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Synthesis, in vitro antitumor activity and DNA interactions of guanidine platinum(II) complexes

Legin, Anton (2010) Synthesis, in vitro antitumor activity and DNA interactions of guanidine platinum(II) complexes.
Masterarbeit, Universität Wien. Fakultät für Chemie
BetreuerIn: Keppler, Bernhard

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URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-29784.72316.632269-4
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Abstract in Englisch

Recently it was discovered that platinum iminoether and amidine complexes have a high inhibitory potency on cancer cell proliferation and viability and probably possess a mechanism of action different from classic platinum drugs, as the compounds with trans-configuration are more active than cis-isomers. In this work we investigated related platinum(II) complexes with the structural element (guanidine)2PtII, prepared by nucleophilic addition of ammonia to the push-pull nitrile ligands in cis- and trans-[PtCl2(RCN)2] (R = NMe2, NEt2, NC5H10). The neutral complexes cis-1–3 and trans-1–3 as well as the cationic complexes cis-4–6 and trans-4–6, which contain ammine instead of chloro ligands, were synthesized and characterized by Tyan M. supervised by Prof. Dr. Kukushkin V. at the Chemistry department of St. Petersburg University. In the presented work we have synthesized cationic guanidine compounds trans-[Pt(NH2Me)2{NH=C(NHMe)NR}2](Cl)2 (R = NEt2, NC5H10) (trans-7,8) by nucleophilic addition of methylamine to cyanamide platinum(II) complexes. These compounds were purified and characterized by various physical and chemical methods (elemental analysis, ESI mass spectrometry, IR, 1H NMR and 13C{1H} NMR). We have studied the biological activity of the entire set of guanidine compounds (cis-1–6 and trans-1–8), using various bioanalytical methods. Cytotoxic activity of guanidine platinum(II) complexes was determined using the colorimetric MTT assay in two human cancer cell lines: CH1 (ovarian carcinoma) and SW480 (colon cancer). IC50 values of these compounds vary within a broad range of micromolar concentrations. We could confirm the expectation that the cytotoxicity of several trans-configured complexes is higher than that of cis-congeners. The analysis showed that there is a correlation between the cytotoxic potency of the compounds and the length of the variable residue on the guanidine ligand. Moreover, cytotoxicities of the cationic complexes are mostly lower, but in some cases even comparable to those of the corresponding neutral complexes, despite the lack of distinctly labile ligands. In order to figure out whether cytotoxicity correlates with cellular uptake of the compounds cellular platinum levels were analyzed by ICP-MS upon treatment of adherent SW480 cells. Modified cellular uptake experiments (non-adherent state) were performed alternatively to determine the cellular levels of those compounds that have a much stronger affinity to the polystyrene of the culture plates than to the cells. Since the difference in cytotoxic potency between cisplatin and transplatin has been ascribed to different capacities of DNA binding, DNA interactions of several compounds were studied in order to find hints for the possible reasons for their different activities. For this purpose, an electrophoretic mobility shift assay indicating the impact on the secondary structure of plasmid DNA in cell-free conditions was employed. Furthermore, DNA platination was quantified in treated SW480 cells by ICP-MS. In the latter method platinum concentration was measured together with phosphorus concentration to determine amount of platinum relative to the nucleotides. The results obtained from the electrophoretic mobility shift assay, cellular uptake and DNA platination experiments are consistent with the assumption that DNA is the main target for guanidine platinum(II) complexes.

Schlagwörter in Englisch

platinum compounds / antitumor agents / synthesis / cytotoxicity / DNA interactions

