Tumor-targeted inhibition of the DNA repair protein MGMT for enhanced chemotherapy overcoming tumor resistance and reducing systemic toxicity
Final Report Abstract
Wir haben hoch spezifische, effiziente und klinisch zum Teil auch getestete Hemmstoffe des DNA-Reparaturenzyms MGMT über einen C8-Spacer an ß-D-Glukose gekoppelt, um deren Aufnahme in Tumorzellen, die verstärkt Glukosetransporter exprimieren, zu erhöhen. Die MGMT-Hemmstoff-Glukosekonjugate sind chemisch stabil, hemmen effizient MGMT in Zellextrakten und in Zellen in vivo und sensibilisieren Tumorzellen gegenüber der toxischen Wirkung von Alkylantien (Temozolomid, CCNU; beide klinisch relevant). Damit erfüllen die Glukosekonjugate die Voraussetzungen für ihre Anwendung zum Tumortargeting. Die Frage, wie werden sie aufgenommen, war nunmehr vorrangig zu bearbeiten. Unsere Untersuchungen zum Mechanismus der Aufnahme zeigte, dass entgegen der Erwartung „klassische“ Glukosetransporter (GLUT, SGLT) nicht involviert sind. Die Glukosekonjugate zeigen amphiphile Eigenschaften, was uns veranlasste, alternative Aufnahmemechanismen in Betracht zu ziehen. Derartige Substanzen, die mizellare Strukturen bilden, können über Flippasen in die Zelle aufgenommen werden. Entsprechende Hemmstoff- und Kompetitionsversuche sowie cDNA Transfektionen bestätigten die Annahme und identifizierten die P4-Typ ATPasen ATP11A, ATP8B1 und ATP8B2 als Kandidaten, bzw. ATP8B1 als hauptverantwortliche Flippase. Die Kinetik der Aufnahme führte uns zur Überlegung, dass die Glukose-Konjugate nicht nur einer aktiven Aufnahme, sondern auch einem aktiven Efflux unterliegen. Dies würde ein Targeting (Tumoranreicherung) erheblich beeinflussen. Experimente mit Hemmstoffen von ABC-Transportern, Glukose- Kompetitionsexperimente, Hemmung der MGMT unter ABC-Hemmstoffeinfluss und Aufnahmekinetik von radioaktiv markierten Konjugaten zeigten, dass ABC-Transporter tatsächlich die Glukose- Konjugate aus der Zelle eliminieren können. Eine Hemmung von ABC-Transportern führte zu einer Verstärkung der MGMT-Hemmung durch die Glukose-konjugierten Hemmstoffe der MGMT und zu einer verstärkten Sensibilisierung gegenüber alkylierenden Zytostatika. Interessant ist zudem, dass auch die nicht konjugierten MGMT-Hemmstoffe einem gewissen Efflux unterliegen. Beide Ergebnisse, die zur Aufnahme der Konjugate und zum Transport aus der Zelle heraus, waren für uns völlig überraschend und nicht vorhersehbar. Sie liefern wichtige Informationen auch für andere Targeting-Verfahren von Reparatur-Inhibitoren und Zytostatika unter Verwendung von Zuckermolekülen.
Publications
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(2011) O6-Methylguanine-DNA methyltransferase (MGMT) in normal tissues and tumors: enzyme activity, promoter methylation and immunohistochemistry, Biochem. Biophys. Acta, Rev. Cancer, 1816, 179-190
Christmann, M., B. Verbeek, W.P. Roos and B. Kaina
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(2015) Multidrug efflux pumps attenuate the effect of MGMT inhibitors, Mol. Pharmaceutics, 12, 3924-3934
Tomaszowski KH, Schirrmacher R, Kaina B
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(2017) Uptake of glucoseconjugated MGMT inhibitors in cancer cells: role of flippases and type IV P-type ATPases, Scientific Reports, 7 (1):13925, pp. 1-13
Tomaszowski, K-H, N. Hellmann, H. Takatsu, H-W Shin and B. Kaina
