Experimentelle Untersuchungen und Hypothesen zur Zytotoxizität von Naphtylisochinolin-Alkaloiden bei Trypanosoma brucei
Die Schlafkrankheit hat ihren Schrecken seit den Zeiten Robert Kochs und Paul Ehrlichs nicht verloren. Die zielgerichtete Entwicklung neuer Medikamente ist für die Menschen in den Endemiegebieten damals wie heute von elementarer Bedeutung. Die Naphtylisochinolin-Alkaloide stellen eine neue chemische...
| Main Author: | |
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| Format: | Doctoral Thesis |
| Language: | deu |
| Published: |
2011
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| Subjects: | |
| Online Access: | https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/frontdoor/index/index/docId/5330 http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-66388 https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bvb:20-opus-66388 https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/5330/Material_Druckfassung.pdf |
| Summary: | Die Schlafkrankheit hat ihren Schrecken seit den Zeiten Robert Kochs und Paul Ehrlichs nicht verloren. Die zielgerichtete Entwicklung neuer Medikamente ist für die Menschen in den Endemiegebieten damals wie heute von elementarer Bedeutung. Die Naphtylisochinolin-Alkaloide stellen eine neue chemische Substanzklasse dar, die gute Kandidaten für die Entwicklung neuer Medikamente enthält. Mit GBAP 94 im speziellen liegt eine Substanz vor, die gute Startvorrausetzungen hierfür mitbringt. Diese sind eine sehr gute Wirksamkeit gegen Trypanosomen, gepaart mit einer hohen Selektivität durch einen sehr wahrscheinlich relativ spezifisch anti-trypanosomalen Wirkmechanismus. Die verwendeten Naphtylisochinolin-Alkaloide GBAP 94 und GBAP 146 wurden nach unterschiedlichen Gesichtspunkten ausgewählt. GBAP 94 wurde aufgrund seiner guten antitrypanosomalen Wirkung und seiner hohen Selektivität für Trypanosomen ausgewählt. Die IC50 liegt mit 0,383 µmol/l im Vergleich zu den aktuell verwendeten Medikamenten sehr niedrig. Die Selektivitätsindices (IC50 Trypanosoma brucei brucei / IC50 Makrophagen J774.1) mit 85,6 und (IC50 Try-panosoma brucei brucei / IC50 Leishmania major) mit 15,1 liegen in einem sehr günstigen Bereich. GBAP 146 wurde hauptsächlich wegen seiner guten Fluoreszenz-Eigenschaften ausgewählt. Die antitrypanosomale Aktivität ist mit einer IC50 von 0,289 µmol/l zwar sehr gut, eine große Selektivität ist aber nicht gegeben. Die beiden Alkaloide waren aufgrund ihrer Eigenfluoreszenz gut fluoreszenz-mikroskopisch in den Parasiten zu detektieren. Nach 10 min war in den ersten Trypanosomen die Anreicherung der Wirkstoffe erkennbar. Nach 30 min war bei fast allen Parasiten eine Färbung erkennbar. Die Wirkstoffe reicherten sich zunächst in mehreren kleinen Vakuolen an. Bei längeren Inkubationszeiten zeigte sich eine fast homogene Verteilung innerhalb des kompletten Parasiten. Durch-gängig ausgespart blieb eine vakuolische Struktur. Diese entwickelte oder vergrößerte sich im Verlauf der Inkubationszeit im vorderen Drittel des Parasiten, etwa im Bereich des Kinetoplasten. Diese Vakuole konnte auch lichtmikroskopisch in der Giemsa-Färbung nachgewiesen werden. Der Anteil der veränderten Trypanosomen lag bei diesen Untersuchungen nach 1 h bei 25,4%, stieg bis zum Zeitpunkt 2 h auf 46,6% und stabilisierte sich nach 4 h bei 44,8%. Die vakuolische Struktur führte durch ihre Vergrößerung zur zunehmenden Verplumpung der Trypanosomen bis zu einer kugelförmigen Zellform mit geisselartig-wirkender Flagelle. Aufgrund der veränderten Form wurden die Zellorganellen verdrängt. Dies konnte durch die Fluoreszenzmarkierung des Mitochondriums mit Rodamine B Hexylester und der sauren Kompartimente, besonders des Lysosoms, mit LysoTracker® gezeigt werden. Die Vakuolisierung von Trypanosomen im Zusammenhang mit Apoptose ist bekannt. Die neu entstehende Vakuole konnte weder mit LysoTracker® green, noch mit dem