TY  - THES
A1  - Heimberger, Tanja
T1  - Der Hitzeschock-Transkriptionsfaktor 1 (HSF1) als neues potenzielles Ziel im Multiplen Myelom
T1  - The heat shock transcription factor 1 (HSF1) as a new potential therapeutic target in multiple myeloma
N2  - Die evolutionär hoch konservierte Hitzeschock-Antwort (heat shock stress response, HSR) ermöglicht Zellen sich an Stresssituationen anzupassen und so dem programmierten Zelltod zu entgehen. Die Regulation der HSR unterliegt dem Hitzeschock-Transkriptionsfaktor 1 (HSF1), der nach einem Stress-Impuls umgehend die Synthese der Hitzeschock-Proteine (HSP) initiiert. Als molekulare Chaperone assistieren die HSP bei der Faltung und den intrazellulären Transport ihrer Klientenproteine und erhalten so die lebensnotwendigen zellulären Funktionen aufrecht. Während das HSF1/HSP-System vorteilhaft für normale Zellen ist, kann es aber auch den Prozess der malignen Transformation unterstützen. In verschiedenen Tumorentitäten wurde eine Abhängigkeit der malignen Zellen von HSP, vereinzelt auch von HSF1, beschrieben. Im multiplen Myelom (MM) stabilisieren HSP u.a. Klientenproteine in einem komplexen onkogenen Signalnetzwerk und erhalten so eine aberrante Signalweiterleitung aufrecht. Wegen dieser wichtigen Funktion ist die Inhibition der HSP (insbesondere HSP90) bereits ein therapeutischer Ansatzpunkt, der jedoch im MM noch nicht zu dem erhofften Erfolg führte. Darüber hinaus wurde beobachtet, dass es zu einer Induktion der HSP nach einer Behandlung mit neuen, antitumoralen Medikamenten (Proteasom-, HDAC- und HSP90-Inhibitoren) kommt. Diese kompensatorische Hochregulation der HSP ist assoziiert mit einem Resistenzverhalten gegenüber der Therapie und ist somit unerwünscht. Die bisherigen Untersuchungen legen aber auch nahe, dass HSF1 selbst eine wichtige Funktion bei der malignen Transformation einnimmt. So wurde gezeigt, dass der funktionelle Verlust von HSF1 vor der onkogenen Ras oder mutierten Trp53 getriebenen Tumorigenese schützt. In der vorliegenden Arbeit wurden daher die Expression von HSF1, seine Rolle in der HSP-Regulierung und den Beitrag zum Überleben und Resistenzen in MM-Zellen analysiert. Untersuchungen der HSF1-Expression in Knochenmarkbiopsien von Myelompatienten und in Myelomzelllinien zeigten, dass in ca. 50 % der untersuchten Biopsien und Zelllinien eine hohe HSF1-Expression vorhanden ist. Sowohl der shRNA-vermitteltem Knockdown von HSF1 als auch die pharmakologische Inhibition mit Triptolid induzierten Apoptose in MM-Zellen. Durch Microarrayanalysen nach shRNA-vermitteltem Knockdown und der anschließenden Verifikation über Western Blot konnte gezeigt werden, dass nach der HSF1-Depletion zahlreiche HSP (HSP90, HSP70, HSP40 and HSP27) vermindert exprimiert wurden. Einzelne Knockdown Experimente der HSP40 und HSP27 führten zu moderaten Zellsterben, so dass geschlussfolgert werden kann, dass die gleichzeitige Minderung multipler HSP, durch die Depletion von HSF1, zu einem summierten starken apoptotischen Effekt führt. In weiteren Studien stellte sich heraus, dass in MM-Zellen, trotz des deregulierten Systems und der aberrant hohen Expression der HSP, eine Stressantwort ausgelöst werden kann. Dies konnte durch den „klassischen“ Hitzschock und durch die Behandlung mit pharmakologischen Inhibitoren von HSP90 und des Proteasoms erreicht werden. Diese unerwünschte Reaktion auf Therapeutika wird vermutlich durch einen kompensatorischen Zellrettungsmechanismus ausgelöst, der zu Resistenzen gegenüber der Behandlung führen kann. Durch die Inhibition von HSF1 mit Triptolid und durch shRNA-vermitteltem Knockdown, konnte diese zelluläre Antwort unterbunden werden. Darüber hinaus führte die pharmakologische Inhibition von HSF1 in Kombination mit HSP90 (mit NVP-AUY922) oder Proteasom-Inhibition (mit Bortezomib) zu einem verstärkten apoptotischen Effekt in MM-Zellen. Zusammenfassend deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass HSF1 essenziell für die Regulation der HSP im MM ist. Darüber hinaus kann die Inhibition von HSF1, besonders in Kombination mit HSP90- oder Proteasom-Inhibition, eine neue hoffnungsvolle Therapieoption für Myelompatienten darstellen.
