierten bereits nach 16 Stunden Apoptose und einen Zellzyklusarrest (hauptsächlich G1-Phase) in den urogenitalen Karzinomzelllinien (Abbildung 1 [Abb. 1]). Der Wirkungsbereich der Dualinhibitoren lag dabei zwischen dem der Monoinhibitoren (HDACi: 0.1–5 µM; BETi: 1–10 µM; HBDi: 0.2–10 µM). In vivo Analysen zeigten, dass die HBDi auch das Tumorwachstum in Nacktmäusen mit xenotransplantierten (Cisplatin-resistenten) KZT-Zellen verlangsamen konnten (Δ Tumorvolumen Kontrolle vs. HBDi: - 63%).
Unsere molekularbiologischen Analysen in KZT-Zellen zeigten, dass die neu synthetisierten HDAC-Inhibitoren die Genexpression von Stress-, Apoptose- und Zellzyklusregulatoren (z.B. ATF3, CDKN1A, DUSP1, GADD45B) induzierten und damit in ihrer Wirkung dem von uns bereits charakterisiertem HDACi Romidepsin stark ähneln.
Die Analyse der Chromatin-Zugänglichkeit nach HDAC-Inhibition mittels ATAC-Sequenzierung eröffnete bisher unbekannte Einblicke in die Wirkung der HDACi und zeigte, dass HDACi eher eine lokuspezifische Öffnung des Chromatins bewirken, global betrachtet jedoch auch eine Schließung des Chromatins bewirkten (Abbildung 1 [Abb. 1]).
Schlussfolgerung: Die HDAC-BET-Dualinhibitoren könnten, vor allem für Cisplatin-resistente urogenitale Tumoren, einen vielversprechenden neuen therapeutischen Ansatz darstellen.
