Apicularen A und B
Die vorliegende Erfindung betrifft Apicularen A der folgenden Formel:
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine heterozyklische Verbindung der Summenformel C25H31N06 und mit den folgenden Parametern:
IR-Spektrum (KBr): vmax = 3288 (3597, 3510, 3417, 3194, 3067, 3031 sh), 2960, 2932, 2917, 2873, 1725, 1715, 1678, 1654, 1610, 1522, 1464, 1283, 1240, 1217, 1119, 1075, 1060, 957, 869, 803, 778, 722, 634 cm"1.
UV-Spektrum (CH3OH): λmax (lg ε) = 278 (4,43).
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine heterozyklische Verbindung, die dadurch gewinnbar ist, daß man
(a) Chondromyces robustus Stamm Cm r8 DSM 12054 in einem Probion PS, Stärke, MgS04 x 7 H20, CaCl2 x 2 H.O, Mineralsalze sowie Cyanocobalamin enthaltenden Medium aerob in Gegenwart eines Ad- sorberharzes kultiviert, wobei der pH einen Wert von 7,62 nicht überschreitet,
(b) Zellen und Adsorberharz vom Kulturmedium abtrennt und mit Aceton extrahiert,
(c) den Extrakt filtriert und bis zum Auftreten einer Wasserphase im Vakuum einengt,
(d) die gewonnene Wasserphase bei neutralem pH-Wert mit Ethyl- acetat extrahiert, trocknet und den Extrakt im Vakuum zu einem Rohextrakt einengt,
(e) den Rohextrakt mit Methanol und wenig Wasser aufnimmt und mit Heptan extrahiert,
(f ) die Methanolphase im Vakuum einengt,
(g) das gewonnene Rohprodukt durch Kieselgel-Flashchromatographie mit Methylenchlorid und einem Gemisch von Methylenchlorid/Methanol (98:2) als Laufmittel auftrennt,
(h) die anfallenden Fraktionen im Vakuum einengt und
(i) aus Methanol auskristallisiert und im Vakuum trocknet.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen heterozyklischen Verbindung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man (a) Chondromyces robustus Stamm Cm r8 DSM 12054 in einem Probion PS, Stärke, MgS04 x 7 H20, CaCl2 x 2 H20, Mineralsalze sowie Cyanocobalamin enthaltenden Medium aerob in Gegenwart eines Adsorberharzes kultiviert, wobei der pH einen Wert von 7,62 nicht überschreitet,
(b) Zellen und Adsorberharz vom Kulturmedium abtrennt und mit Aceton extrahiert,
(c) den Extrakt filtriert und bis zum Auftreten einer Wasserphase im Vakuum einengt,
(d) die gewonnene Wasserphase bei neutralem pH-Wert mit Ethyl- acetat extrahiert, trocknet und den Extrakt im Vakuum zu einem Rohextrakt einengt,
(e) den Rohextrakt mit Methanol und wenig Wasser aufnimmt und mit Heptan extrahiert,
(f) die Methanolphase im Vakuum einengt,
(g) das gewonnene Rohprodukt durch Kieselgel-Flashchromatographie mit Methylenchlorid und einem Gemisch von Methylenchlorid/Methanol (98:2) als Laufmittel auftrennt,
(h) die anfallenden Fraktionen im Vakuum einengt und
(i) aus Methanol auskristallisiert und im Vakuum trocknet.
Anstelle von Probion PS können auch andere übliche Proteinsubstrate eingesetzt werden.