N2  - The heat shock stress response (HSR) represents an evolutionarily highly conserved salvage mechanism, which helps cells to cope with situations of stress and thus mediates protection from cell death. This stress response program is regulated by the heat shock transcription factor 1 (HSF1), which regulates expression and activity of heat shock proteins (HSPs). HSPs act as molecular chaperones to restore and maintain normal folding and intracellular trafficking of their cognate client proteins. The HSF1/HSP-controlled stress response can be beneficial in normal cells. However, its activation may also protect malignant cells from cell death induced by oncogene activation during malignant transformation or by drug-induced stress under therapeutic intervention. Various HSPs, as well as HSF1, have already been implicated in the pathogenesis of human cancer. In multiple myeloma (MM) HSPs stabilize components of a complex oncogenic signaling network, sustaining an aberrant signaling. In addition, an up-regulation of HSPs was reported after treatment with some new anti-MM agents, e.g. proteasome-, HDAC- and HSP90-inhibitors, suggesting that HSPs may contribute to drug resistance. For this reason, inhibition of HSPs (especially HSP90) is used as therapeutic approach. However, a clinical Phase I/II trial study showed that treatment with an HSP90 inhibitor as single agent had only limited anti-MM effects. Consequently, research effort is shifted towards blocking the induction of the heat shock stress response. For this purpose, HSF1 is regarded to be a promising target. Recently, it has been demonstrated that HSF1 contributes to malignant transformation in mouse models of tumorigenesis driven by oncogenic Ras or by functional loss of the Trp53 tumor suppressor. In the present study we therefore investigated the expression of HSF1, analyzed its role in the regulation of HSPs and its contribution to the survival and drug resistance in MM cells. We found that HSF1 protein was overexpressed in about half of the analyzed MM patient samples as well as in a majority of MM cell lines, whereas normal and premalignant MGUS plasma cells exhibited no or only weak HSF1 expression in situ. Both shRNA-mediated knockdown and pharmacological inhibition of HSF1 led to induction of apoptosis in MM cell lines and in primary MM cells. These results were affirmed by microarray analysis after shRNA-mediated knockdown and further verified by western blots, which revealed a decrease in numerous HSP (HSP90, HSP70, HSP40 and HSP27) after HSF1 depletion. Furthermore, individual knockdown experiments of HSP40 and HSP27 resulted in moderate cell death, leading to the conclusion that the simultaneous reduction of multiple HSP, by the inhibition of HSF1, achieves an additive strong apoptotic effect in MM cells. To study the stress response system in MM cells, we performed heat shock experiments and applied pharmacological HSP90- and proteasome-inhibitors. Despite the aberrant high expression of HSP in MM cells, both treatments showed an induction of the HSR and a stimulation of the synthesis of HSP. This adverse response to therapeutic agents is probably due to an onset of a compensatory cell rescue mechanism that leads to drug resistance. However, we were able to suppress this cellular response by the inhibition of HSF1 with triptolide and shRNA-mediated knockdown. Moreover, the combination of pharmacological HSF1-inhibition and HSP90 (with NVP AUY922) or HSF1 and proteasome inhibition (with bortezomib) resulted in an increased apoptotic effect in MM cells. In summary, these results suggest an important role for HSF1 in the regulation of major HSPs. Furthermore, the inhibition of HSF1 represents a promising new treatment strategy for MM patients, particularly in combination with HSP90 or proteasome inhibitors.
