DE69728417T2 - 2-cyclopenten-1-on zur induktion von hsp70 - Google Patents

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft 2-Cyclopenten-1-on als Induktor von HSP70. Insbesondere betrifft die Erfindung 2-Cyclopenten-1-on als Induktor von HSP70 mit antiviraler Aktivität.
  • HINTERGRUND
  • Bekanntermaßen bilden die Prostaglandine (PGs) eine Klasse von natürlich vorkommenden zyklischen 20-Kohlenstoff-Fettsäuren, die durch verschiedene Arten von eukaryotischen Zellen als Reaktion auf externe Stimuli synthetisiert werden und eine wichtige Rolle bei der physiologischen Antwort auf die Zellproliferation und -differenzierung spielen. Seit ihrer Entdeckung hat sich herausgestellt, daß sie als Mikroumwelt-Hormone und intrazelluläre Signalvermittler fungieren und eine große Zahl von physiologischen pathologischen Prozessen, einschließlich Zellproliferation und -differenzierung, Immunantwort, Entzündung, Zytoprotektion und Fieberreaktion, kontrollieren.
  • Insbesondere sind die PGs vom Typ A und J, die eine Cyclopentenon-Struktur aufweisen, starke Inhibitoren der Virusreplikation ("Stress Proteins: Induction and Function" Schlesinger MJ, Garaci E., Santoro M. G., Hrsg., Springer-Verlag, Heidelberg-Berlin, 27–44, 1990).
  • Streßproteine, auch Hitzeschockproteine (HSPs) genannt, (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 86, 8407–8411, 1989) bilden eine Familie von Polypeptiden, die durch eukaryotische und prokaryotische Zellen als Reaktion auf einen Hitzeschock und andere Arten von Umweltstreß gebildet werden. Die HSPs werden durch eine zelluläre Untergruppe von Genen, die als Streßgene bezeichnet werden, kodiert.
  • Die zytoprotektive Rolle der Streßproteine ist bei einer großen Anzahl von Erkrankungen, einschließlich Ischämie, beschrieben worden (M. S. Marber et al., J. Clin. Invest. 93, März 1994, 1087–1094).
  • Die Autoren haben gezeigt, daß einige Cyclopentenon-Prostaglandine (PGA und PGJ) die Synthese des Hitzeschockproteins HSP70 in menschlichen Zellen durch die Aktivierung des Hitzeschock-Transkriptionsfaktors HSF auslösen (C. Amici et al., Proc. Natl. Sci. USA Bd. 89, 6227–6231, 7, 1992).
  • Es ist auch bekannt, daß die Streßproteine HSP bei der Pathogenese der Vireninfektion auf verschiedenen Ebenen in die Virenreplikation eingreifen, und insbesondere ist eine zytoprotektive Rolle des HSP70-Proteins bei einigen experimentellen Modellen akuter Infektion charakterisiert worden (M. G. Santoro, Experientia, Bd. 50, 1039–1047, 1994). Die Möglichkeit, einige "Hitzeschock"(hs)-Gene selektiv zu aktivieren und die zelluläre Streßantwort zum Vorteil des Wirts zu manipulieren, ist kürzlich durch Studien, die zeigen, daß Prostaglandine in der Lage sind, die HSP70-Synthese in einer streßfreien Situation auszulösen und die Wirtszellen bei einer Vireninfektion zu schützen, vorgeschlagen worden (M. G. Santoro, Experientia, Bd. 50, 1039–1047, 1994).
  • Die Autoren haben kürzlich gezeigt, daß die Induktion der HSP70-Synthese einer der molekularen Mechanismen ist, die von Cyclopentenon-Prostaglandinen verwendet werden, um eine selektive und irreversible Blockierung der Proteinsynthese bei Infektionsmodellen mit Einzelstrang-RNA-Viren negativer Polarität zu verursachen (C. Amici et al., J. Virol. 68, 6890–689, 1994).
  • In Biol. Pharm. Bull. 18(12), 1784–1786 (1995) ist die zytoprotektive Wirkung der isolierten funktionellen Gruppen von verschiedenen Sesquiterpen-Laktonen beschrieben. Unter anderen wird auch 2-Cyclopenten-1-on getestet, um seine Fähigkeit zu prüfen, die Bildung von gastrischen Läsionen, die durch verschiedene nekrotisierende Agenzien, wie zum Beispiel EtOH, hervorgerufen werden, zu verhindern.
  • In Antiviral Research 26 (1995), 83–96, ist die antivirale Aktivität von Prostaglandinen beschrieben, und ein Wirkmechanismus wird vorgeschlagen, der die Hemmung von VSV-RNA-Polymerase in vitro durch Prostaglandine mit verschiedenen Strukturen, die die VSV-Replikation in infizierten Zellen hemmt, korreliert.