Ferner betrifft die Erfindung eine Verbindung der Formel
OH
Ferner betrifft die Erfindung eine heterozyklische Verbindung der Summenformel CJJH^NJOH und mit den folgenden Parametern: UV (Methanol): λmax (lg ε) = 280 nm (4,489).- NMR-Daten: s. Tabelle 2.-
Ferner betrifft die Erfindung eine heterozyklische Verbindung, dadurch gewinnbar, daß man
(a) Chondromyces robustus Stamm Cm r8 DSM 12054 in einem Probion PS, Stärke, MgS04 x 7 H20, CaCl2 x 2 H20, Mineralsalze sowie Cyanocobalamin enthaltenden Medium aerob in Gegenwart eines Ad- sorberharzes kultiviert, wobei der pH einen Wert von 7,62 nicht überschreitet,
(b) Zellen und Adsorberharz vom Kulturmedium abtrennt und mit Aceton extrahiert,
(c) den Extrakt filtriert und bis zum Auftreten einer Wasserphase im Vakuum einengt,
(d) die gewonnene Wasserphase bei neutralem pH-Wert mit Ethyl- acetat extrahiert,
(e) die extrahierte Wasserphase mit n-Botanol extrahiert und die Butanolphase abtrennt,
(f) die Butanolphase vom Lösungsmittel befreit,
(g) die lösungsmittelfreie Phase einer Umkehrphasen-Chromatographie an RP-Kieselgel mit einem Gemisch von Methanol/Wasser (45:55) als Laufmittel unterwirft und die Fraktion mit einem Gehalt an heterozyklischer Verbindung im UV detektiert und abtrennt und
(h) die abgetrennte Fraktion einengt und die heterozyklische Verbindung gewinnt.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen heterozyklischen Verbindung, das dadurch
gekennzeichnet ist, daß man
(a) Chondromyces robustus Stamm Cm r8 DSM 12054 in einem Probion PS, Stärke, MgS04 x 7 H20, CaCl2 x 2 H20, Mineralsalze sowie Cyanocobalamin enthaltenden Medium aerob in Gegenwart eines Ad- sorberharzes kultiviert, wobei der pH einen Wert von 7,62 nicht überschreitet,
(b) Zellen und Adsorberharz vom Kulturmedium abtrennt und mit Aceton extrahiert,
(c) den Extrakt filtriert und bis zum Auftreten einer Wasserphase im Vakuum einengt,
(d) die gewonnene Wasserphase bei neutralem pH-Wert mit Ethyl- acetat extrahiert,
(e) die extrahierte Wasserphase mit n-Botanol extrahiert und die Butanolphase abtrennt,
(f ) die Butanolphase vom Lösungsmittel befreit,
(g) die lösungsmittelfreie Phase einer Umkehrphasen-Chromatographie an RP-Kieselgel mit einem Gemisch von Methanol/Wasser (45:55) als Lauf ittel unterwirft und die Fraktion mit einem Gehalt an heterozyklischer Verbindung im UV detektiert und abtrennt und
(h) die abgetrennte Fraktion einengt und die heterozyklische Verbindung gewinnt.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein cytostati- sches Mittel, bestehend aus oder mit einem Gehalt an einer heterozyklischen Verbindung gemäß der vorliegenden Erfindung gegebenenfalls neben einem oder mehreren üblichen Trägern und/ oder Hilfsmitteln.
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung durch experimentelle Daten näher erläutert.
A. Produk ionsbedingungen
A.l. Produktionsstamm: Das Bakterium Chondromyces robustus , nov. spec, Stamm Cm r8, Unterordnung Sorangineae, Ordnung Myxococcales.
Alternativ können für die Produktion des Hemmstoffes Apicularen A auch Stämme der Arten Chondromyces apicu- latus (z. B. Stamm Cm a8 oder Cm a22), Chondromyces la- nuginosus (z. B. Stamm Sy t4) oder Chondromyces pedi- culatus (z. B. Stamm Cm pl ) verwendet werden.
A.2. Herkunft des Produktionstammes Cm r8: Isoliert im Dezember 1995 an der GBF aus einer Bodenprobe.
A.3. Beschreibung des Produktionsstammes:
A.3.1. Die vegetativen Zellen von Cm r8 sind zylindrisch mit breit abgerundeten Enden, 0,8 x 6-8 μm. Auf festen Nährböden wächst der Organismus gut auf Hefeagar, z. B. VY/2 Agar (Backhefe 0,5 %, bezogen auf Frischgewicht; CaCl2 x 2H20 0,1 %, Cyanocobalamin 0,5 mg/1, Agar 1,5 %; pH 7,2). Auf reinen Glucose-Mineralsalz-Medien ist kein Wachstum zu beobachten. Proteine, z. B. Casein oder Einzellerprotein werden hydrolysiert . Chitin wird nicht angegriffen. Der Stamm wächst bevorzugt bei 30 °C, im neutralen pH-Bereich und aerob. Auf geeigneten Nährböden breitet sich die Kolonie allmählich über die Kulturplatte aus. Auf der Oberfläche bilden sich kurze breite radiale Gräben. Sind Hefezellen im Nährboden vorhanden, werden diese weitgehend abgebaut. Nach einigen Tagen können Fruchtkörper entstehen: Diese bestehen aus einem
weißen Schleimstiel, der am Ende eine Gruppe von dicken orangefarbenen Sporangiolen mit jeweils 1 bis 3 feinen Schwänzchen trägt. Die Fruchtkörper werden 200 bis 800 μm hoch.