KW  - Plasmozytom
KW  - Therapie
KW  - Multiples Myelom
KW  - Hitzeschock Proteine
KW  - HSF1
KW  - onkogenes Signalnetzwerk
KW  - therapeutisches Target
KW  - Multiple Myeloma
KW  - heat shock proteins
KW  - HST1
KW  - therapeutic strategy
KW  - oncogenic signalling network
KW  - Hitzeschocktranskriptionsfaktor
KW  - Myelom
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-83390
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hartung, Andreas Walter
T1  - Entwicklung neuartiger pharmakologischer Wirkstoffe als Inhibitoren des HSF-1/HSP70-Systems zur Behandlung des Multiplen Myeloms
T1  - Development of novel pharmacological drugs as inhibitores of HSF-1/HSP70-System for the treatment of multiple myeloma
N2  - Das Multiple Myelom (MM) zeichnet sich durch eine krankhafte Entartung der Plasmazellen im Knochenmark aus und gilt heute trotz zahlreicher Behandlungsfortschritte immer noch als unheilbar. Als attraktive Zielstrukturen für neue Therapiemöglichkeiten haben sich in den vergangenen Jahren „Heat-Shock“-Proteine etabliert. Diese liegen häufig überexprimiert vor und sind bei der Stabilisierung mehrerer onkogener Signalwege des MM von zentraler Bedeutung. Zunächst wurden von Pharmaunternehmen verschiedene Inhibitoren von HSP90 entwickelt, die sich in präklinischen MM-Studien als erfolgreich herausstellten, in klinischen Studien jedoch nur eine begrenzte Wirksamkeit zeigten, da eine Inhibition von HSP90 zu einer schnellen HSF-1-vermittelten Hochregulation der HSP70- Expression führt. Dies kompensiert die Inhibition von HSP90 und führt damit zu einer Abschwächung der Anti-Tumoraktivität. Eine duale Hemmung von HSP90 und des HSF-1/HSP70-Systems wird daher als vielversprechende Strategie für eine wirksame Behandlung des MM betrachtet.
Die vorliegende Arbeit, die im Rahmen der klinischen Forschergruppe 216 erstellt wurde, befasst sich daher mit der Entwicklung von Inhibitoren des HSF-1/HSP70-Systems. Hierzu wurden zwei unabhängige Strategien verfolgt. Neben einem indirekten Ansatz, der auf einer blockierten HSP70-Expression via Inhibition des HSF-1-Signalwegs beruht, stand die direkte Inhibition von HSP70 im Fokus.
Die erzielten Ergebnisse im Einzelnen:
1) In Anlehnung an den HSF-1-Inhibitor NZ28 (12) sollte untersucht werden, ob das dort enthaltene Tetrahydroisochinolin-Gerüst eine Leitstruktur für die Entwicklung von Hemmstoffen des HSF-1-Signalwegs darstellt. Hierzu wurde eine Reihe unterschiedlich substituierter Tetrahydroisochinolinon-Derivate hergestellt. Die Synthese erfolgte über eine sequenzielle Ugi-Heck-Reaktion, da hierbei drei Substituenten des Tetrahydro- isochinolin-Gerüsts hochflexibel und unabhängig voneinander variiert werden können und sich so leicht ein breites Spektrum verschiedener Tetrahydroisochinolinon-Derivate aufbauen lässt. Eine Bioaktivitätsanalyse zeigte jedoch, dass keine der so erhaltenen Verbindungen (26) die HSF-1-vermittelte HSP70-Expression zu inhibieren vermochte.
￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼Um den Einfluss des spezifischen Substitutionsmusters der via Ugi-Heck-Reaktion erhaltenen Produkte zu untersuchen, wurde außerdem eine Auswahl der als HSP70- Inhibitoren synthetisierten Tetrahydroisochinolinone (24 und 36) im HSF-1-Assay getestet. Da auch für diese Verbindungen keine Inhibition des Signalwegs beobachtet werden konnte, besteht Grund zur Annahme, dass substituierte Tetrahydroisochinolin-Derivate nicht als Leitstruktur für die Entwicklung von HSF-1-Inhibitoren geeignet sind.
