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Der Hitzeschock-Transkriptionsfaktor 1 (HSF1) als neues potenzielles Ziel im Multiplen Myelom
(2013)
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.
Die humane afrikanische Trypanosomiasis (Schlafkrankheit, HAT) wird durch die Parasiten Trypanosoma brucei rhodesiense und Trypanosoma brucei gambiense ausgelöst und führt unbehandelt zum Tod. Wegen begrenzter Therapiemöglichkeiten sowie vernachlässigter Kontrollprogramme ist HAT eine gegenwärtige Bedrohung, was die Suche nach neuen Wirkstoffen notwendig macht. Ausgangspunkt für die Leitstrukturfindung war das 7-Amino-4-chinolon-3-carboxamid IV mit einem IC50-Wert (T. b. brucei) von 1.2 µM. Die 4-Chinolon-3-carboxamid-Grundstrukturen wurden unter Verwendung der Gould-Jacobs- (1-Alkyl-Derivate) bzw. der Grohe-Heitzer-Synthese (1-Aryl-Derivate) aufgebaut und anhand strukturierter Variation der Substituenten in Pos. 1, 3 und 7 die für die antitrypanosomale Wirksamkeit essenziellen Strukturelemente identifiziert: Pos.1: Die Alkylkettenverlängerung von Ethyl zu n-Butyl bewirkte eine stetige Aktivitätssteigerung, welche auch einem Aryl-Rest in dieser Position überlegen war. Pos.3: Benzylamide mit HBD-Funktionen führten zur Aktivitätsabnahme, während HBA-Funktionen und unsubstituierte Reste zur Steigerung der Wirksamkeit, teilweise in den nanomolaren Konzentrationsbereich, beitrugen. Pos.7: Neben cyclischen sek. Aminen wurden auch aliphatische prim. Amine via konventioneller oder Mikrowellen-unterstützter SNAr eingeführt. Dabei zeigten sich die sek. Amine mit einer antitrypanosomalen Aktivität im teilweise submikromolaren Bereich den acyclischen Aminen deutlich überlegen. Vor allem der Morpholin-Rest bewirkte eine sprunghafte Wirksamkeitsverbesserung. Durch Kombination der Einzelresultate konnte schließlich die den Lipinski’s „Rule of 5“ entsprechende Leitstruktur 33 mit vielversprechender antitrypanosomaler Wirksamkeit (IC50 (T. b. brucei) = 47 nM, IC50 (T. b. rhodesiense) = 9 nM) und geringer Zytotoxizität erhalten werden (SI = 19000). Erste Untersuchungen zur Identifikation des Targets der 4-Chinolon-3-carboxamide ergaben folgende Erkenntnisse: Fluoreszenzmikroskopieuntersuchungen zeigten eine deutliche Veränderung der Morphologie des Mitochondriums bei behandelten BSF-T. b. brucei-Zellen. Anhand einer Zellzyklus-Analyse wurde die Beeinträchtigung der Segregation des Kinetoplasten beobachtet, was zu einem Segregationsdefekt führte. Die Topoisomerase (TbTopoIImt) wurde durch ein „Knockdown“-Experiment als Haupt-Target ausgeschlossen. Trotz der bemerkenswerten biologischen Aktivität war eine In-vivo-Untersuchung der Leitstruktur wegen zu geringer Wasserlöslichkeit nicht möglich, welche auf eine hochgeordnete Schichtgitterstruktur zurückzuführen war. Da die Löslichkeit im Wesentlichen eine Funktion der Lipophilie und der intermolekularen Wechselwirkungen ist, wurden zur Verbesserung der Wasserlöslichkeit pharmazeutisch-technische Methoden angewandt sowie chemische Strukturmodifikationen vorgenommen: Es wurde eine Lipid-basierte, selbstemulgierende Formulierung entwickelt. Durch Ausbildung stabiler Emulsionen war 33 bis zu einer Konzentration von 10 mg/ml im Wässrigen löslich und somit für die In-vivo-Untersuchung zugänglich. Nach 4-tägiger peroraler Behandlung von NMRI-Mäusen mit einer wässrigen 1:1-Verdünnung der Formulierung konnte keine In-vivo-Aktivität festgestellt werden. Die Sprühtrocknung von 33 resultierte in amorpher Modifikation, welche in Gegenwart von PVP bzw. Eudragit®L100 stabilisiert wurde. Beide Partikel ermöglichten die Übersättigung von 33 im Wässrigen, was im Fall der Eudragit®L100-Partikel zu 200-facher Löslichkeitssteigerung gegenüber der kristallinen Wirkstoffmodifikation führte und somit die In-vivo-Untersuchung ermöglichte. Zusammen mit ersten Metabolismus-Untersuchungen von 33, welche die Berechnung einer Abbau-Kinetik bzw. Clearance ermöglichte, konnte mittels der Software Simcyp® ein Plasmakonzentrationsprofil der Verbindung 33 (Eudragit®L100-Partikel) erstellt werden. Basierend auf diesem Studiendesign wurde die In-vivo-Untersuchung von 33 an mit T. b. rhodesiense infizierten Mäusen durchgeführt und zeigte nach 8-tägiger Behandlung einen deutlichen Rückgang der Parasitämie. Im