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Cellular and molecular effects of antitumoral organometallic ruthenium and osmium complexes containing Cdk inhibitors

Novak, Maria (2011) Cellular and molecular effects of antitumoral organometallic ruthenium and osmium complexes containing Cdk inhibitors.
Masterarbeit, Universität Wien. Zentrum für Molekulare Biologie
BetreuerIn: Keppler, Bernhard

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URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-29692.25859.836264-2
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Abstract in Englisch

Recently, the successful cooperation of medicinal chemistry and biology provides exciting opportunities in cancer treatment. A detailed and deep understanding of the mechanism of action of anticancer drugs based on metals makes it possible to change and improve the structural properties that are relevant for the potency of these drugs. In this work we have investigated two groups of metal complexes. The first group are new ruthenium-arene complexes [RuCl(h6-arene)(L)]Cl (1c–5c) with a modified arene ligand, 4-formylphenoxyacetyl-h6-benzylamide, that may be tethered to rHSA, and L = 3-(1H-benzimidazol-2-yl)-pyrazolo[3,4-b]pyridines (L1-L3) or indolo-[3,2-d]benzazepines (Paullones) (L4, L5), which are known CDK inhibitors. The second group consist of organometallic complexes [MIICl(h6-cymene)(L)]Cl (where M = Ru (11a, 12a, 13a), Os (11b, 12b, 13b) and L = L1–L3). The cytotoxic activity of these complexes was detected by the colometric MTT assay in three human cancer cell lines: CH1 (ovarian carcinoma), A549 (non-small cell lung carcinoma) and SW480 (colon carcinoma) cells. In the cytotoxicity test the compounds showed the strongest effects in the chemosensitive ovarian carcinoma cell line CH1, whereas the generally chemoresistant non-small cell lung cancer cell line A549 is the least sensitive to this series of compounds. The most active of the complexes bearing a 4-formylphenoxyacetylbenzylamide ligand is the Paullone complex 5c, which shows higher antiproliferative activity in all three cell lines, as was previously reported for [RuCl(h6-p-cymene)(L)]Cl complexes (as well as their osmium analogues) with Paullones L4 and L5. The complexes were screened for effects on the cell cycle by means of flow cytometry with propidium iodide staining. These experiments showed that Os complexes have lesser effect than Ru analogues on the cell cycle. In particular, ruthenium complexes 12a and 13a with ligands L2 and L3 have pronounced effects on the cell cycle, with varying intensity depending on the concentration. Among the Ru complexes with a 4-formylphenoxyacetylbenzylamid ligand, 5c with Paullone ligand L5 showed the strongest effect (G2/M phase arrest). With Western blotting we have investigated the apoptosis-associated protein (PARP) in CH1 and SW480 cell lines treated with the bromo-substituted ruthenium complexes 2c and 5c. Cleavage of PARP was significantly detected only in CH1 cells in a dose-dependent manner after 5c exposure. Furthermore, we have studied the capacity of these compounds to inhibit cyclin-dependent kinases. Measurements of kinase activity of recombinant Cdk/cyclin complexes showed high inhibitory activity of the ligands, in particular Cdk2/cyclin E, compared with their related complexes. A comparison of structure–activity relationships with regard to cytotoxicity, cell cycle effects and kinase inhibition does not support Cdk1 and Cdk2 as the general principal targets of these compounds. In cell-free experiments only several compounds proved to be capable of inhibiting Cdks in relevant concentrations, and the results of the kinase inhibition experiments do not correlate with cell cycle analysis data. In sharp contrast, ligands exerting minor effects on the cell cycle show high Cdk inhibitory potency and, vice versa, the ruthenium complexes with these ligands cause stronger inhibition of the cell cycle than Cdk inhibition, which might point to principal differences between cell-free and cell culture settings.