2) Im Gegensatz zu den synthetisierten Tetrahydroisochinolinonen zeigten einige der als Zwischenprodukte der Ugi-Heck-Reaktion isolierten α-Acylaminocarboxamide, die durch ein Michael-System charakterisiert sind, eine Inhibition der HSF-1-vermittelten HSP70- Expression. Zwar konnten keine eindeutigen Struktur-Wirkungsbeziehungen bezüglich einzelner Substituenten abgeleitet werden, aber es zeigte sich, dass die beobachtete Bioaktivität nicht vom enthaltenen Michael-System abhängig ist. Dem Wirkprinzip der α-Acylaminocarboxamide scheint somit keine kovalente Bindung mit nukleophilen Seitenketten von Proteinen zugrunde zu liegen, was das Potenzial unspezifischer Interaktionen reduziert.
3) Bei der Ugi-Multikomponentenreaktion wurden als Carbonsäurederivate auch β-Acyl-substituierte Acrylsäuren eingesetzt. Dabei wurde beobachtet, dass dieser Austausch zur Bildung von pharmakologisch interessanten 2,5-Diketopiperazinderivaten (35) führt. Die in nur einem Reaktionsschritt erhaltenen 2,5-DKPs zeigten eine spezifische und dosisabhängige antiproliferative Wirkung auf aktivierte T-Zellen, was sie als potenzielle Wirkstoffkandidaten für die Behandlung von unbeabsichtigten T-Zell-vermittelten Autoimmunantworten interessant macht (AG Topp).
Eine Analyse der Struktur-Wirkungsbeziehungen zeigte unter anderem eine Präferenz für trans-konfigurierte 2,5-DKPs. Die Aktivität der potentesten Verbindungen der syntheti- sierten Serie lag in derselben Größenordnung wie die der Positiv-Kontrolle 17-Dimethoxyaminoethylamino-17-demethoxygeldanamycin (17-DMAG, 4b).
4) Ausgangspunkt für die Entwicklung neuartiger HSP70-Inhibitoren war das Ergebnis eines virtuellen Screenings (AG Sotriffer), das darauf abzielte die Proteinfunktion durch eine Interaktion mit dem Interdomänen-Interface von HSP70 zu blockieren. Im ersten Schritt wurde eine diastereoselektive und hochflexible Reaktionssequenz zum virtuelle Screening-Hits (trans-24a) etabliert, mit der im zweiten Schritt eine Bibliothek verwandter Substanzen aufgebaut wurde. Gezielte strukturelle Modifikationen erlaubten dabei wesentliche Strukturelemente zu identifizieren sowie Informationen für die Generierung von Derivaten mit höherer Aktivität zu gewinnen. Die wichtigsten Erkenntnisse dabei waren:
- Ausschließlich trans-konfigurierte Tetrahydroisochinolinon-Derivate sind wirksam.
- Carboxamide (Pos. 4) sind aktiver als analoge Carbonsäuren.
- Die Methoxyfunktion am Phenylsubstituenten in Pos.3 ist für die Aktivität wichtig, dagegen führt das Entfernen der OCH3-
Gruppe am Phenylring in Pos. 2 zu einer Aktivitätssteigerung.
- Eine aliphatische MeNH-Einheit am exozyklischen Amid reduziert die Aktivität gegenüber Arylamidsubstituenten um eine Zehnerpotenz. Darüber hinaus führt ein tertiärer Dimethylcarboxamid-Rest zum vollständigen Aktivitätsverlust.
Zur Falsifizierung der postulierten Bindetasche wurden zusätzlich gezielt Derivate mit sterisch anspruchsvollen Substituenten (Tetrahydronaphthyl, Phenoxyphenyl) hergestellt, die nicht in der Lage sein sollten im berechneten Bindemodus am Interdomänen-Interface ￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼zu binden. Dabei stand das so ermittelte verfügbare Platzangebot in Einklang mit den aufgrund der Docking-Analysen getroffenen Annahmen.
Um die Enantioselektivität der Aktivität der trans-Verbindungen zu prüfen, wurde für zwei repräsentative Carboxamide (24a und 24i) eine Enantiomerentrennung mittels chiraler HPLC durchgeführt und die Enantiomere einzeln getestet. Dabei erwiesen sich die R,R-Derivate als Träger der Anti-MM-Wirksamkeit.
