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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Phenoxazinon zur
Inhibition von Enzymen mit Histondeacetylase-Aktivität,
sogenannten HDAC-Inhibitoren (HDACi), und die Verwendung von solchen
neuen HDACi zur Behandlung und Prophylaxe von Tumoren.
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Das
Krankheitsbild „Krebs" umfasst eine Gruppe von verschiedenen
Krankheiten, die durch unkontrolliertes Wachstum einer stark heterogenen
malignen Zellpopulation charakterisiert sind. Die geschätzte
weltweite Inzidenz von verschiedenen Krebstypen liegt bei ca. 10
Millionen, etwa die Hälfte hiervon ist Entwicklungsländern
zuzurechnen. Trotz einer großen Zahl von gegenwärtig
zur Verfügung stehenden chemothera peutischen Substanzen,
steht der große Erfolg in der Behandlung von Krebs noch
aus. Es besteht nach wie vor ein großer medizinischer Bedarf
an zielgerichtet wirksamen und nebenwirkungsreduzierten Substanzen zur
Behandlung von Krebs. Deshalb gibt es derzeit große Bemühungen,
um neue tumorspezifische Zielstrukturen zu identifizieren und hiergegen
antitumorale Substanzen zu entwickeln.
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Histondeacetylasen
(HDACs) wurden bereits früh mit der Entstehung von verschiedenen
Tumoren in Verbindung gebracht, da in verschiedenen Tumoren eine
verstärkte Acetylierung von nucleosomalen Histonen beobachtet
wird. So wird der Acetylierungsstatus von Lysinen von nucleosomalen
Histonen, die die Chromatinstruktur modulieren und die Transkriptionsaktivität
regulieren, durch die antagonistische Aktion von zwei Enzymfamilien
kontrolliert, den Histondeacetylasen (HDACs) und den Histonacetyltransferasen
(HATs).
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Im
Menschen kennt man mehrere HDAC-Unterklassen. Die Klasse-I-Enzyme,
HDAC1, -2, -3 und -8 weisen ein Molekulargewicht von 42 bis 45 kDa
auf und haben Homologien in ihren katalytischen Abschnitten. Klasse-II-Enzyme,
HDAC4, -5, -6, -9 und -10, weisen Molekulargewichte in einem Bereich
von 120 bis 130 kDa auf, wobei HDAC4, -5, -7 und -9 Homologien in
der C-terminalen katalytischen Domäne und der N-terminalen regulatorischen
Domäne zeigen. HDAC11 ist ein weiteres Mitglied der HDAC-Enzyme.
Es weist lediglich niedrige Homologie mit den Enzymen aus den Klassen
I und II auf und wird deshalb in eine eigene Klasse eingruppiert.
Die SIRC2-Familie von Proteinen bildet eine neue Klasse von Enzymen,
die zu den HDACs gezählt werden. Diese Enzyme sind hinsichtlich
ihrer Aktivität abhängig von NAD+,
während die Klasse-I- und Klasse-II-HDACs einen zinkabhängigen
Mechanismus verwenden.
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In
der Zwischenzeit wurde eine Vielzahl von HDAC-Inhibitoren (auch
HDACi genannt) entwickelt, die zum Teil bereits in Studien der klinischen
Phase I und II getestet werden; vgl. Minucci & Pelicci. Histone
deacetylase inhibitors and the promise of epigenetic (and more)
treatments for cancer. Nat. Rev. Cancer 2006; 6: 38–51.
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HDAC-Inhibitoren
lassen sich in mehrere Gruppen klassifizieren. Sie umfassen die
so genannten Hydroxaminsäuren, die Nicht-Hydroxamin-HDAC-Inhibitoren,
die kurzkettigen Fettsäuren, die Benzamide, die cyclischen
Peptide und die so genannten SIR2-Inhibitoren. Einen Überblick über
diese HDAC-Inhibitoren findet sich in Weinmann & Ottow. Histone
deacetylase inhibitors: a survey of recent Patents. Expert Opin.