In Flüssigmedien wächst der Stamm in kleinen Zellklümp- chen, sowohl in Schüttelkolben bei 160 UpM (100 ml Medium in 250 ml Erlenmeyerkolben bzw. 400 ml Medium in 1000 ml Erlenmeyerkolben), als auch in Bioreaktoren (getestet bis zum 100 1 Maßstab). Als Kulturmedium ist z. B. PollA -Medium geeignet: Probion PS (Einzellerprotein aus Methylomonas clarae; Hoechst-Werke, Frankfurt) 0,3 %; Stärke 0,3 %; MgS04*7H20 0,1 %; CaCl2x2H20 0,05 % ; lml/1 Standard-Spurenelementlösung und lml/1 Standardvitaminlösung (Schlegel, Allgemeine Mikrobiologie 5. Auflage, Seite 168 ff.); pH 7,0. Die Kulturen werden bei 30 °C über 5-7 Tage gehalten. Der Stamm wächst auch gut auf der Basis von Magermilchpulver.
Cm r8 läßt sich konservieren: z. B. durch Einfrieren vegetativer Zellen von Agarplatten oder Flüssigkulturen in Peptonlösung bei -80 ° oder im flüssigen Stickstoff.
A.4. Leistungen des Produktionsstammes: In Zellextrakten von Cm r8 ist eine cytotoxische Aktivität gegen verschiedene Zellkulturen (z. B. L929 Mausfibroblasten) nachweisbar. Die verantwortliche Substanz wurde Apicularen A genannt.
A.5. Zugänglichkeit des Produktionsstamms: Cm rδ ist bei der Deutschen Sammlung von Mikroorganismen (DSM) in Braunschweig unter der Nr. DSM 12054 hinterlegt.
A.6. Nachweis von Apicularen A: Zum qualitativen Nachweis von Apicularen A wird die Zellmasse bzw. das XAD (siehe unten) der produzierenden Kultur mit Aceton bzw. Metha-nol extrahiert. Aliquote der konzentrierten Extrakte werden gegen L929 Mausfibroblasten getestet. Die quanti-tative Bestimmung in den Extrakten erfolgt wie in Ab-schnitt B beschrieben mittels HPLC. Die Aufarbeitung, Isolierung und chemische Charakterisierung erfolgen ebenfalls gemäß Abschnitt B.
A.7. Produktionsbedingungen von Apicularen A: In Schüttelkolben wird Apicularen A während des Wachstums gebildet und erreicht nach 5-7 Tagen am Ende der loga-rithmischen bis frühen stationären Phase die höchste Aktivität.
Fermentationsbeispiel im Bioreaktor
Bioreaktor Firma Bioengineering mit 150 1 Gesamtvolumen und 90 1 Arbeitsvolumen, ausgestattet mit Blattrührer. Medium PollA: Probion PS (Einzellerprotein aus Methylomonas clarae; Hoechst-Werke Frankfurt) 0,3%; Stärke 0,3 %, MgS04.7H20 0,1%; CaCl2.2H20 0,05 %; Standard-Spurenelementlösung 1 ml/1 (Schlegel, Allgemeine Mikrobiologie, 5. Auflage, Seite 168 ff.), Cyanocobalamin 0,25 mg/1; pH 7,1. 85 1 Medium werden mit 5 1 Kultur aus gut bewachsenen Schüttelkolben beimpft. Die Belüftungsrate wird zu Beginn der Fermentation auf 200 NL/ Stunde, die Drehzahl auf 120 UpM eingestellt. Nach 44 Std. bis zum Ende der Fermentation (nach 240 Stunden) wird die Drehzahl auf 100 UpM erniedrigt. Wegen starker Schaumbildung des Mediums werden zusätzlich 0,03 % des Antischaummittels Tegosipon (Fa. Goldschmidt, Essen) zugesetzt. Der p02-Wert, der zu Beginn der Fer-
mentation 98 % Sättigung beträgt, sinkt bis zum Ende der Fermentation nach 240 Stunden bis auf 72,5 %. Der pH-Wert sinkt im
Verlauf der ersten 28 Stunden Fermentation von pH 7,1 auf pH 6,9; steigt dann kontinuierlich bis 160 Stunden bis auf pH 7,62 und wird bei diesem Wert durch Titration mit 30 % Essigsäure bis zum Ende der Fermentation nach 240 Stunden gehalten. Der Gehalt an Apicularen A beträgt am Ende der Fermentation 6,5 mg/1.