Zur Abschätzung der Permeabilität wurden die PSA-Werte der Carboxamide (24) berechnet. Mit Ausnahme der hydroxylsubstituierten Verbindung 24r lagen die Werte aller Derivate (24a-q) in einem Bereich von 65–88Å2, was einen akzeptablen Resorptionsanteil von 55–90% erwarten lässt. Die Bestimmung der Lipophilie der hergestellten Carboxamide mittels HPLC ergab einen logD-Bereich von 1–3, in dem Wirkstoffe einen ausgewogenen lipophilen Charakter besitzen. Die Effizienz der hergestellten Inhibitoren wurde darüber hinaus anhand der ermittelten LE- (engl. ligand efficiency) und LLE-Werte (engl. ligand lipophilic efficiency) beurteilt. Die günstigste Kombination aus LE und LLE wurde für Verbindung 24j (EC50 = 0.20 μM) ermittelt. Dieses Derivat zeichnet sich durch einen Phenylsubstituenten in Position2 des Tetrahydroisochinolin-Gerüsts, einen Methoxyphenylrest in Position3 und einen Pyrimidinsubstituenten am exozyklischen Amid aus.
Zur Beurteilung unspezifisch toxischer Effekte wurde neben der Wirksamkeit an MM-Zellen auch der Einfluss der Tetrahydroisochinolin-Derivate auf die Viabilität von mononukleären Zellen des peripheren Blutes (PBMCs) untersucht (AG Chatterjee). Während die aktivsten Carboxamide an MM-Zellen im submikromolaren Bereich wirksam waren, zeigte mit Ausnahme des phenolsubstituierten Derivats trans-24r keine der getesteten Verbindungen toxische Effekte an PBMCs (EC50 > 100 μM). Darüber hinaus legen detaillierte Westernblot-Analysen einen HSP70-spezifischen Wirkmechanismus nahe. Außerdem führte eine duale Hemmung von HSP70 und HSP90 durch gleichzeitige Inkubation mit trans-24i und NVP-AUY922 (5) zu einem additiven pro-apoptotischen Effekt bei MM-Zellen.
Aufgrund der vielversprechenden In-vitro-Ergebnisse und seiner guten Löslichkeit wurde trans-39c in vivo untersucht. Zu diesem Zweck wurden zunächst die physikochemischen Parameter pKa, logP und Löslichkeit sowie die Plasma-Proteinbindung ermittelt (in ￼Kooperation mit AG Meinel). Auf Basis einer im Anschluss durchgeführten Pharmakokinetik-Simulation wurden zwei unterschiedliche Dosierungen gewählt. Toxizitätsuntersuchungen von trans-39c zeigten keine Hämolyseaktivität und keinen Effekt auf die Viabilität von Leber- und Nierenzellen (H. Bruhn).
Für die In-vivo-Studie wurde ein murines MM-Modell verwendet, das auf MOPC-315.BM-Luciferase+-Zellen basiert und eine nicht-invasive In-vivo-Bestimmung der Tumorentwicklung via Biolumineszenz ermöglicht (AG Beilhack). Über einen Zeitraum von zehn Tagen wurde zwei Gruppen mit jeweils fünf Tieren behandelt. Dazu wurde trans-39c (4 bzw. 40 μg) im Abstand von 12 h intraperitoneal appliziert. Alle Versuchstiere tolerierten die Behandlung und die mit einer Dosis von 40 μg therapierte Gruppe zeigte eine signifikante Reduktion des Tumorwachstums gegenüber einer unbehandelten Kontrollgruppe. Dieses Ergebnis konnte zusätzlich durch eine im Anschluss durchgeführte Ex-vivo-Untersuchung bestätigt werden, bei der die Tumorlast in verschiedenen Knochen und Geweben ermittelt wurde.
Die Tetrahydroisochinolinon-Derivate haben sich damit als ausgezeichnete Leitstruktur für die Weiterentwicklung als HSP70-Inhibitoren erwiesen und könnten in Zukunft zu einem deutlichen Fortschritt bei der Behandlung des Multiplen Myeloms beitragen.