Ther. Patents 2005; 15: 1677–1690.
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Inwiefern
einzelne HDAC-Inhibitoren bei bestimmten Tumorarten eingesetzt werden
können, ist bisher nicht vergleichend untersucht worden.
Es ist davon auszugehen, dass für unterschiedliche Tumorarten
auch HDAC-Inhibitoren aus unterschiedlichen Substanzklassen ein
optimales Wirkungs-Nebenwirkungsprofil aufweiesen werden.
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Trotz
der intensiven Arbeiten steht nach wie vor die Suche nach neuen
nebenwirkungsarmen, therapeutisch potenten HDAC-Inhibitoren im Mittelpunkt.
Es besteht deshalb nach wie vor Bedarf an der Bereitstellung neuer
HDAC-Inhibitoren, die diese Eigenschaften haben, ein hohes Maß an
Verträglichkeit aufweisen und vorzugsweise im Großmaßstab
hergestellt werden können.
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Vor
diesem Hintergrund ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe,
einen neuen HDAC-Inhibitor bereitzustellen, der zur Behandlung und
Prophylaxe von Tumoren eingesetzt werden kann und möglichst
nebenwirkungsarm ist.
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Diese
Aufgabe wird durch die Verwendung von Phenoxazinon zur Inhibition
der Histondeacetylase (HDAC) bzw. zur Behandlung und/oder Prophylaxe
von Tumoren gelöst.
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Die
Erfinder haben überraschenderweise erkannt, dass es sich
bei Phenoxazinonen um potente HDAC-Inhibitoren handelt, die konzentrationsabhängig
ihre Wirkung zeigen. Besonders vorteilhaft ist, dass Phenoxazinone
selektiv cytotoxisch für Tumorzellen sind, gesunde Zellen
jedoch nahezu unbeeinflusst lassen. Phenoxazinone sind deshalb zur
nebenwirkungsarmen Behandlung von Tumoren besonders geeignet.
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Vorteilhaft
ist ferner, dass Phenoxazinone einfach herzustellen und in wässriger
Lösung besonders stabil sind. Ein entsprechendes Arzneimittel
ist deshalb ohne weiteres im Großmaßstab kostengünstig
herstellbar.
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Diese
Eignung von Phenoxazinonen war insbesondere deshalb überraschend,
da diese Substanzklasse bislang in völlig anderem Zusammenhang,
nämlich in Bezug auf die so genannte Allelopathie diskutiert wird.
Unter Allelopathie versteht man die Eigenschaft von Pflanzen, organische
Verbindungen auszuscheiden, welche das Wachstum oder das Keimen
anderer Pflanzen unterbinden oder hemmen. Eine der am besten untersuchten
Substanzklassen in diesem Zusammenhang sind die Benzoxazinoide,
die in den Pflanzen der Familie Poaceae, zu der Weizen, Mais und
Roggen zählen, als inaktives Glucosid in Vakuolen vorkommen.
Diese glycosidischen Vorstufen werden bei einer Verletzung der Pflanze
ausgeschieden und mittels einer im Plastid gespeicherten β-Glucosidase
u. a. in die aktiven Benzoxazinoide 2,4-Dihydroxy-1,4-benzoxazin-3-on
(DIBOA) und 2,4-Dihydroxy-7-methoxy-1,4-benzoxazin-3-on (DIMBOA)
umgewandelt. Aufgrund einer spontanen und mikrobiellen Hydrolyse
werden die aktiven Benzoxazinoide u. a. in die Benzoxazolinone Benzoxazolin-2-on (BOA)
und 6-Methoxy-benzoxazolin-2-on (MBOA) überführt,
die auch als sog. "parentale" Komponenten bezeichnet werden. Aus
diesen parentalen Komponenten gehen durch mikrobielle Transformation über
den Zwischenschritt der Aminophenole, wie bspw. dem 2-Aminophenol
(AP), oder direkt über Metabolisierung durch Pilze und
Bakterien die erfindungsgemäßen Phenoxazinone
hervor. Diese Phenoxazinone wiederum können mikrobiell
degradiert werden und durchlaufen dabei bspw. Acetylierungs- und
Oxidierungsreaktionen.