  • ZUSAMMENFASSENDE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist nun gefunden worden, daß 2-Cyclopenten-1-on, die Struktur, die den zentralen Kern von PGA und PGJ bildet, eine Aktivität aufweist, die zu der von PGA und PGJ analog ist, das heißt, daß es in der Lage ist, die Synthese von HSP70-Protein zu induzieren, obwohl es die entsprechende Säurefunktion und aliphatischen Seitenketten nicht enthält. Es scheint daher, daß die Seitenketten, die in PGA und PGJ vorhanden sind, mit ihren Substituenten und Doppelbindungen, insbesondere der Säurefunktion, die die Fettsäurennatur der Prostaglandine ausmacht, entfernt werden können, ohne die hier beschriebene spezifische Wirkung wesentlich zu verändern.
  • Nach der vorliegenden Erfindung wird 2-Cyclopenten-1-on zur Herstellung eines Arzneimittels verwendet, das durch Induzierung der Synthese von HSP70 antivirale Aktivität aufweist.
  • Bevorzugt wird das 2-Cyclopenten-1-on in Konzentrationen im Bereich zwischen 100 und 500 μM verwendet.
  • Insbesondere richtet sich die antivirale Aktivität gegen Einzelstrang-RNA-Viren und -DNA-Viren mit negativer Polarität. Weitere Aspekte der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung ersichtlich.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • 1AI zeigt die Kinetiken der HSF(Hitzeschockfaktor)-Aktivierung durch 2-Cyclopenten-1-on. Extrakte ganzer Zellen wurden einem EMSA unterzogen.
  • 1AII zeigt die Kinetiken der HSF(Hitzeschockfaktor)-Aktivierung durch 2-Cyclopenten-1-on. Die HSF-HSE-Komplexe wurden mit einem PhosphorImager von Molecular Dynamics (MDP) quantifiziert.
  • 1BI zeigt die Transkriptionsraten, gemessen durch "Nuclear-run-on"-Assay. Im Anschluß an die Hybridisierung wurden die Filter durch Autoradiographie visualisiert.
  • 1BII zeigt die Transkriptionsraten, gemessen durch "Nuclear-run-on"-Assay. Im Anschluß an die Hybridisierung wurde die Radioaktivität durch MDP-Analyse quantifiziert.
  • 1CI zeigt die Wirkung von 2-Cyclopenten-1-on auf die Proteinsynthese. Die Zellen wurden für die Autoradiographie behandelt.
  • 1CII zeigt die Wirkung von 2-Cyclopenten-1-on auf die Proteinsynthese. Die HSP70-Synthese wurde durch densitometrische Analyse der Autoradiogramme bestimmt.
  • 2A zeigt die Wirkung von 2-Cyclopenten-1-on auf die VSV-Replikation. Die VSV-Titer sind dargestellt.
  • 2BI zeigt die Wirkung von 2-Cyclopenten-1-on auf die VSV-Protein-Synthese. Nicht infizierte Zellen sind dargestellt.
  • 2BII zeigt die Wirkung von 2-Cyclopenten-1-on auf die VSV-Protein-Synthese. VSV-infizierte Zellen sind dargestellt. HSP70 wird durch den Pfeil angezeigt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • 2-Cyclopenten-1-on ist ein bekanntes Produkt, das nach dem in Beilstein (Baene, Eder, A. 539 [1939] 207, 211) beschriebenen Verfahren synthetisiert werden kann.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann 2-Cyclopenten-1-on, vorzugsweise in Konzentrationen im Bereich zwischen 100 und 500 μM, den HSF-Transkriptionsfaktor aktivieren und die Transkription und Translation des HSP70-Gens selektiv induzieren. Insbesondere sind Induktionstests mit humanen Erythroleukämie-Zellen (K562-Zellen) wie in 1 dargestellt durchgeführt worden.
  • Die HSP70-Synthese wurde auch bei anderen menschlichen Zelltypen (Hep-2, HeLA) und in Epithelzellen von Affen (MA104-Zellen) (2), die mit 2-Cyclopenten-1-on behandelt wurden, festgestellt. Darüber hinaus wurde festgestellt, daß die Induktion der HSP70-Synthese mit einer hohen antiviralen Aktivität verbunden ist. Bei MA104-Zellen, die mit dem vesikulären Stomatitis-Virus (VSV) (1-10 P.F.U./Zelle) infiziert wurden, verursachte die Behandlung mit 2-Cyclopenten-1-on, begonnen 1 Stunde nach der Infektion, in der Tat eine dosisabhängige Verminderung der Bildung von infektiösen Viruspartikeln (2A). Wie im Falle anderer HSP70-Induktoren wird die Blockierung der Replikation des Virus durch die selektive Hemmung der Synthese viraler Proteine verursacht, die mit der Synthese vom HSP70-Protein verbunden ist (2B).
