TY - THES A1 - He, Feng T1 - Drug Discovery based on Oxidative Stress and HDAC6 for Treatment of Neurodegenerative Diseases T1 - Arzneimittelforschung basierend auf oxidativem Stress und HDAC6 zur Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen N2 - Most antioxidants reported so far only achieved limited success in AD clinical trials. Growing evidences suggest that merely targeting oxidative stress will not be sufficient to fight AD. While multi-target directed ligands could synergistically modulate different steps in the neurodegenerative process, offering a promising potential for treatment of this complex disease. Fifteen target compounds have been designed by merging melatonin and ferulic acid into the cap group of a tertiary amide HDAC6 inhibitor. Compound 10b was screened as the best hybrid molecule exhibit potent HDAC6 inhibition and potent antioxidant capacity. Compound 10b also alleviated LPS-induced microglia inflammation and led to a switch from neurotoxic M1 to the neuroprotective M2 microglial phenotype. Moreover, compound 10b show pronounced attenuation of spatial working memory and long-term memory damage in an in vivo AD mouse model. Compound 10b can be a potentially effective drug candidate for treatment of AD and its druggability worth to be further studied. We have designed ten novel neuroprotectants by hybridizing with several common antioxidants, including ferulic acid, melatonin, lipoic acid, and trolox. The trolox hybrid compound exhibited the most potent neuroprotective effects in multiple neuroprotection assays. Besides, we identified the synergistic effects between trolox and vitamin K derivative, and our trolox hybrid compound showed comparable neuroprotection with the mixture of trolox and vitamin K derivative. We have designed and synthesized 24 quinone derivatives based on five kinds of different quinones including ubiquinone, 2,3,5-trimethyl-1,4-benzoquinone, memoquin, thymoquinone, and anthraquinone. Trimethylbenzoquinone and thymoquinone derivatives showed more potent neuroprotection than other quinones in oxytosis assay. Therefore, trimethylbenzoquinone and thymoquinone derivatives can be used as lead compounds for further mechanism study and drug discovery for treatment of neurodegenerative disease. We designed a series of photoswitchable HDAC inhibitors, which could be effective molecular tools due to the high spatial and temporal resolution. In total 23 target compounds were synthesized and photophysicochemically characterized. Azoquinoline-based compounds possess more thermally stable cis-isomers in buffer solution, which were further tested in enzyme-based HDAC inhibition assay. However, none of those tested compounds show significant differences in activities between trans-isomers and corresponding cis-isomers. N2 - Die meisten bisher berichteten Antioxidantien erzielten in klinischen-Studien zur Alzheimer-Krankheit nur einen begrenzten Erfolg. Es gibt immer mehr Hinweise darauf, dass die bloße Bekämpfung von oxidativem Stress nicht ausreicht, um die Alzheimer-Krankheit zu bekämpfen. Während Multipotente Liganden verschiedene Schritte im neurodegenerativen Prozess synergistisch modulieren könnten und ein vielversprechendes Potenzial für die Behandlung dieser komplexen Krankheit bieten. Im ersten Projekt dieser Dissertation wurden 15 Zielverbindungen entworfen, indem Melatonin und Ferulasäure in die Deckel-Gruppe eines tertiären Amid-HDAC6-Inhibitors fusioniert wurden. Verbindung 10b wurde als bestes Hybridmolekül gescreent, das eine potente HDAC6-Hemmung und eine starke antioxidative Kapazität aufweist. Hierbei linderte Verbindung 10b die LPS-induzierte Mikroglia-Entzündung und führte zu einem Wechsel vom neurotoxischen M1- zum neuroprotektiven M2-Mikroglia-Phänotyp. Darüber hinaus zeigt Verbindung 10b eine ausgeprägte Abschwächung des räumlichen Arbeitsgedächtnisses und eine Schädigung des Langzeitgedächtnisses in einem in vivo Alzheimer-Krankheit-Mausmodell. Verbindung 10b kann ein potenzieller Wirkstoffkandidat zur Behandlung der Alzheimer-Krankheit sein, und eignet sich für weiterführende Studien. Basierend auf den starken neuroprotektiven Wirkungen von Vitamin-K-Derivaten gegen den Oxytoseweg, haben wir zehn neue Verbindungen entwickelt, indem wir Vitamin K mit mehreren Antioxidantien, darunter Ferulasäure, Melatonin, Liponsäure und Trolox, hybridisieten. Die Trolox-Hybridverbindung zeigte die stärksten neuroprotektiven Wirkungen in mehreren Neuroprotektionsassays. Außerdem haben wir die synergistischen Effekte zwischen Trolox und dem Vitamin-K-Derivat identifiziert, und unsere Trolox-Hybridverbindung zeigte eine vergleichbare Neuroprotektion mit der Mischung aus Trolox und