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- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-554995
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.55499
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 2 February 2024 |
| Referee: | Dr. Gülow Karsten |
| Date of exam: | 24 January 2024 |
| Institutions: | Medicine > Lehrstuhl für Innere Medizin I |
| Keywords: | DMF, Zelltod, BH3-Mimetika |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 500 Natural sciences & mathematics |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 55499 |
Abstract (German)
Leberneoplasien zählen zu den malignen Erkrankungen mit der drittgrößten globalen Mortalitätsrate. Innerhalb dieses Spektrums repräsentiert das HCC die prädominante maligne Entität innerhalb der Leber. Die wachsende Prävalenz von Leberneoplasien kann auf verschiedene Risikofaktoren zurückgeführt werden. Trotz dieser alarmierenden Trends bleiben die therapeutischen Optionen für das HCC begrenzt. ...
Abstract (German)
Leberneoplasien zählen zu den malignen Erkrankungen mit der drittgrößten globalen Mortalitätsrate. Innerhalb dieses Spektrums repräsentiert das HCC die prädominante maligne Entität innerhalb der Leber. Die wachsende Prävalenz von Leberneoplasien kann auf verschiedene Risikofaktoren zurückgeführt werden. Trotz dieser alarmierenden Trends bleiben die therapeutischen Optionen für das HCC begrenzt. Eine zusätzliche Herausforderung stellt die Entwicklung von Therapieresistenzen dar, die die Effektivität der therapeutischen Interventionen weiter erschweren.
Deshalb lag der Schwerpunkt dieser Arbeit darin, Dimethylfumarat (DMF) als neue mögliche Therapieoption für das hepatozelluläre Karzinom (HCC) zu evaluieren. Dazu wurden insgesamt 3 HCC-Zelllinien (Huh7, HepG2 und Hep3B) mit aufsteigenden DMF-Konzentrationen für bis zu 72 h behandelt. Durch die Behandlung mit DMF konnte der relative ATP-Gehalt in den Zelllinien signifikant reduziert werden. Diese Energie-Depletion wirkte sich maßgeblich auf die HCC-Zelllinien aus. Es konnte sowohl eine Inhibition der Migration als auch der Proliferation festgestellt werden. Der Proliferationsinhibition liegt ein G2-Arrest zugrunde. Weiterhin konnte durch eine Behandlung der HCC-Zellen mit DMF effektiv der Zelltod induziert werden. Dieser ließ sich mittels zVAD blocken, was Apoptose als Zelltodmechanismus aufzeigt.
Die benötigten DMF-Konzentrationen zur Zelltodinduktion in HCC-Zelllinien waren im Vergleich zu kutanen T-Zell-Lymphom (CTCL)-Zellen relativ hoch. Deshalb sollte DMF noch mit anderen Wirkstoffen kombiniert werden. Zur Wirkstoffkombination wurden die BH3 Mimetika ABT-199 (Bcl-2-Inhibitor) und MIK665 (Mcl-1-Inhibitor) ausgewählt. Eine Kombination aus NF κB Inhibition (DMF) und Bcl-2 Inhibition (ABT 199) konnte bereits in vitro und in vivo gute Effekte in CTCL-Zellen erzielen. Zuerst wurde die IC50 einer BH3-Mimetika Monobehandlung in Huh7 gemessen. Die IC50 einer ABT-199 oder MIK665 Monotherapie war ebenfalls relativ hoch. Deshalb wurden die beiden BH3-Mimetika miteinander kombiniert. Durch eine Kombination konnte die IC50 der beiden Wirkstoffe massiv reduziert werden. Durch die gleichzeitige Inhibition von Bcl-2 und Mcl-1 konnte erfolgreich Apoptose induziert werden. Diese Ergebnisse wurden durch die Freisetzung von Cytochrom c, der Spaltung und Aktivitätssteigerung der Caspase 9 und der Caspase 3 sowie der Spaltung von PARP bestätigt.
Es folgte eine Wirkstoffkombination aus DMF, ABT-199 und MIK665 in Huh7. Durch die Kombination von DMF mit den beiden BH3-Mimetika konnte die DMF-induzierte Migrationsinhibition verstärkt werden. Gleichzeitig konnte die dafür benötigte DMF-Konzentration reduziert werden. Diese Effekte zeigten sich ebenfalls bei der Zelltodinduktion. Durch eine Kombination von BH3-Mimetika kann die DMF-Konzentration effektiv verringert werden.