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Die
aus den Pflanzen stammenden Benzoxazinoide, Benzoxazolinone, Aminophenole
und Phenoxazinone und deren Degradationsprodukte zeigen eine allelopathische
Wirkung auf verschiedene andere Pflanzen, Pilze, Bakterien und Insekten.
Die Wirkmechanismen der allelopathischen Wirkung sind bisher jedoch
nur in Ansätzen aufgeklärt.
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Die
Erfinder haben völlig überraschend festgestellt,
dass die Phenoxazinone als Inhibitoren der zellulären Histondeacetylase
wirken.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird hiermit vollkommen
gelöst.
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Dabei
ist es erfindungsgemäß bevorzugt, wenn das Phenoxazinon
ein Aminophenoxazinon ist.
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Diese
Maßnahme hat den Vorteil, dass solch ein Phenoxazinon bereitgestellt
wird, das sich nach den Erkenntnissen der Erfinder als HDAC-Inhibitor
und damit zur Behandlung und/oder Prophylaxe von Tumoren besonders
eignet.
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Weiter
ist es bevorzugt, wenn das Phenoxazinon ausgewählt ist
aus der Gruppe bestehend aus: 2-Amino-3H-phenoxazin-3-on (APO),
2-Amino-7-methoxy-3H-phenoxazin-3-on (AMPO), 2-Acetylamino-7-hydroxy-3H-phenoxazin-3-on
(AAHPO), 2-Acetylamino-7-methoxy-3H-phenoxazin-3-on (AAMPO), 2-Acetylamino-3H-phenoxazin-3-on
(AAPO), 2-Amino-7-hydroxy-3H-phenoxazin-3-on (AHPO),, 2-Amino-4,6,7-trimethoxy-3H-phenoxazin-3-on
(AM3PO), 2-(2-Hydroxyacetyl)amino-3H-phenoxazin-3-on
(HAAPO), 7-Hydroxy-2-(2-hydroxyacetyl)amino-3H-phenoxazin-3-on (HHAAPO),
2-(N-Hydroxy)acetylamino-3H-phenoxazin-3-on (NHAAPO).
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Diese
Maßnahme hat den Vorteil, dass eine Vielzahl von Phenoxazinonen
bereitgestellt werden, die APO und AMPO sowie deren mikrobiellen
Degradationsprodukte erfassen und allesamt als potenzielle HDAC-Inhibitoren
in Frage kommen.
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Weiter
ist es bevorzugt, wenn die erfindungsgemäße Verbindung
folgende Struktur aufweist
wobei R1 ausgewählt
ist aus der Gruppe bestehend aus: H, OH, OCH
3,
wobei
R2 ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: H, CH
2OH,
wobei R3 ausgewählt ist
aus der Gruppe bestehend aus: H, CH
2OH,
wobei
R4 ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: O, OH,
wobei
R5 ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: H, COCH
3, COCH
2OH, und
wobei
R6 ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: H, OH.
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Diese
Maßnahme hat den Vorteil, dass dem Fachmann das Grundgerüst
bereitgestellt wird, das den Aminophenoxazinonen APO und AMPO gemein
ist, die sich lediglich hinsichtlich des Restes R1 voneinander unterscheiden.
Durch Variationen der Reste R1, R2, R3, R4, R5 und R6 können
die therapeutischen bzw. inhibitorischen Eigenschaften der Verbindung
optimiert werden. Insbesondere kann durch Variation des Restes R2
die Löslichkeit der Verbindung erhöht werden.
