Dimethylacrylshikonin als potentielle Ausgangssubstanz in der Melanomtherapie

Pflanzen und ihre Inhaltsstoffe haben bei der Entdeckung neuer Arzneistoffe schon immer eine entscheidende Rolle gespielt. Derzeit sind fast 80 % aller zugelassenen, niedermolekularen Krebsmedikamente Naturstoffe, von diesen abgeleitet oder durch sie inspiriert. Prominente Vertreter sind die Vincaalkaloide aus Catharanthus- und Vinca-Arten, Camptothecin aus Camptotheca acuminata oder Podophyllotoxin, das aus Podophyllum peltatum isoliert wurde. Auf der Suche nach neuen, vielversprechenden Wirkstoffen spielen traditionelle Medizinsysteme, wie z.B. die Traditionelle Chinesische Medizin, bis heute eine bedeutende Rolle. Durch die Jahrhunderte bis Jahrtausende lange Erfahrung in der Anwendung der Pflanzen wird die Suche nach neuen Wirkstoffen erleichtert, da man davon ausgehen kann, dass inaktive Pflanzen über die Jahre wieder ausgeschlossen wurden.

Der Weg zur Entdeckung des Dimethylacrylshikonins

Wir starteten mit einem systematischen Screening von 76 Arzneipflanzen, die in China traditionell für die Behandlung von Tumoren oder ähnlichen Erkrankungen genutzt werden. Dabei zeigten einige Pflanzen in vitro eine starke zytotoxische Wirkung auf Krebszellen. Eine dieser Pflanzen war Onosma paniculata Bur. & Franch. (Boraginaceae). Mittels aktivitätsgerichteter Isolierung waren wir in der Lage, verschiedene Shikonin-Derivate als aktive Inhaltsstoffe zu identifizieren. Dimethylacrylshikonin (DMAS) war dabei das aktivste und am stärksten wirksam in Melanomzelllinien. Deswegen haben wir uns auf DMAS und das Melanom fokussiert.

Ergebnisse von pharmakologischen in vitro- und in vivo-Untersuchungen

Bei ca. 60 % aller Melanompatienten findet man eine Mutation im BRAF-Gen, bei ca. 20 % eine NRAS-Mutation. Damit sind diese Mutationen diejenigen, die am häufigsten auftreten und die Erkrankung vorantreiben. Wir haben uns daher bei unseren in vitro-Untersuchungen für Zelllinien entschieden, die entweder eine BRAF- oder eine NRAS-Mutation aufweisen. Durch DMAS wurden alle Zelllinien in einer pharmakologisch relevanten Konzentration zeit- und dosisabhängig in ihrem Wachstum gehemmt.
Mit Hilfe von transkriptombasierten Versuchen konnten wir des Weiteren zeigen, dass DMAS katabolische Prozesse begünstigt und über einen Anstieg der p62 (Sequestosom1)-Expression Autophagie in den Zellen auslöst. Es kommt außerdem zu einem Anstieg von reaktiven Sauerstoffspezies und dem Zusammenbruch des mitochondrialen Membranpotentials. Diese Effekte, zusammen mit einer Hochregulierung von NOXA, einem pro-apoptotischen Mitglied der Bcl-2-Proteinfamilie, führen zusätzlich zur Induktion der Apoptose. Die Effekte von DMAS wurden schließlich auch in vivo in Xenograft-Mäusen untersucht. DMAS zeigte einen vorwiegend nekrotischen Effekt und führte zu einer Tumorregression, wobei keine Schädigung von Organen beobachtet wurde.

Optimierung der Leitstruktur

Um die Wirkung von DMAS zu optimieren, wurden von Shikonin ausgehend neue, synthetische Derivate hergestellt und abermals einem in vitro highthroughput Screening unterzogen. Bisher konnten wir drei neue Verbindungen identifizieren, die noch aktiver waren als DMAS. Die bisherigen in vitro-Untersuchungen zeigten, dass auch sie Apoptose induzieren und konzentrationsabhängig das Wachstum von Krebszellen hemmen.
Man muss jedoch darauf hinweisen, dass auch gesunde Zelllinien durch unsere Verbindungen in ihrem Wachstum gehemmt wurden. Die Intensität dieses Effekts war dabei abhängig von der Zelllinie und schwankte innerhalb der gesunden Zelllinien um das Vierfache.
Die Toxizität von Chemotherapeutika gegenüber gesunden Zellen ist ein allgemein bekanntes Problem in der Krebstherapie und führt bei Patienten zu unerwünschten Nebenwirkungen. Zum Beispiel findet man für Vinblastin IC50-Werte für Melanomzellen und Lungenfibroblasten innerhalb desselben Konzentrationsbereichs. Unsere Idee für die Zukunft ist, die Strukturen noch weiter zu modifizieren mit dem Ziel, die Zytotoxizität gegenüber gesunden Zellen zu verringern. Dann sollen auch in vivo-Experimente folgen.

Unsere Arbeit wurde vom Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) finanziell unterstützt (P21114 und P27505).