Da DMF sowohl die Migration als auch die Proliferation inhibiert, wurden die Untersuchungen auf das kolorektale Karzinom (CRC) ausgeweitet. Das CRC ist die zweithäufigste Todesursache im Bereich der Tumorerkrankungen weltweit. Eine unkontrollierte Zellproliferation führt zum Fortschreiten dieser Erkrankung. Das Zytostatikum 5-Flourouracil (5-FU) gehört zu den wichtigsten eingesetzten Wirkstoffen beim CRC. Deshalb wurde DMF ebenfalls mit 5-FU kombiniert. Durch die Kombination konnte sowohl die spezifische Caspase 3/7 Aktivität sowie die PARP-Spaltung gesteigert werden. Die Kombination resultierte ebenfalls in einer Energie-Depletion sowie in einer Steigerung der Zelltodinduktion. Durch eine Kombination von DMF und 5-FU konnten beiden Wirkstoffkonzentrationen reduziert werden.
In dieser Studie wurde erfolgreich aufgezeigt, dass DMF eine neuartige therapeutische Option für die Behandlung vom HCC und CRC darstellt. DMF zeichnet sich insbesondere durch seine bereits etablierte klinische Anwendung und das vergleichsweise geringe Spektrum an Nebenwirkungen im Vergleich zu herkömmlichen Tumortherapeutika aus. Besonders vielversprechend erscheint die Möglichkeit einer Kombination von DMF mit anderen Wirkstoffen.
Translation of the abstract (English)
Liver tumors are the sixth most common cancer and display the third highest global mortality rate. Within this spectrum, HCC represents the predominant malignant entity within the liver. The growing prevalence of liver cancer can be attributed to various risk factors. Despite these alarming trends, the therapeutic options for HCC remain limited. An additional challenge is the development of ...
Translation of the abstract (English)
Liver tumors are the sixth most common cancer and display the third highest global mortality rate. Within this spectrum, HCC represents the predominant malignant entity within the liver. The growing prevalence of liver cancer can be attributed to various risk factors. Despite these alarming trends, the therapeutic options for HCC remain limited. An additional challenge is the development of treatment resistance, which further complicates the effectiveness of therapeutic interventions.
The focus of this work was to evaluate dimethylfumarate (DMF) as a new potential therapeutic option for hepatocellular carcinoma (HCC). Therefore, 3 HCC cell lines (Huh7, HepG2 and Hep3B) were treated with ascending DMF concentrations for up to 72 h. Treatment with DMF significantly reduced the relative ATP content in the cell lines. This energy depletion had a significant effect on the HCC cell lines. Inhibition of both migration and proliferation was observed. The inhibition of proliferation is based on a G2 arrest. Furthermore, cell death could be effectively induced by treating the HCC cells with DMF. This could be blocked using zVAD, which reveals apoptosis as a cell death mechanism. The DMF concentrations required for cell death induction in HCC cell lines were relatively high compared to cutaneous T-cell lymphoma (CTCL) cells. Therefore, DMF was combined with other pharmaceuticals. The BH3 mimetics ABT-199 (Bcl-2 inhibitor) and MIK665 (Mcl-1 inhibitor) were selected for the combination.
A combination of NF-κB inhibition (DMF) and Bcl-2 inhibition (ABT 199) has already achieved good effects in vitro and in vivo in CTCL cells. First, the IC50 of a BH3 mimetic monotreatment was measured in Huh7. The IC50 of ABT-199 or MIK665 monotherapy was also relatively high. The two BH3 mimetics were therefore combined with each other. By combining them, the IC50 of the two active substances could be significantly reduced. Simultaneous inhibition of Bcl-2 and Mcl-1 successfully induced apoptosis. These results were confirmed by the release of cytochrome c, the cleavage and increased activity of caspase 9 and 3 and the cleavage of PARP.
This was followed by a combination of DMF, ABT-199 and MIK665 in Huh7. The combination of DMF with the two BH3 mimetics enhanced the DMF-induced migration inhibition. At the same time, the required DMF concentration could be reduced. These effects were also seen in cell death induction. The DMF concentration can be effectively reduced by combining it with BH3 mimetics.
Since DMF inhibits both migration and proliferation, the investigations were extended to colorectal cancer (CRC). CRC has the second most cancer related mortality rate worldwide. Uncontrolled cell proliferation leads to the progression of this disease. The cytostatic drug 5-Fluorouracil (5-FU) is one of the most important pharmaceuticals used in CRC.
DMF was therefore also combined with 5-FU. The combination increased both the specific caspase 3/7 activity and PARP cleavage. The combination also resulted in energy depletion and an increase in cell death induction. By combining DMF and 5-FU, both drug concentrations could be reduced respectively.
This study successfully demonstrated that DMF represents a novel therapeutic option for the treatment of HCC and CRC. DMF is already established for clinical application and has comparatively low side effects compared to conventional tumor therapeutics. The possibility of combining DMF with other active substances appears particularly promising.
Metadata last modified: 02 Feb 2024 09:05
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