Vitamin-K-Derivat. Ermutigt durch die starke antioxidative Kapazität und der neuroprotektiven Wirkung von Vitamin-K-Hybriden, haben wir die Struktur-Aktivitäts-Beziehung von Chinon-Derivaten mit der antioxidativen Kapazität und der neuroprotektiven Wirkungen untersucht, um Leitlinien für das weitere Design neuer neuroprotektive Verbindungen bereitzustellen. Wir haben 24 Chinon-Derivate entwickelt und synthetisiert, die auf fünf verschiedenen Chinonen basieren, darunter Ubichinon, 2,3,5-Trimethyl-1,4-Benzochinon, Memoquin, Thymochinon und Anthrachinon. Darüber hinaus zeigten Trimethylbenzochinon- und Thymochinon-Derivate im Oxytose-Assay eine stärkere Neuroprotektion als andere Chinone. Daher können Trimethylbenzochinon- und Thymochinon-Derivate als Leitverbindungen für die weitere Untersuchung des Mechanismus und die Wirkstoffforschung zur Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen verwendet werden. Wir haben hier eine Reihe von photoschaltbaren HDAC-Inhibitoren entwickelt, die aufgrund der hohen räumlichen und zeitlichen Auflösung effektive molekulare Werkzeuge sein könnten. Insgesamt wurden 23 Zielverbindungen synthetisiert und photophysikochemisch charakterisiert. Die Verbindungen auf Azochinolinbasis besitzen thermisch stabilere cis-Isomere in Pufferlösung, die in einem enzymbasierten HDAC-Inhibitionsassay weiter getestet wurden. Keine dieser getesteten Verbindungen zeigt jedoch signifikante Unterschiede in der Aktivität zwischen trans-Isomeren und den entsprechenden cis-Isomeren. KW - Alzheimerkrankheit KW - Oxidativer Stress KW - Oxytosis KW - Photoswitch KW - Histon-Deacetylase KW - HDAC Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-253497 ER - TY - JOUR A1 - Wobser, Marion A1 - Weber, Alexandra A1 - Glunz, Amelie A1 - Tauch, Saskia A1 - Seitz, Kristina A1 - Butelmann, Tobias A1 - Hesbacher, Sonja A1 - Goebeler, Matthias A1 - Bartz, René A1 - Kohlhof, Hella A1 - Schrama, David A1 - Houben, Roland T1 - Elucidating the mechanism of action of domatinostat (4SC-202) in cutaneous T cell lymphoma cells JF - Journal of Hematology & Oncology N2 - Background Targeting epigenetic modifiers is effective in cutaneous T cell lymphoma (CTCL). However, there is a need for further improvement of this therapeutic approach. Here, we compared the mode of action of romidepsin (FK228), an established class I histone deacetylase inhibitor, and domatinostat (4SC-202), a novel inhibitor of class I HDACs, which has been reported to also target the lysine-specific histone demethylase 1A (LSD1). Methods We performed MTS assays and flow cytometric analyses of propidium iodide or annexin V-stained cells to assess drug impact on cellular proliferation, cell cycle distribution, and survival. Histone acetylation and methylation as well as caspase activation was analyzed by immunoblot. Gene expression analysis was performed using NanosString technology. Knockdown and knockout of LSD1 was achieved with shRNA and CRISPR/Cas9, respectively, while the CRISPR/Cas9 synergistic activation mediator system was used to induce expression of endogenous HDACs and LSD1. Furthermore, time-lapse fluorescence microscopy and an in vitro tubulin polymerization assay were applied. Results While FK228 as well as 4SC-202 potently induced cell death in six different CTCL cell lines, only in the case of 4SC-202 death was preceded by an accumulation of cells in the G2/M phase of the cell cycle. Surprisingly, apoptosis and accumulation of cells with double DNA content occurred already at 4SC-202 concentrations hardly affecting histone acetylation and methylation, and provoking significantly less changes in gene expression compared to biologically equivalent doses of FK228. Indeed, we provide evidence that the 4SC-202-induced G2/M arrest in CTCL cells is independent of de novo transcription. Furthermore, neither enforced expression of HDAC1 nor knockdown or knockout of LSD1 affected the 4SC-202-induced effects. Since time-lapse microscopy revealed that 4SC-202 could affect mitotic spindle formation, we performed an in vitro tubulin polymerization assay revealing that 4SC-202 can directly inhibit microtubule formation. Conclusions We demonstrate that 4SC-202, a drug currently tested in clinical trials, effectively inhibits growth of CTCL cells. The anti-cancer cell activity of 4SC-202 is however not limited to LSD1-inhibition, modulation of histone modifications, and consecutive alteration of gene expression. Indeed, the compound is also a potent microtubule-destabilizing agent. KW - Cutaneous lymphoma KW - Epigenetic regulation KW - Histone deacetylase KW - HDAC KW - Lysine-specific methylase KW - LSD1 KW - Tubulin Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-200703 VL - 12 ER -