Abstract in Deutsch

In jüngster Zeit wurde entdeckt, dass Platin-Iminoether- und -Amidine-Komplexe ein starkes Vermögen, die Proliferation von Krebszellen zu hemmen, und wahrscheinlich einen von klassischen Platinverbindungen abweichenden Wirkmechanismus aufweisen, da die Verbindungen mit trans-Konfiguration aktiver sind die als die cis-Isomere. In der vorliegenden Arbeit wurden nahe verwandte Platin(II)-Komplexe mit dem Strukturelement (Guanidin)2PtII, welche mittels nukleophiler Addition von Ammoniak an die „Push-Pull“-Nitrilliganden in cis- und trans-[PtCl2(RCN)2] (R = NMe2, NEt2, NC5H10) hergestellt werden, untersucht. Die neutralen Komplexe cis-1–3 und trans-1–3 sowie die kationischen Komplexe cis-4–6 und trans-4–6, welche Ammin- anstelle von Chloro-Liganden enthalten, wurden von M. Tyan unter der Betreuung von Prof. Dr. V. Kukushkin am Department für Chemie der Universität St. Petersburg, Russland, synthetisiert und charakterisiert. In der vorliegenden Arbeit wurden die kationischen Guanidin-Verbindungen trans-[Pt(NH2Me)2{NH=C(NHMe)NR}2]Cl2 (R = NEt2, NC5H10) (trans-7,8) mittels nukleophiler Addition von Methylamin an Cyanamid-Platin(II)-Komplexe synthetisiert. Diese Verbindungen wurden gereinigt und mittels verschiedener physikalischer und chemischer Methoden (Elementaranalyse, ESI-Massenspektrometrie, IR-Spektroskopie, 1H- und 13C{1H}-NMR-Spektroskopie) charakterisiert. Die biologische Aktivität wurde an dem gesamten Reihe von Guanidin-Verbindungen (cis-1–6, trans-1–8) mittels verschiedener bioanalytischer Methoden untersucht. Die Zytotoxizität der Guanidin-Platin(II)-Komplexe wurde anhand des kolorimetrischen MTT-Tests in zwei humanen Krebs-Zellinien bestimmt: CH1 (Ovarialkarzinom) und SW480 (Kolonkarzinom). Die IC50-Werte dieser Verbindungen variieren in einem großen Bereich mikromolarer Konzentrationen. Dabei konnte die Erwartung, dass die Zytotoxizität mehrerer trans-konfigurierter Komplexe jene der cis-Analoga übertrifft, bestätigt werden. Weiters wurde eine Korrelation zwischen der zytotoxischen Potenz und der Länge des variablen Rests am Guanidin-Liganden festgestellt. Die Zytotoxizitäten der kationischen Komplexe sind zwar überwiegend geringer, in einigen Fällen aber auch vergleichbar jenen der korrespondierenden neutralen Komplexe, trotz des Fehlens ausgesprochen labiler Liganden. Um herauszufinden, ob die Zytotoxizität mit der zellulären Aufnahme der Verbindungen korreliert, wurden die zellulären Platingehalte nach Behandlung von adhärenten SW480-Zellen mittels ICP-MS analysiert. Modifizierte Experimente zur zellulären Aufnahme (im nicht-adhärenten Zustand) wurden alternativ durchgeführt, um auch die zellulären Gehalte jener Verbindungen, die eine wesentlich höhere Affinität zum Polystyrol der Kulturplatten als zu den Zellen aufweisen, zu bestimmen. Da der Unterschied der zytotoxischen Potenzen von Cisplatin und Transplatin mit dem unterschiedlichen Vermögen, an DNA zu binden, erklärt wird, wurden die DNA-Interaktionen mehrerer Verbindungen untersucht, um Hinweise auf mögliche Gründe für die unterschiedlichen Aktivitäten zu finden. Für diesen Zweck wurde ein Electrophoretic Mobility Shift Assay, welcher die Auswirkung auf die Sekundärstruktur einer Plasmid-DNA unter zellfreien Bedingungen veranschaulicht, herangezogen. Weiters wurde das Ausmaß der DNA-Platinierung in behandelten SW480-Zellen mittels ICP-MS quantifiziert. Dabei wurden Platin und Phosphor zugleich gemessen, um den Gehalt an Platin in Relation zur Anzahl der Nukleotide angeben zu können. Die Ergebnisse des Electrophoretic Mobility Shift Assay, der zellulären Aufnahme und der DNA-Platinierung stehen im Einklang mit der Annahme, dass die DNA das Haupt-Target von Guanidin-Platin(II)-Verbindungen ist.

Schlagwörter in Deutsch

Platinverbindungen / Antitumorale Wirkstoffe / Synthese / Zytotoxizität / DNA-Interaktionen

Dokumentenart: Hochschulschrift (Masterarbeit)
AutorIn: Legin, Anton
Titel: Synthesis, in vitro antitumor activity and DNA interactions of guanidine platinum(II) complexes
Umfangsangabe: 64 S.
Institution: Universität Wien
Fakultät: Fakultät für Chemie
Publikationsjahr: 2010
Sprache: eng ... Englisch
BetreuerIn: Keppler, Bernhard
BeurteilerIn: Keppler, Bernhard
Klassifikation: 35 Chemie > 35.42 Präparative Anorganische Chemie
35 Chemie > 35.43 Koordinationsverbindungen, Komplexchemie
35 Chemie > 35.45 Übergangselemente und ihre Verbindungen
35 Chemie > 35.70 Biochemie: Allgemeines
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie
AC-Nummer: AC08286743
Dokumenten-ID: 10594
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

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