  • Diese Ergebnisse bestätigen die antivirale Aktivität von 2-Cyclopenten-1-on als Induktor von HSP70 und zeigen die Möglichkeit, 2-Cyclopenten-1-on dazu zu verwenden, die Synthese von HSP70 zu induzieren und die Virenreplikation zu hemmen.
  • Auf Basis dieser Ergebnisse ist es möglich, 2-Cyclopenten-1-on als wirksame Substanz zur Herstellung eines Arzneimittels, insbesondere eines Arzneimittels mit antiviraler Aktivität gegen negativsträngige RNA-Viren und DNA-Viren, die gegenüber der antiviralen Aktivität von Cyclopentenon-Prostaglandinen empfindlich sind, zu verwenden.
  • Es ist ein Vorteil der Erfindung, ein Produkt mit antiviraler Wirkung zur Verfügung zu haben, das geringe Kosten für seine Synthese verursacht und einen neuen Mechanismus für eine antivirale Wirkung aufweist, der sich von anderen in Verwendung befindlichen antiviralen Arzneimitteln unterscheidet.
  • Die folgenden Beispiele werden dargestellt, um die Erfindung zu veranschaulichen. Sie können in keinem Falle herangezogen werden, um den Schutzbereich der Erfindung selbst zu begrenzen.
  • Die in den Beispielen verwendeten Reagenzien, einschließlich 2-Cyclopenten-1-on, sind Produkte von Sigma Aldrich. 32P und 35S wurden von AMERSHAM hergestellt. Fötales Kälberserum und Zellkulturmedien wurden durch GIBCO hergestellt.
  • BEISPIEL 1
  • Die Wirkung der Behandlung mit 2-Cyclopenten-1-on auf die HSF-Aktivierung, auf die Hitzeschockgen-Transkription und auf die Synthese des Proteins sind mit den unten beschriebenen Verfahren bei K562-Zellen untersucht worden und sind in 1 dargestellt.
  • KINETIKEN DER AKTIVIERUNG
  • Die Zellen wurden nach dem in C. Amici et al., Cancer Research 55, 4452–4457, 1995, beschriebenen Verfahren präpariert.
  • Extrakte ganzer Zellen, hergestellt zu verschiedenen Zeiten nach der Behandlung mit 500 μM 2-Cyclopenten-1-on in Ethanol oder nach 3 Stunden Hitzeschock (45°C für 20 Minuten) wurden einem EMSA (Electrophoretic Mobility Shift Assay) (1AI), wie in C. Amici et al., Cancer Research 55, 4452–4457, 1995, beschrieben, unterzogen. Die Positionen von HSF, CHBA (konstitutive Aktivität der HFS-DNA) und NS (unspezifische Protein-DNA-Wechselwirkung) sind angegeben. Die Niveaus der HSF-DNA-Bindungsaktivität bei Zellen, die mit 2-Cyclopenten-1-on behandelt wurden, wurden mit einem PhosphorImager, Molecular Dynamics, (MDP) quantifiziert (1AII). Die HSF-Werte wurden auf das Niveau der HSF-DNA-Bindungsaktivität 9 h nach der Behandlung, der ein Wert von 100% zugeordnet wurde, normalisiert.
  • Die Ergebnisse zeigen, daß 2-Cyclopenten-1-on in der Lage ist, HSF zu aktivieren. Die Aktivierung wurde über die folgenden 24 Stunden aufrechterhalten, mit einem Maximum bei 9 Stunden nach Beginn der Behandlung.
  • TRANSKRIPTIONSRATE DES HSP70-GENS
  • Die Transkriptionsraten wurden durch "Nuclear-Run-On"-Assay gemessen (C. Amici et al., Cancer Research 55, 4452–4457, 1995). Die 32P-markierte RNA wurde auf Nitrozellulosefiltern hybridisiert, die Plasmide für die folgenden menschlichen Gene enthielten: hsp70 (pH, 2,3; B. Wu et al., Mol. Cell. Biol. 5, 330 (1985); grp78/BiP (glukosereguliertes 78-Protein) (pHG 23,1; C. Amici et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89, 6227, 1992); hsc70 ("heat shock cognate" 70) (pHA 7,6; C. Amici et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89, 6227, 1992); HO (Hämoxygenase) (HO-Klon 2/10; A. Rossi und M. G. Santoro, Biochem. J., 308, 455, 1995; GAPDH (Glycerinaldehydphosphat-Dehydrogenase der Ratte) (GAPDH, 1400 bp, Pst1; A. Rossi und M. G. Santoro, Biochem. J., 308, 455, 1995). Der Vektorplasmid (Bluescript) wurde als unspezifische Hybridisierungskontrolle verwendet. Im Anschluß an die Hybridisierung wurden die Filter durch Autoradiographie visualisiert (1BI) und die Radioaktivität wurde mittels MDP-Analyse quantifiziert. Die Werte werden in willkürlichen Einheiten ausgedrückt, die durch Vergleich der Transkriptionsraten mit den Niveaus der Kontrolle erhalten wurden. Die Ergebnisse zeigen, daß 2-Cyclopenten-1-on in der Lage ist, die HSP70-Gentranskription selektiv zu aktivieren. Die Transkription wird für mindestens 9 Stunden vom Beginn der Behandlung an auf hohem Niveau aufrechterhalten.