Schlagwörter in Englisch

ruthenium complexes / osmium complexes / Cdk inhibitors / cell cycle

Abstract in Deutsch

Das erfolgreiche Zusammenspiel von Medizinischer Chemie und Biologie ermöglicht vielversprechende Behandlungsansätze in der Krebstherapie. Ein detailliertes und umfangreiches Verständnis der Wirkmechanismen von metall-basierten Krebsmedikamenten ist notwendig, um die Wirkung dieser Substanzen durch strukturelle Variationen zu verbessern. In dieser Arbeit wurden zwei verschiedene Gruppen metallbasierter Komplexe untersucht. Die erste Gruppe umfasst die neuen Ruthenium-Aren-Komplexe [RuCl(h6-Aren)(L)]Cl (1c–5c) mit dem modifizierten Aren-Liganden 4-Formylphenoxyacetyl-h6-benzylamid, der an rHSA gebunden werden kann, und L = 3-(1H-Benzimidazol-2-yl)-pyrazolo[3,4-b]pyridin (L1-L3) oder Indolo-[3,2-d]benzazepines (Paullones) (L4, L5), die bekannte CDK inhibitoren sind. Die zweite Gruppe besteht aus organometallischen Komplexe [MIICl(h6-Cymen)(L)]Cl (wobei M = Ru (11a, 12a, 13a), Os (11b, 12b, 13b) und L = L1–L3). Die zytotoxische Aktivität dieser Komplexe wurde mit Hilfe des kolorimetrischen MTT-Tests in drei humanen Krebszelllinien bestimmt: CH1 (Ovarialkarzinom), A549 (nicht-kleinzelliges Bronchialkarzinom) und SW480 (Dickdarmkarzinom). Den stärksten Effekt erzielten die Verbindungen in der chemo-sensitiven Ovarialkarzinom-Zelllinie CH1, während sie in der chemoresistenten nicht-kleinzelligen Lungenkrebs-Zelllinie A549 die schwächste Aktivität zeigten. Der aktivste Komplex ist der Paullonekomplex 5c mit dem 4-Formylphenoxyacetyl-h6-benzylamid-Liganden, der in allen drei Zelllinien antiproliferative Aktivität aufwies. Solche Aktivität wurde bereits für [RuCl(h6-p-cymene)(L)]Cl-Komplexe (und deren Osmium-Analoga) mit den Paullon-Liganden L4 und L5 berichtet. Der Effekt der Komplexe auf den Zellzyklus wurde mittels Propidiumiodidfärbung und Durchflusszytometrie untersucht. Dabei stellte sich heraus, dass die Osmiumkomplexe weniger Einfluss auf den Zellzyklus haben als die Ruthenium-Analoga. Die Rutheniumkomplexe 12a und 13a mit den Liganden L2 und L3 beeinflussen den Zellzyklus konzentrationsabhängig. Unter den Rutheniumkomplexen mit dem 4-Formylphenoxyacetyl-h6-benzylamid-Liganden zeigte 5c mit dem Paulloneligand L5 den stärksten Effekt (G2/M Phase-Arrest). Die Wirkung auf das apoptose-assoziierte Protein (PARP) wurde mit Hilfe der Western Blot-Technik in CH1-, und SW480-Zellen überprüft, die mit den brom-substituierten Komplexen 2c und 5c behandelt wurden. Eine deutliche Spaltung des PARP wurde nur in CH1-Zellen festgestellt, die mit 5c inkubiert worden waren. Des Weiteren wurde die Kapazität der Komplexe, Cyclin-abhängige Kinasen zu inhibieren, untersucht. Die Messung der Kinase-Aktivität von rekombinanten Cdk/Cyclin Komplexen, besonders Cdk2/Cyclin E, zeigte eine hohe inhibitorische Aktivität der Liganden im Vergleich zu den entsprechenden Komplexen. Ein Vergleich der Struktur-Wirkungs-Beziehungen dieser Komplexe in Bezug auf die Zytotoxozität, Effekte auf den Zellzyklus und die Kinase-Inhibition spricht gegen Cdk1 und Cdk2 als primäre Targets dieser Verbindungen. In den zellfreien Versuchen waren nur wenige Komplexe in der Lage, in relevanten Konzentrationen Cdks zu inhibieren, und die Ergebnisse dieser Experimente korrelieren nicht mit den Zellzyklus-Studien. Im Gegensatz dazu zeigten die Liganden, die nur wenig Einfluss auf den Zellzyklus hatten, starkes Cdk-inhibierendes Potenzial, während, vice versa, die Ruthenium-Komplexe mit diesen Liganden einen stärkeren Einfluss auf den Zellzyklus haben, und weniger effektiv in der Cdk-Inhibierung sind. Diese Ergebnisse sind möglicherweise auf Unterschied zwischen zellfreien Versuchen und Experimenten in der Zellkultur grundlegenden.

Schlagwörter in Deutsch

Rutheniumkomplexe / Osmiumkomplexe / Cdk Inhibitoren / Zellzyklus

Dokumentenart: Hochschulschrift (Masterarbeit)
AutorIn: Novak, Maria
Titel: Cellular and molecular effects of antitumoral organometallic ruthenium and osmium complexes containing Cdk inhibitors
Umfangsangabe: 51 S.
Institution: Universität Wien
Fakultät: Zentrum für Molekulare Biologie
Publikationsjahr: 2011
Sprache: eng ... Englisch
BetreuerIn: Keppler, Bernhard
BeurteilerIn: Kepper, Bernhard
2. BeurteilerIn: Rotheneder, Johann
Klassifikation: 42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie
AC-Nummer: AC08784069
Dokumenten-ID: 15690
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

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