endosomalen Farbstoff FM 4-64 angefärbt werden. Damit können eine lysosomale und eine endosomale Herkunft der Vakuole ausgeschlossen werden. Eine genaue Klärung der Genese der Vakuole steht noch aus. In den Untersuchungen mit Annexin V und Propidium-Jodid im FACS® konnte gezeigt werden, dass die Wirkung der NIQs sehr wahrscheinlich Apoptose induziert. Annexin V ist auch bei Trypanosomen als Marker für Apoptose etabliert. Zudem zeigte sich ein Anstieg der Anzahl apoptotischer Trypanosomen mit Periode von 6 h – 8 h. Diese Dauer entspricht ungefähr der Dauer des trypanosomalen Zellzyklus. Ein Eingriff der NIQs in den Zellzyklus ist somit sehr wahrscheinlich. Eine Hemmung von Teilen des Zellzyklus ist als Auslöser für Apoptose bekannt. Über die genaue Zielstruktur der NIQs kann allerdings nur spekuliert werden. Die apotose-induzierende Wirkung anderer Alkaloide auf Trypanosomen ist inzwischen nachgewiesen. Ein weiteres Indiz ist, dass die Ergebnisse von Ponte-Sucre mit den NIQs bei Leishmanien ebenfalls in Richtung Apoptose weisen. === The trypanosomiasis is still an emerging problem in sub-Saharan Africa. Due to the limitations of the currently used drugs and emerging drug resistance, there is an urgent need for the target-oriented development of novel therapies. Naturally occurring naphthylisoquinoline alkaloids (NIQs), axially chiral acetogenic products derived from tropical plants, have been investigated for their activity against Trypanosoma brucei brucei TC 221. The NIQ N-(3'-Methoxyphenyl)-6,8-dimethoxy-1,3-dimethylisochinoliniumtetrafluoroborate seems to be quite specific antitrypanosomal agent. This compound shows a low IC50-value of 0.383 µmol/l against Trypanosoma brucei brucei TC 221 in comparison to the current drugs. For controls another NIQ, N-(4'-N'-Dansylaminophenyl)-6,8-dimethoxy-1,3-dimethylisochinoliniumtrifluoro-acetate, eflornithine an amphotericin B, witch is described to induce apoptosis in trypanosomes, were used. Both NIQ could be detected directly because of their self-fluorescence in the fluorescence-microscopy. After 10 min an accumulation in the first parasites could be detected. After 30 min almost all parasites show the compounds. After an initial accumulation in small vesicles the NIQ spread homogeneous over nearly the whole parasite. Only a vacuole was spared. This structure developed or increased during incubation time. It was located in the front part of the parasite near the kinetoplast. This vacuole could also be detected in light-microscopy of Giemsa-stained parasites. The fraction of the affected trypanosomes was after 1 h 25.4% and increased up to 46.6% after 2 h and stayed almost in this level (44.8% after 4 h). The increase of the vacuole induced a dumpier up to spherical shape. The organelles were displaced. This could be shown by fluorescence-labelled mitochondria, stained with rodamine-B-hexylester, and the acidic compartments, especially the lysosome stained with LysoTracker®. The vacuolisation of trypanosoma brucei is described during apoptosis. The staining of the developing vacuole wasn’t possible neither with LysoTracker® nor with the endosomal staining FM 4-64®. A lysosomal or endosomal origin of this vacuole could be excluded. The genesis of this vacuole needs further investigation. In the FACS®-investigations with annexin V and propidium-iodide staining we got strong hints that the NIQs induce apoptosis. Annexin V is established as a marker for apoptosis in trypanosome. We found an increase of apoptotic parasites in a 6 h – 8 h period. This is also the time for the trypanosomal cell cycle. NIQs seem to interfere with the cell cycle. This is descried from various authors as a trigger for apoptosis. The target structure is however still unknown. Results of other groups indicate an apoptosis-inducing effect of alkaloids in trypanosoma or leishmania. |
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