N2  - Multiple Myeloma (MM) is generally characterized by a malignant disorder of the plasma cells within the bone marrow. Despite some progress made in treatment, it still remains incurable. Since the past years heat shock proteins (HSPs) have been established as attractive targets for new therapies. HSPs are frequently overexpressed in MM and play an important role in stabilizing multiple oncogene signaling pathways. Initially pharmaceutical companies had developed various inhibitors of HSP90, which proved to be successful in preclinical MM studies. However, in clinical therapies they just showed limited potency since the inhibition of HSP90 leads to a strong and fast HSF-1-mediated upregulation of the HSP70 expression. This response is compensating the inhibition of HSP90 and leads to an attenuation of the antitumor activity. Therefore a dual depletion of HSP90 and the HSF- 1/HSP70 system is regarded as a promising strategy for an efficient treatment of MM.
The present work, established within the Clinical Research Unit 216, deals with the development of inhibitors of the HSF-1/HSP70 system. Therefore two independent strategies were implemented, i.e. an inhibition of the HSF-1 signaling pathway and the direct inhibition of HSP70.
The obtained results in detail:
1) According to the HSF-1 inhibitor NZ28 (12) it was tested whether its tetrahydro- isoquinoline-scaffold can serve as a lead structure for the development of HSF-1 pathway inhibitors. Hence a series of variously substituted tetrahydroisoquinolinone derivatives was prepared. The synthesis followed a sequential Ugi-Heck reaction, as this procedure offers the opportunity to vary three substituents of the tetrahydroisoquinoline-scaffold independently and highly flexible and therefore gives access to a library of different tetrahydroisoquinolinones. However, bioactivity analysis revealed that none of the obtained compounds (26) was able to inhibit the HSF-1-mediated HSP70 expression.
￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼In order to analyze the influence of the specific substitution pattern of the products from the Ugi-Heck reaction, a variety of the tetrahydroisoquinolinones (24 and 36) synthesized as inhibitors of HSP70 were additionally tested with the HSF-1 assay. As these compounds also showed no inhibition of the signaling pathway, it is supposed that substituted tetrahydroisoquinolines are no suitable lead structures for the development of HSF-1 inhibitors.
2) In contrast to the synthesized tetrahydroisoquinolinones, several α-acylaminocarbox- amides showed an inhibition of the HSF-1-mediated HSP70 expression. These compounds were obtained as intermediates of the Ugi-Heck reaction and are characterized through a Michael system. Although no distinct structure-activity relationship could be derived with regard to individual substituents, it could be shown that the observed bioactivity is independent from the Michael system included. Thus, the activity of the α-acylamino-carboxamides is apparently not restricted to a covalent bond formed along with nucleophilic protein side chains. This reduces the potential of unspecific interactions.
3) The Ugi reaction was also performed with β-acyl-substituted acrylic acids. Making use of such carbonic acids, access to pharmacological interesting 2,5-diketopiperazines (35) was gained in just one reaction step. The products obtained showed specific anti-proliferative properties towards activated T-cells in a dose-dependent manner. Therefore they represent potential candidates for treating unwanted T cell-mediated immune responses (explored in the group of Prof. Topp).
Analyzing the structure-activity relationship revealed an explicit preference for trans-configured 2,5-DKPs. Moreover, the activity of the most potent compound was of the same magnitude as the positive control 17-dimethoxyaminoethylamino-17-demethoxygeldanamycin (17-DMAG, 4b)
4) For the development of novel HSP70 inhibitors it was aimed to prevent the protein function by an interaction with the interdomain interface of HSP70. A corresponding Virtual Screening (performed in the group of Prof. Sotriffer) yielded the tetrahydro- isoquinolinone trans-24a as most potent compound. Initially a diastereoselective and highly flexible reaction sequence to the virtual screening hit (trans-24a) was established which was then utilized to create a library of modified compounds. By means of systemic structural modifications significant moieties were identified and furthermore detailed
￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼information for creating derivatives with higher potency important results were:
- Exclusively trans-configured tetrahydroisoquinolinones are highly active against MM cells.
- Carboxamides (Pos. 4) are more potent than the corresponding carbonic acid and carboxylate analogues.
