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GEBIET DER
ERFINDUNG
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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.
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HINTERGRUND
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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.
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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).
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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.
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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).
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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).
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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).
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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).
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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.
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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.
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ZUSAMMENFASSENDE
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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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.
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Nach
der vorliegenden Erfindung wird 2-Cyclopenten-1-on zur Herstellung
eines Arzneimittels verwendet, das durch Induzierung der Synthese
von HSP70 antivirale Aktivität
aufweist.
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Bevorzugt
wird das 2-Cyclopenten-1-on in Konzentrationen im Bereich zwischen
100 und 500 μM
verwendet.
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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.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER FIGUREN
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1AI zeigt die Kinetiken
der HSF(Hitzeschockfaktor)-Aktivierung durch 2-Cyclopenten-1-on. Extrakte
ganzer Zellen wurden einem EMSA unterzogen.
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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.
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1BI zeigt die Transkriptionsraten,
gemessen durch "Nuclear-run-on"-Assay. Im Anschluß an die
Hybridisierung wurden die Filter durch Autoradiographie visualisiert.
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1BII zeigt die Transkriptionsraten,
gemessen durch "Nuclear-run-on"-Assay. Im Anschluß an die
Hybridisierung wurde die Radioaktivität durch MDP-Analyse quantifiziert.
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1CI zeigt die Wirkung von
2-Cyclopenten-1-on auf die Proteinsynthese. Die Zellen wurden für die Autoradiographie
behandelt.
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1CII zeigt die Wirkung von
2-Cyclopenten-1-on auf die Proteinsynthese. Die HSP70-Synthese wurde
durch densitometrische Analyse der Autoradiogramme bestimmt.
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2A zeigt die Wirkung von
2-Cyclopenten-1-on auf die VSV-Replikation.
Die VSV-Titer sind dargestellt.
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2BI zeigt die Wirkung von
2-Cyclopenten-1-on auf die VSV-Protein-Synthese. Nicht infizierte
Zellen sind dargestellt.
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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.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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BEISPIEL 1
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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.
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KINETIKEN
DER AKTIVIERUNG
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Die
Zellen wurden nach dem in C. Amici et al., Cancer Research 55, 4452–4457, 1995,
beschriebenen Verfahren präpariert.
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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.
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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.
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TRANSKRIPTIONSRATE DES
HSP70-GENS
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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.
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WIRKUNG VON 2-CYCLOPENTEN-1-ON
AUF DIE HSP70-PROTEINSYNTHESE
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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).
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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.
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BEISPIEL 2
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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.
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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.
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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.