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Erfindungsgemäß ist
es bevorzugt, wenn bei der vorstehenden Struktur der Rest R2 Glucuronsäure aufweist.
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Diese
Maßnahme hat den Vorteil, dass die erfindungsgemäße
Verbindung dadurch in ihrer Löslichkeit erhöht
wird. Die Kopplung von Glucuronsäure an die Verbindung
an Position R1 erfolgt durch dem Fachmann bekannte Maßnahmen,
bspw. enzymatisch unter Verwendung der Glucoronyltransferase. Glucuronsäure
bzw. Glucuronat ist ein Derivat der Glucose, von der es sich durch
die Oxidationsstufe am 6. Kohlenstoff unterscheidet, wo eine Carboxylgruppe
statt einer Hydroxymethylgruppe vorliegt. Glucuronsäure
löst sich gut in Wasser und Alkohol, ihr Schmelzpunkt liegt
bei 165°C. In der kristallinen Form zeigt sich Mutarotation.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn das Arzneimittel zur Behandlung von Lebertumoren
vorgesehen ist.
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So
hat sich vorteilhafterweise gezeigt, dass Phenoxazinon und insbesondere
APO und AMPO besonders proliferationshemmend und cytotoxisch auf
Hepatomzellen wirken, wobei überraschenderweise primäre humane
Hepatocyten nicht geschädigt werden.
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Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft deshalb
ein Verfahren zur Behandlung und/oder Prophylaxe eines Tumors bei
einem Lebewesen, das folgende Schritte aufweist: (1) Verabreichung eines
Phenoxazinon in das Lebewesen, und (2) ggf. Wiederholung des Schrittes
1.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Die
Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen veranschaulicht,
die rein exemplarisch sind und die Reichweite der Erfindung nicht
einschränken. Dabei wird Bezug genommen auf die beigefügten
Figuren.
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1 zeigt,
dass APO und AMPO eine inhibitorische Aktivität auf die
Histondeacetylase aufweisen. Mittels eines auf Fluoreszenz basierenden
HDAC-Aktivitäts-/Inhibitions-Screening-Assays wurde jeweils
die prozentuale Inhibition von HDAC-Enzymen in zellulären
Extrakten aus HeLa-Zellen standardisiert gemessen. 100% Inhibition
wird erreicht, wenn kein HDAC-Substrat umgesetzt werden kann, da
alle im HeLa-Kernextrakt vorhandenen Enzyme inhibiert sind. Dargestellt
sind die Mittelwerte von drei unabhängigen Experimenten
und die Standard abweichung. Suberoylanilid-Hydroxaminsäure
(SAHA) als etablierter HDAC-Inhibitor wurde als Positivkontrolle
verwendet.
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2 zeigt
die Akkumulierung von acetyliertem Histon H3 (17 kDa) in Hepatomzellen
nach Inkubation mit APO. Hep3B-Zellen wurden für 24 h ohne
HDAC-Inhibitor (Kontrolle) oder mit 5 μM APO (APO) oder
2 μM SAHA (SAHA) behandelt. Als Nachweis für die
gleiche Proteinbeladung wurde Vinculin (116 kDa) simultan im Blot
nachgewiesen.
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3 zeigt
den anti-proliferativen Effekt von APO und AMPO auf Tumorzelllinien.
Die Hepatomzelllinien Hep3B, HepG2 und HuH7 wurden 5 Tage mit verschiedenen
Konzentrationen von APO und AMPO inkubiert. Die Zellviabilität
wurde photometrisch mittels SRB-Assay bestimmt. Dargestellt sind
die Mittelwerte von drei unabhängigen Experimenten und
die Standardabweichung.