B. Gewinnung und Charakterisierung
1. Isolierung
Zellen und Amberlite XAD-16 Adsorberharz (900 g) aus einer 90 1 Fermentation von Chondromyces robustus Stamm Cm r8 wurden durch Zentrifugieren vom Fermentationsüberstand abgetrennt und dreimal mit 1,5 1 Aceton extrahiert. Die vereinigten Acetonex- trakte wurden filtriert und i. Vak. bis zur verbleibenden Wasserphase eingeengt, die bei neutralem pH-Wert mit insgesamt 600 ml Essigsäureethylester in zwei Portionen extrahiert wurde.
Apicularen A: Nach Trocknung mit wasserfreiem Natriumsulfat wurde die organische Phase i. Vak. eingeengt. Der Rückstand (16 g) wurde in 275 ml Methanol mit 3% Wasser aufgenommen und zweimal mit je 200 ml Heptan extrahiert. Beim Einengen der Methanolphase i. Vak. verblieben 6 g Rohprodukt, das durch Kieselgel-Flashchromatographie aufgetrennt wurde (25 g Kieselgel LiChroprep Si 100,25-40 μ (Merck); Laufmittel : Methylenchlorid 120 ml und Methylenchlorid/Methanol (98:2) 120 ml. Die nach DC- Analytik reinste Produktfraktion wurden i. Vak. zu einem Rückstand (390 mg) eingeengt, der in methanolischer Lösung zu 156
mg Apicularen A kristallisierte. Zur Analytik wurde die Probe aus Methanol umkristallisiert und im Vakuum getrocknet.
Apicularen B: Die mit Essigsäureethylester extrahierte Wasserphase des Rohextraktes wurde anschließend dreimal mit insgesamt 450 ml n-Butanol extrahiert. Die Butanolphase wurde i. Vak. vollständig vom Lösungsmittel befreit und durch RP- Chromatographie (RP-Kieselgel ODS-AQ, 120 Ä, 15 μ (YMC); Laufmittel 45% Methanol in Wasser, Detektion UV-Absorption bei 280 nm) getrennt. Die Produktfraktion wurde i. Vak. zu 85 mg Apicularen B eingeengt. Zur Analytik wurde eine Probe durch Sephadex LH-20 Chromatographie gereinigt.
2.1 Substanzdaten von Apicularen A
DC-Analytik: Aluminiumfolie mit 0,2 mm Kieselgel 60 F254, (Merck, Darmstadt); Laufmittel Methylenchlorid:Methanol (9:1), R£ = 0,39, sichtbar als UV-Löschung bei 254 nm und nach Anfär- bung mit Vanillin/Schwefelsäure-Reagenz, rosa-braun nach Erhitzen auf 120 °C. HPLC-Analytik: Säule 2 mm ID, 125 mm Länge mit Vorsäule 11 mm gefüllt mit RP-Kieselgel (Nucleosil 120-5 C1Br 5 μ) (Fa. Ma- cherey-Nagel, Düren); Laufmittel-Gradient mit Methanol:Wasser, 50 % Methanol isokratisch 4 min, dann auf 65 % Methanol in 6 min; Fluß 0,3 ml/min; UV-Detektion bei 278 nm; Rt = 7,7 min. Schmp.: 139-141 °C (Zers.) spez. Drehwert: [α]19 D = -36,1 (c = 1, in Acetonitril) .
UV (Methanol): λm (lg ε) = 278 (4,43).
IR-Spektrum (KBr) : vmax = 3288 (3597, 3510, 3417, 3194, 3067, 3031 sh), 2960, 2932, 2917, 2873, 1725, 1715, 1678, 1654, 1610,
1522, 1464, 1283, 1240, 1217, 1119, 1075, 1060, 957, 869, 803, 778, 722, 634 cm"1.
NMR-Daten: s. Tabelle.
MS: (EI): m/z (%) = 442 (5,4), 441 (23) M+, 423 (2) [M-18] + , 412 (5), 394 (2), 332 (9), 272 (4), 233 (7), 215 (15), 207 (9), 191 (50), 109 (100); (+)-DCI (i-Butan): m/z (%) = 442 (100), 443 (26); (-)-DCI (i-Butan): m/z (%) = 441 (100), 442 (20).
