Studium interakcí protinádorově účinných komplexů těžkých kovů s biomakromolekulami

Mgr. Lenka Zerzánková, Ph.D.

Disertační práce

Study of interactions of antitumor effective metal based complexes with biomacromolecules

Anotace:

Nevýhody spojené s klinickým použitím cisplatiny (cis-diammindichloroplatnatým komplexem), jakými jsou např. nežádoucí vedlejší účinky na organismus pacienta a vrozená či opakovaným podáváním farmaka získaná rezistence některých nádorů, byly impulsem pro vznik nových protinádorových léčiv a následné detailnější studie molekulárních mechanismů jejich biologické účinnosti. Předkládaná disertační práce se zabývá třemi přístupy, díky nimž mohou být výše zmíněné nevýhody překonány: změna chemické struktury či oxidačního stavu komplexů platiny či výměna centrálního atomu platiny za jiný přechodný kov (př. ruthenium). Tyto modifikace nových metalofarmak mohou změnit jejich DNA vazebné vlastnosti natolik, že i následné buněčné “procesování“ a mechanismus jejich biologické účinnosti bude odlišný od konvenční cisplatiny. V této práci byl studován mechanismus protinádorového působení nových dvojjaderných PtII komplexů, [{PtCl(diaminocyklohexan)}2-µ-H2N(CH2)6NH2(CH2)2NH2(CH2)6NH2]4+ a {[cis-Pt(NH3)2Cl]2(4,4′-methylendianilin)}2+. Tito zástupci vícejaderných Pt komplexů se svou chemickou strukturou významně liší od monojaderné cisplatiny. V naší práci bylo zjištěno, že studované dvojjaderné komplexy se od cisplatiny odlišují nejen svými DNA vazebnými vlastnosti, ale také jimi způsobené poškození DNA je rozdílným způsobem rozpoznáváno a zpracováváno buněčnými proteiny. Oba studované dvojjaderné komplexy navíc vykazují zvýšenou stabilitu vůči metabolické deaktivaci. S myšlenkou snížení vedlejších negativních účinků byly připraveny selektivně fotoaktivovatelné diazidoplatičité komplexy, trans, trans, trans-[Pt(N3)2(OH)2(NH3)(L)], kde L = pyridin nebo piperidin. Z biologického a biochemického hlediska vykazovaly oba komplexy (lišící se ligandem L) podobné vlastnosti. Jejich vzájemná rozdílnost byla pozorována pouze v případě mechanismu aktivace daného komplexu, kdy komplex s piperidinovým ligandem vyžadoval nižší dávky aktivujícího záření k docílení stejné protinádorové účinnosti jako jeho pyridinový analog. Pozornost byla věnována také studiu cytotoxicity, buněčné akumulace, DNA vazebných vlastností a buněčného “procesování“ komplexů ruthenia typu [(η6-aren)Ru(ethylendiamin)Cl]+, kde arenem je para-, ortho- či meta- terfenyl. Výsledky naší práce odhalily vliv geometrie fenylových kruhů na DNA vazebný mód a výslednou protinádorovou účinnost těchto látek. Společným rysem všech studovaných komplexů je jejich schopnost překonat rezistenci nádorových buněčných linií k cisplatině. Toto zjištění ukazuje, že změnou chemické struktury či změnou centrálního atomu kovu může být docíleno zvýšené protinádorové účinnosti této třídy cytostatik.

Abstract:

Drawbacks associated with cisplatin [cis-diamminedichloridoplatinum(II)] treatment of cancer, e.g. severe side effects or the inherent and acquired resistance to this drug, gave an impuls to the design and synthesis of alternative transition metal-based anticancer drugs and consequently to studies focused on understanding details of the molecular mechanisms underlying the biological efficacy of these compounds. The present work deals with three main approaches supposed to be associated with overcoming these disadvantages: an alteration of chemical structure or oxidative state of platinum complexes or changing the central metal atom for other transition metal (e.g. ruthenium). These modifications are thought to modulate their DNA-binding mode, subsequent processing of DNA damage and consequently their mechanism of biological efficacy. We studied the molecular mechanism of action of new antitumor dinuclear PtII complexes, [{PtCl(diaminocyclohexane)}2-µ-H2N(CH2)6NH2(CH2)2NH2(CH2)6NH2]4+ and {[cis-Pt(NH3)2Cl]2(4,4′-methylenedianiline)}2+, belonging to the group of polynuclear platinum complexes markedly distinct in chemical structure from cisplatin. DNA studies revealed a substantially different DNA binding mode, protein recognition and repair of the damages imposed by these dinuclear complexes on DNA in comparison with the effects of conventional mononuclear cisplatin. Moreover, both dinuclear Pt complexes exhibit enhanced stability to metabolic deactivation. Reported herein is also a comparative study of two structurally cognate PtIV diazide complexes belonging to the group of photoactivatable drugs, [Pt(N3)2(OH)2(NH3)(L)], distinct only in a ligand (L) ~ pyridine or piperidine. In majority of cellular and biochemical aspects both complexes exhibit similar behaviour. Noticeably, the complex containing piperidine ligand requires less doses of irradiation to reach the same level of antiproliferative activity than its pyridine analogue. Our attention was also paid to cytotoxicity screening, cellular uptake, DNA binding properties and cellular processing of ruthenium complexes of the type [(η6-arene)Ru(ethylendiamine)Cl]+, where the arene is para-, ortho-, or meta- terphenyl. Our results clearly show influence of the geometry of the phenyl rings on the DNA binding mode and resulting antitumor effectiveness of these compounds. A common feature of all studied complexes is their capability to circumvent the resistance to cisplatin. This finding proves, at least partly, the hypothesis that alterations of chemical structure or changes of central metal atom can lead to the improvement of antitumor properties of the transition metal-based complexes.

Klíčová slova

cytostatika, cisplatina, vícejaderné komplexy platiny, fotoaktivovatelné komplexy platiny, komplexy ruthenia, cytostatics, cisplatin, polynuclear platinum complexes, photoactivatable platinum complexes, ruthenium complexes

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 27. 6. 2011

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 5. 9. 2011
• Vedoucí: prof. RNDr. Jana Kašpárková, Ph.D.
• Oponent: doc. RNDr. Šárka Pospíšilová, Ph.D., doc. RNDr. Miroslav Šíp, DrSc.

Masarykova univerzita

Přírodovědecká fakulta

Doktorský studijní program / obor:
Fyzika (čtyřleté) / Biofyzika