  • WIRKUNG VON 2-CYCLOPENTEN-1-ON AUF DIE HSP70-PROTEINSYNTHESE
  • Gleiche Mengen von mit [35S]-Methionin (10 μCi/106 Zellen, 1 h Puls) markiertem Protein aus K562-Zellen wurden zu verschiedenen Zeiten nach der Behandlung mit 500 μM 2-Cyclopenten-1-on auf 10% SDS/PAGE-Gelen analysiert und für die Autoradiographie behandelt (1CI). Die HSP70-Synthese (?) wurde durch densitometrische Analyse der Autoradiogramme ermittelt (1CII). Die Gesamtproteinsynthese (?) wurde als [35S]-Methionin-Aufnahme in TCA-unlösliches Material bestimmt (C. Amici et al., Exp. Cell. Res. 207, 230–234, 1993).
  • Die Ergebnisse zeigen, daß 2-Cyclopenten-1-on in der Lage ist, die HSP70-Proteinsynthese bei Konzentrationen zu stimulieren, die die zelluläre Proteinsynthese nicht hemmen.
  • BEISPIEL 2
  • Die Wirkung von 2-Cyclopenten-1-on auf die Replikation des vesikulären Stomatitis-Virus (VSV) und auf die HSP70-Proteinsynthese wurde wie im folgenden beschrieben untersucht und ist in 2 dargestellt.
  • Konfluente Monolayer von Affennieren-MA104-Zellen, angezogen in RPMI-1640-Medium, versetzt mit 5% FCS (fötales Kälberserum) und Antibiotika, wurden mit VSV (Serotyp Indiana, Orsay; 1 P.F.U./Zelle) infiziert. Nach 1 h bei 37°C wurde das virale Inokulum entfernt und die Zellen wurden bei 37°C in RPMI-1640-Medium, enthaltend 2% FCS und verschiedene Konzentrationen von 2-Cyclopenten-1-on in Ethanol oder Kontroll-Verdünnungsmittel, gehalten. 24 h nach der Infektion (p. i) wurden die VSV-Titer mittels Cytopathischer-Effekt-50%(cytopathic-effect-50%-, CPE-50%-)Assay, wie in F. Pica et al., Antiviral Res., Bd. 20, 193, 1993, beschrieben, bestimmt und in 2A dargestellt.
  • Uninfizierte (U) oder VSV-infizierte (VSV) MA104-Zellen wurden mit 250 μM (Spuren 2 und 5) und 500 μm (Spuren 3 und 6) 2-Cyclopenten-1-on oder mit Kontroll-Verdünnungsmittel (Spuren 1 und 4) bald nach der VSV-Infektion behandelt und mit [35S]-Methionin (8 μCi/2 × 105 Zellen, 1 h Puls, beginnend 5 h p. i.) markiert. Gleiche Mengen Protein wurden auf 10% SDS/PAGE-Gel analysiert und für die Autoradiographie behandelt. Die Positionen von hsp70, identifiziert durch Westernblot-Analyse unter Verwendung von Anti-Human-hsp70-Antikörpern, ist durch den Pfeil angegeben. Die VSV-Proteine L, G, N, NS und M sind angegeben. 2-Cyclopenten-1-on hemmt unter den angegebenen Bedingungen bei Konzentrationen im Bereich zwischen 100 und 500 μM die Bildung von infektiösen VSV-Virionen im Vergleich zur Kontrolle um das 10 bis mehr als das 1000fache. Die Hemmung wird vermittelt durch eine selektive Blockierung der Synthese der Virenproteine, kombiniert mit einer Aktivierung von HSP70.

Claims (3)

  1. Verwendung von 2-Cyclopenten-1-on zur Herstellung eines Arzneimittels, das durch Induzierung der Synthese des Hitzeschockproteins HSP70 antivirale Aktivität aufweist.
  2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das 2-Cyclopenten-1-on in Konzentrationen im Bereich zwischen 100 und 500 μM anzuwenden ist.
  3. Verwendung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die antivirale Aktivität gegen negativ polarisierte einzelsträngige RNA-Viren und DNA-Viren gerichtet ist.
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