Fokus der chemischen Strukturmodifikation stand das Einführen polarer und ionisierbarer Strukturelemente, um 4-Chinolon-3-carboxamid-Derivate mit erhöhter Hydrophilie (logP 1 - 3) bzw. Salz- und Co-Kristall-Strukturen zu erhalten. Sämtliche Strukturvariationen trugen zur Verbesserung der Wasserlöslichkeit und der „drug-like“ Eigenschaften im Vergleich zu Verbindung 33 bei, waren allerdings von Aktivitätsverlusten gegenüber T. b. brucei begleitet. Anhand der „ligand efficiency“- und „lipophilic ligand efficiency“-Analyse wurden schließlich die vielversprechendsten Derivate (94 und 96) für die weitere Untersuchung ausgewählt. Mit IC50 (T. b. rhodesiense)-Werten von 4 nM (94) und 33 nM (96) und geringer Zytotoxizität wurden Selektivitätsindizes bis zu 25000 gefunden, welche jene von 33 übertrafen. Aufgrund einer Löslichkeit im millimolaren Bereich, einer moderaten Membranpermeabilität und einer Plasmastabilität von > 2 h können die Verbindungen 94 und 96 somit als erste Wirkstoffkandidaten angesehen werden. Die vollständige physiko-chemische Charakterisierung wurde mittels eines Sirius-T3-Titrationssystems durchgeführt. Unter Verwendung dieser Parameter wurden für die Derivate 94 und 96 je zwei Plasmakonzentrationsprofile mit der Software Simcyp® simuliert. Basierend auf diesem Studiendesign wurde jeweils die hohe Dosis beider Derivate im Mausmodel (T. b. rhodesiense) untersucht. Während nach 5-tägiger Behandlung mit 94 und 96 bei sämtlichen Tiere keine Parasiten mehr nachweisbar waren, wurde ein leichter Rückfall in beiden Versuchsgruppen an Tag 8 beobachtet. Gegenwärtig wird die Behandlung mit beiden Derivaten fortgesetzt.
Eine der seltensten Formen thorakolumbaler Wirbelsäulenverletzungen stellen Hyperextensionsläsionen dar. In dieser retrospektiven Studie wurden 27 Fälle thorakolumbaler Hyperextensionsverletzungen, die zwischen 1997 und 2010 in der Universitätsklinik Würzburg behandelt wurden, analysiert und die Besonderheiten dieser Verletzungen verdeutlicht. Ergebnisse: In dem untersuchten Patientenkollektiv waren zu 74 % Männer von den Hyperextensionsverletzungen betroffen. Das Durchschnittsalter aller Patienten lag bei 70,6 Jahren (25 – 92 Jahre, SD 15,8). 22 Patienten litten zum Unfallzeitpunkt an Vorerkrankungen der Wirbelsäule: in 17 Fällen (63 %) lag eine diffuse idiopathic skeletal hyperostosis (DISH) vor, bei 4 Patienten (14,8 %) ein M. Bechterew und bei einer Patientin (3,7 %) ausschließlich degenerative Veränderungen im Sinne einer Osteoporose. In 29,6 % der Fälle war ein leichtes Trauma ursächlich, bei 70,4 % führte ein hochenergetischer Unfall zu der Hyperextensionsverletzung. Bei 14 Patienten verliefen die Verletzungen der vorderen Säule transdiskal (52 %) und bei 13 transossär (48 %). Bei allen Patienten ohne Vorschäden der Wirbelsäule kam es dabei zu einer transdiskalen Läsion. 6 Patienten (22,2 %) erlitten initial durch die Hyperextensionsverletzung ein neurologisches Defizit. Alle Patienten wurden operativ mittels Implantation eines Fixateur interne von dorsal stabilisiert. Schlussfolgerung: Im Vergleich mit der Literatur zeigte sich anhand der Daten dieser Studie, dass Hyperextensionsverletzungen der thorakolumbalen Wirbelsäule mit einem höheren Risiko für neurologische Defizite einhergingen als andere thorakolumbale Verletzungen der Gruppe B. Dabei traten neurologische Defizite nur bei hochenergetischen Unfällen auf. Ein durch M. Bechterew oder DISH versteiftes Achsenskelett erhöhte das Risiko für eine Hyperextensionsverletzung. Im Vergleich zu anderen Verletzungsformen der thorakolumbalen Wirbelsäule traten Hyperextensionsverletzungen verhältnismäßig häufiger bei vorgeschädigten Wirbelsäulen und somit bei älteren Menschen auf. Nur im Falle einer Vorerkrankung der Wirbelsäule konnte bereits ein niederenergetisches Trauma zu einer Hyperextensionsverletzung führen. Dabei war dann vor allem der thorakolumbale Übergang und weniger die thorakale Wirbelsäule betroffen, bei der es hauptsächlich durch hochenergetische Unfälle zu Verletzungen kam. Transossäre Hyperextensionsverletzungen der vorderen und der hinteren Säule traten nur bei alterierten Wirbelsäulen auf. Bei wirbelsäulengesunden Patienten verlief die Verletzung jeweils transdiskal und durch die hintere Säule ligamentär.