Hochauflösung :
C25H31N06 Ber. 441,2151 Gef. 441,2130 (EI-MS)
CxβH22N06 Ber. 332,1497 Gef. 332,1510 (EI-MS)
C7H90 Ber. 109,0653 Gef. 109,0647 (EI-MS)
2.2 Struktur
3.1 Substanzdaten von Apicularen B
DC-Analytik: Aluminiumfolie mit 0,2 mm Kieselgel 60 F254, (Merck, Darmstadt); Laufmittel Methylenchlorid: Methanol (9:1), R£ = 0.1, (8:2), R£ = 0.43, sichtbar als UV-Löschung bei 254 nm und nach Anfärbung mit Vanillin/Schwefelsäure-Reagenz, rosabraun nach Erhitzen auf 120°C-
HPLC-Analytik: Säule 2 mm ID, 125 mm Länge mit Vorsäule 11 mm gefüllt mit RP-Kieselgel (Nucleosil 120-5 C1B, 5 μ ) (Fa. Mache- rey-Nagel, Düren); Laufmittel-Gradient mit Methanol: Wasser, 50% Methanol isokratisch 4 min, dann auf 65% Methanol in 6 min; Fluß = 0,3 ml/min; UV-Detektion bei 278 nm; Rf = 3.9 min.- C33H44N2011 M = 644,71 spez. Drehwert: [ ]21 D = -5.5 (c= 0.3, in Methanol ).-
UV (Methanol) : λmax (lg ε) = 280 nm (4,489).-
NMR-Daten: s. Tabelle 2.-
DCI-MS [(+) (i-Butan) ] : m/z( % ) = 645 [M+H],;
DCI-MS [ (-)i-Butan] : m/z( % ) = 644 [14].-
Hochauflösung:
C33H44N2Ou Ber . 644 , 2945 ( 1 ) Gef . 644 . 2985 [ DCI ( - ) ]
3.2 Struktur
OH
C. Wirkungen von Apicularen A
C.l. Cytotoxische Aktivität
Apicularen A hat eine sehr starke cytotoxische Wirkung. Das Wachstum verschiedener humaner und tierischer Zellinien wird vollständig gehemmt. Unter Einfluß von Apicularen A werden abartige Spindelapparate beobachtet. Die Tabelle gibt die Konzentrationen für eine 50 %ige Hemmung [IC50] des Zellwachstums.
ERSATZBWπ (REGEL 26)
Tabelle 1. NMR. -Daten von Apicularen A in [d6] Aceton ('H: 600
MHz, 3C: 150 MHz)
H δ, m J m
1 1 169.28
2 2 125.44
3 3 154.23
4 6.77 dd 8.2,1 4 114.39
5 7.10 dd 8.2,7.7 5 130.20
6 6.69 dd 7.7, 1 6 122.24
7 7 140.15
8a 3.34 dd 14.8,9.8
8b 2.44 dd 14.8, 1.6 (br.) 8 40.26 t
9 3.87 dddd 9.8,8.5,4.8,1.6 9 73.64 d
10a 1.93 ddd 12.8,4.8,4.4
10b 1.48 ddd 12.8,8.5,8.5 10 39.60 t
11 3.98 dddd 8.5, 7.6, 5.3, 4.4 11 64.87 d
12a 1.68 ddd 12.8, 6.5, 5.3
12b 1.52 ddd 12.8,7.6,4.7 12 39.88 t
13 4.25 dddd 10.9,6.5,4.7,2.0 13 68.05 d
14a 1.83 ddd 14.5, 10.9, 10.9
14b 1.57 ddd 14.8,2.5,2.0 14 38.81 t
15 5.42 dddd 10.9,6.5,6.5,2.5 15 74.21
16 2.34 m - 16 36.37
17 5.26 dt 14.5, 7.2 17 108.09
18 6.89 ddt 10.2, 14.5, 1.6 18 126.24
19 19 163.64
20 5.74 ddd 11.6,1.5,1.5 20 120.84
21 6.84 ddd 11.6,11.5,1.3 21 136.77
22 7.51 dddt 11.5,10.9,1.6,1.6 22 125.37
23 5.80 dddt 10.9,1.3,1.1,7.7 23 141.48
24 2.27 ddq 7.7,1.6,7.6 24 21.00
25 1.00 t 7.6 25 14.30
3-OH 8.37 s br.
11-OH 3.79 m -
18-NH 9.08 d 10.2 (br.)
Tabelle 2. NMR-Daten von Apicularen B in [d Methanol
rι° mit Acetylgruppen-Mcthylsignal