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4 zeigt
die cytotoxische Wirkung von APO und AMPO auf Tumorzellen. Hepatomzellen
wurden exemplarisch für 48 h mit verschiedenen Konzentrationen
von APO und AMPO behandelt. Die auf der y-Achse dargestellte relative
LDH-Aktivität wurde anhand der Überstände
spektrophotometrisch bestimmt und in Bezug zu unbehandelten Hepatomzellen
gesetzt. Dargestellt sind die Mittelwerte von drei unabhängigen
Experimenten und die Standardabweichung.
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5 zeigt
die fehlende Toxizität von APO und AMPO auf primäre
humane Hepatocyten (PHH). PHH von drei unterschiedlichen Spendern
wurden für 48 h mit verschiedenen Konzentrationen von APO
und AMPO behandelt. Die Inkubation mit 40 μM TSA als Positivkontrolle
führte zu 100% Zelltod (schwarzes Dreieck). Die LDH-Aktivität
wurde anhand der Überstände spektrophotometrisch
bestimmt und in Bezug zu unbe handelten Hepatocyten gesetzt. Dargestellt
sind die Mittelwerte von drei unabhängigen Experimenten
und die Standardabweichung.
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Ausführungsbeispiele
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Beispiel 1: Aktivität von APO
und AMPO als Histondeacetylase-Inhibitor (HDACi)
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Ein
kommerzielles Testsystem steht zur Verfügung, mit dem Substanzen
daraufhin untersucht werden können, ob sie eine inhibitorische
Aktivität gegenüber Histondeacetylasen aufweisen:
Cayman Chemical HDAC Activity/Inhibitor Screening Assay Kit (Biozol,
Eching, Deutschland). In einem ersten Schritt wurden mit diesem
Testsystem APO und AMPO untersucht. Hierbei wurden HeLa-Zellkernextrakte
mit verschiedenen Konzentrationen von APO und AMPO (1, 5, 10, 20,
50 und 100 μM) und einem testspezifischen HDAC-Substrat
inkubiert. Diese auf Fluoreszenz basierende Methode erlaubt eine
prozentuale Angabe der HDAC-Inhibition.
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Das
Ergebnis dieses Experimentes ist in
1 dargestellt.
Dabei zeigt sich eine konzentrationsabhängige HDACi-Aktivität,
sowohl für APO
als
auch für AMPO
Als
Positivkontrolle wurde Suberoylanilid-Hydroxaminsäure (SAHA)
verwendet, ein bekannter HDACi, der bereits in der klinischen Onkologie
eingesetzt wird (-•-).
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Als
zusätzlicher und unabhängiger Nachweis für
eine inhibitorische Wirkung von Aminophenoxazinonen auf HDAC-Enzyme
wurden Hepatomzellen (Hep3B und HepG2) mit 5 oder 10 μM
APO bzw. AMPO für 24 h inkubiert und mittels Western-Blotting
der Acetylierungsstatus von Histon-H3-Proteinen untersucht (Anti-Acetyl-Histon-H3-Antikörper
AcH3, 1:20.000, Biomol Hamburg, Deutschland; Anti-Vinculin-Antikörper, 1:5.000,
Sigma-Aldrich). Eine Akkumulierung acetylierter Histonproteine ist
ein Surrogatparameter für die Hemmung der Acetylgruppenabspaltenden
HDAC-Enzyme.
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Das
Ergebnis ist in 2 dargestellt. Dabei zeigt sich
eine Akkumulierung von acetyliertem Histon H3 im Vergleich zur Kontrolle
sowohl bei APO als auch bei AMPO in beiden Hepatomzelllinien (her
exemplarisch die Behandlung mit APO und SAHA bei Hep3B dargestellt.
Als Positivkontrolle fungierte die Behandlung mit 2 μM
SAHA.