Untersuchung des Wirkmechanismus von AEZS 126 auf drei triple negative Mammakarzinomzelllinien HCC1937, HCC1806 und MDA-MB468 und eine Oestrogenrezeptor positive Zelllinie MCF-7 mittels Kristallviolett assay, FACS und Western Blot. Es konnte gute Antitumorwirkung des Inhibitors in vitro gezeigt werden.
Jahresbericht 2012
(2013)
Der Catechol-O-Methyltransferase (COMT) Val158Met Polymorphismus (rs4680) ist am Abbau von Dopamin und Noradrenalin im menschlichen Gehirn beteiligt. In bisherigen Studien konnte gezeigt werden, dass das Met-Allel mit einer erhöhten Reaktivität auf negative Stimuli assoziiert ist. Auf Basis der Tonischen/ Phasischen Dopaminhypothese wird postuliert, dass diese erhöhte Reaktivität auf negative Reize durch defizitäre Disengagementprozesse verursacht sein könnte. Das Ziel dieser Arbeit war es daher, diese theoretische Annahme mithilfe von Blickbewegungsmessungen zu überprüfen und zu untersuchen, ob die erhöhte Reaktivität sich auch in verlängerten Disengagementlatenzen von negativen Reizen widerspiegelt. Es wurden dafür drei Studien durchgeführt, in denen eine adaptierte Version der emotionalen Antisakkadenaufgabe in Verbindung mit einer Blickbewegungsmessung eingesetzt wurde. In der zweiten Studie wurde zusätzlich eine EEG-Messung durchgeführt. Außerdem wurde in der dritten Studie die Aufmerksamkeitslokation manipuliert. In der ersten und zweiten Studie zeigte sich nicht wie erwartet ein linearer Effekt in Relation zum COMT Val158Met Polymorphismus, sondern ein Heterosiseffekt. Dieser Effekt zeigte sich nur in der einfacheren Prosakkadenbedingung. In der ersten Studie wurde der Heterosiseffekt bei negativen Reizen gefunden, wohingegen in der zweiten Studie der Heterosiseffekt nur in einer EEG- Komponente, der Early Posterior Negativity (EPN), aber sowohl bei positiven als auch negativen Reizen gefunden wurde. In der dritten Studie zeigte sich kein Genotypeffekt. Es wird vermutet, dass der COMT Effekt in der emotionalen Verarbeitung aufgabenspezifisch sein könnte und daher, neben linearen Zusammenhängen, unter bestimmten Umständen auch ein Heterosiseffekt auftreten kann. Die Ergebnisse sollten nicht auf eine männliche Stichprobe generalisiert werden, da in allen Studien lediglich weibliche Versuchspersonen teilnahmen.
Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung und Anwendung einer simulationsgestützten Methode zur Kompetenzfeststellung von Triebfahrzeugführern (Tf) der Deutschen Bahn AG unter Anwendung eines Verhaltensmarkersystems. Diese Methode wurde als ein erweitertes Konzept zur Bewertung eines Tf im Rahmen einer jährlich stattfindenden Überwachungsfahrt entwickelt. Diese Überwachungsfahrt besteht aus einer etwa 45-minütigen Prüfungsfahrt, mit deren Hilfe die Handlungssicherheit eines Tf erhöht sowie dessen Leistung und Leistungsfähigkeit beschrieben und bewertet wird. Die Überwachungsfahrt wird von geschulten Instruktoren durchgeführt. Während der Simulatorfahrt werden unregelmäßige Ereignisse eingespielt, die der Tf unter Anwendung der vorgeschriebenen Sollverhaltensweisen bewältigen muss. Ziel ist es, keinen sicherheitsrelevanten Mangel zu verursachen. Grundlage des eingeführten Verhaltensmarkersystems ist ein Datenkonzept, das auf den in den Regelwerken beschriebenen Fahrtereignissen und den entsprechenden Sollverhaltensweisen beruht. Die Überwachungsfahrt wird aus diesen Einzelereignissen zusammengestellt und somit entspricht auch das während der Überwachung zu zeigende Verhalten dem in den Regelwerken beschriebenen Sollverhalten. Um Abweichungen vom vorgeschriebenen Verhalten besser erkennen und bewerten zu können, werden sog. Verhaltensmarker eingeführt. Hierbei handelt es sich um objektive und nachprüfbare Indikatoren, die etwas über den Grad der Erfüllung des Sollverhaltens Auskunft geben. Zentral für die Bewertung sind somit die Erfassung möglicher Sollverhaltensabweichungen und die Frage nach der Festlegung der Schwere dieser Abweichung im Sinne eines Fehlers. Um Art und Stärke der Abweichungen vom Sollverhalten wurden objektive Fahrdaten aus dem Simulator herangezogen. Zusätzlich wurde ein standardisiertes Beobachtungsverfahren für die Instruktoren entwickelt. In einem zweiten Schritt wurden die über beide Verfahren erfassten Abweichungen vom Sollverhalten auf der Basis von Expertenurteilen entsprechend der potentiellen Auswirkungen gewichtet. Diese Gewichtung reicht in drei Stufen von leichten Fehlern bis hin zu sicherheitsrelevanten Mängeln. Für alle in den Überwachungsfahrten vorkommenden Sollverhaltensweisen wurden mögliche Abweichungen erhoben und in einer Fehlertabelle den Fehlerkategorien „gering“, „mittelschwer“ und „sicherheitsrelevant“ zugeordnet. Die so gewichtete Fehlerbetrachtung führt zu einer Gesamtbewertung des Tf und zu einer detaillierten Analyse seiner Stärken und Schwächen. Insgesamt wurden 1033 Überwachungsfahrten von den Instruktoren auf einem projektspezifischen Bogen protokolliert. Über die an den Simulatoren vorhandenen Datenschnittstellen wurden 1314 Überwachungsfahrten aufgezeichnet. Diese Datenquellen wurden integriert und ausgewertet. Als übergeordnetes Ergebnis lässt sich festhalten, dass die Anwendung der in dieser Arbeit entwickelten Methode nachweislich die Qualität und Genauigkeit der Bewertung verbessern konnte. Die Verhaltensmarker ermöglichen eine differenziertere Bewertung des Leistungsstands eines Tf. So ist es nicht nur möglich, sicherheitskritisches Verhalten („roter Bereich“) und ein optimales, fehlerfreies Verhalten („grüner Bereich“) festzustellen, sondern auch Aussagen über den „gelben Bereich“ dazwischen zu treffen (z.B. Mängel, die in anderen Situationen sicherheitskritisch sein können).
In dieser Studie führten 37 adulte Patienten mit einer Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung (ADHS) ein Delay Discounting (DD) - Paradigma aus, während gleichzeitig mittels Funktioneller-Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS) die Gehirnaktivität der „Regions of Interest“ (ROIs) des Orbitofrontalen-Kortex (OFC) und des Dorsolateralen-Präfrontalen-Kortex (dlPFC) gemessen wurde. Mittels Fragebögen und eines Delay Discounting Tasks (DDT) wurden zusätzlich Verhaltensparameter erhoben und flossen in den Auswertungsprozess mit ein. Vorausgegangene Untersuchungen weisen auf ein hypofunktionel-les dopaminerges System bei ADHS-Patienten hin, welches mit der ADHS-Pathogenese in Zusammenhang gebracht wird. Vor allem im Präfrontalen-Kortex (PFC), bestehend unter anderem aus OFC und dlPFC, erfolgt die Metabolisierung von Dopamin durch die Catechol-O-Methyltransferase (COMT). Hierbei hängt die Metabolisierungsgeschwindigkeit vom genetischen COMT-Val158Met- Polymorphismus ab. Die Einflussnahme dieses COMT-Val158Met-Polymorphismus auf die kortikale Aktivität der ROIs und Impulsivität ist ebenfalls Gegenstand dieser Dissertation („Imaging Genetics“). Adulte ADHS Patienten zeigten eine verstärkte Aktivität des OFC der Entscheidungskategorie „verzögert“ im Verhältnis zu der Entscheidungskategorie „sofort“. Die gemessene Impulsivität korrelierte mit der kortikalen Gehirnaktivität „DD-Kontrast“. Es konnte kein Zusammenhang zwischen Verhaltensparameter und Gehirnaktivität mit dem COMT-Polymorphismus gezeigt werden. Die erhöhte Aktivität des OFC bei der Entscheidungskategorie verzögert unterstützt die These der „Delay Aversion“ des „Dual Pathway Model“. Eine enge Konnektivität der stark dopaminerg innervierten kortiko-striataler Strukturen in Form des OFC und der Amygdala, welche Einfluss auf die ADHS-Pathogenese nehmen, erscheint somit plausibel.