- The methoxy function at the phenyl substituent in pos. 3 is important for the activity, whereas its absence at the phenyl ring in pos. 2 increases the potency.
￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼￼- An aliphatic MeNH-group at the exocyclic amide is reducing the activity against arylamide substituents by an order of magnitude. Moreover, a tertiary dimethylcarboxamide moiety causes the complete loss of activity.
￼To falsify the postulated binding pocket, specific derivatives bearing structural challenging substituents (tetrahydronaphthyl, phenoxyphenyl) were synthetized additionally. They should not be able to bind to the interdomain interface in the calculated binding mode. As a result the available space was in good agreement with the assumptions made upon the docking analyses.
In order to prove whether the activity of the trans-compounds is induced by only one enantiomer, two representative carboxamides (24a und 24i) were subjected to an enantioseparation by means of chiral HPLC. Exclusively the R,R-compounds were active.
To estimate the compounds’ permeability, the PSA values of the carboxamides (24) were calculated. With exception of the hydroxyl substituted compound 24r, the values of all other derivatives (24a-q) ranged between 65–88 Å2. Thus, the fraction of absorption is expected to be 55–90%. The lipophilicity determined by means of HPLC yielded logD- values of 1–3, complying to a well-balanced lipophilic character. The efficiency of the synthesized inhibitors was evaluated by means of the calculated ligand efficiency (LE) and lipophilic ligand efficiency (LLE). The most favorable combination of LE and LLE was found for compound 24j (EC50 = 0.20 μM). It is characterized by a phenyl substituent in position 2 of the tetrahydroisoquinoline-scaffold, a methoxyphenyl group in position 3 and a pyrimidine substituent at the exocyclic amide.
In addition to the analyzed potency against MM cells, the influence of the tetrahydroisoquinolines on peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) was determined in order to appraise unspecific toxic effects (performed in the group of Dr. Chatterjee). While the most potent carboxamides showed activity against MM cells in a submicromolar concentration range, none of the tested compounds showed toxic effects against PBMCs (EC50 > 100 μM) with exception of the phenol substituted derivative trans-24r. Furthermore, detailed Westernblot analyses suggest a HSP70 specific mode of action. As expected the dual inhibition of HSP70 and HSP90 by means of concomitant incubation with trans-24i and NVP-AUY922 (5) yielded an additive pro-apoptotic effect against MM cells.
Based on these promising in vitro results compound trans-39c was subjected to an in vivo study. For this purpose the physicochemical parameters pKa, logP and solubility were ￼determined initially (in collaboration with the group of Prof. Meinel) as well as the degree of plasma protein binding. Pharmacokinetic simulations were the fundamental for the two different dosages selected afterwards.
In order to evaluate the potential of toxicity in more detail, the compounds’ hemolysis activity and its impact on the viability of liver and kidney cells were determined by H. Bruhn. These analyses did not reveal any cytotoxic effect.
The in vivo study was performed with a novel murine MM model that based on MOPC-315.BM luciferase+ cells and therefore allows the none-invasive determination of tumor growth by means of bioluminescence imaging (developed and performed in the group of Prof. Beilhack). Two groups of five animals each were treated over a period of ten days. Therefore trans-39c (4 and
40μg, respectively) was injected intraperitoneal every 12 h. The therapy was well tolerated by all animals and the group
treated with the higher dose of 40μg showed a significant reduction of tumor growth compared to the untreated control group. This result could be supplemented by ex vivo analyses performed subsequently where the tumor burden in different bones and tissues was determined.
Ultimately the tetrahydroisoquinolinones have been established as excellent lead structures for an advanced development as HSP70 inhibitors and may contribute to a considerable progress in treatment of Multiple Myeloma in the future.
KW  - Plasmozytom
KW  - Hitzeschock Proteine
KW  - Hitzeschock-Proteine
KW  - Hitzeschocktranskriptionsfaktor
KW  - Multiples Myelom
KW  - HSF-1
KW  - HSP70
KW  - therapeutisches Target
KW  - Heatshock Proteins
KW  - Multiple Myeloma
KW  - therapeutic strategy
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-91390
ER  -