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Beispiel 2: Proliferationshemmende Wirkung
von APO und AMPO auf Tumorzellen
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Für
die Bestimmung eines inhibitorischen Effektes auf das Proliferationsverhaiten
von Tumorzellen wurden exemplarisch Hepatomzellen mit den Aminophenoxazinonen
APO bzw. AMPO inkubiert und ein Sulforhodamin-B-Cytotoxizitätsassay
(SRB-Assay) durchgeführt. Hierfür wurden Hepatomzellen
(Hep3B, HepG2 und HuH7) mit verschiedenen Konzentrationen von APO
und AMPO (5, 10, 20 und 50 μM) für fünf
Tage behandelt. Es erfolgte nach Fixierung eine Färbung
der Zellen mit SRB (Sulforhodamin-B-Natriumsalz, Sigma-Aldrich).
Photometrisch wurde die Färbeintensität gemessen
und die Viabilität (anhand unbehandelter Zellen) berechnet.
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Das
Ergebnis dieses Experimentes ist in 3 dargestellt.
Dabei zeigte sich für alle drei Zelllinien, dass sowohl
APO als auch AMPO das Wachstum signifikant und konzentrationsabhängig
hemmen konnten.
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Beispiel 3: Selektive Cytotoxizität
von APO und AMPO auf Tumorzellen
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Als
Surrogatparameter für eine Zellschädigung von
Tumorzellen durch die Substanzen APO und AMPO wurden Hepatomzelllinien
(Hep3B, HuH7) für 48 h mit verschiedenen Konzentrationen
von APO und AMPO (5, 50 und 100 μM) inkubiert. Nachfolgend
wurden die Überstände spektrophotometrisch auf
Aktivität des Enzyms Laktatdehydrogenase (LDH) gemessen
(Sigma TOX7 In Vitro Toxicology Assay Kit, Sigma-Aldrich). Ein Anstieg
der LDH gilt als sicheres Zeichen für eine schwerwiegende
Zellschädigung mit Verlust der Membranintegrität.
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Das
Ergebnis dieses Experimentes ist in 4 dargestellt.
Dabei zeigte sich bei beiden Hepatomzelllinien ein konzentrationsabhängiger
Einfluss von APO und AMPO auf die Aktivität der LDH. Das
heißt, mit zunehmender Konzentration von APO und AMPO werden
die untersuchten Tumorzellen vermehrt abgetötet.
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Im
Vergleich zu Hepatomzellen wurde nachfolgend eine Charakterisierung
von nicht-malignen Parenchymzellen, nämlich primären
humanen Hepatozyten von drei unterschiedlichen Spendern durchgeführt.
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Das
Ergebnis ist in 5 dargestellt. Dabei zeigte
sich überraschend, dass weder die Behandlung mit APO noch
mit AMPO, selbst bei hohen Konzentrationen von bis zu 100 μM,
zu einer relevanten Zellschädigung führt. Als
Positivkontrolle fungierten 40 μM TSA (bekannter "toxischer"
HDACi, der in hohen Konzentrationen Zelltod auslösen kann).
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Beispiel 4: Schlussfolgerung
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Die
Erfinder konnten durch Experimente erstmals für die pflanzlichen
Produkte der Phenoxazinone, exemplarisch vertreten durch APO und
AMPO, eine HDACi-Aktivität zeigen. Sowohl die Ergebnisse
des HDAC-Aktivitäts/Inhibitor-Screening-Assays als auch
die der Western-Blot-Arialysen zeigten eine HDACi-Aktivität
im μM-Konzentrationsbereich. Zusätzlich konnte
eine proliferationsinhibierende und cytotoxische Wirkung auf Tumorzellen
gezeigt werden. Im Gegensatz hierzu tolerieren nicht-maligne primäre
humane Hepatozyten diese Substanzen selbst in hohen Konzentrationen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Minucci & Pelicci. Histone
deacetylase inhibitors and the promise of epigenetic (and more)
treatments for cancer. Nat. Rev. Cancer 2006; 6: 38–51 [0005]
- - Weinmann & Ottow.
Histone deacetylase inhibitors: a survey of recent Patents. Expert
Opin. Ther. Patents 2005; 15: 1677–1690 [0006]