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Mini-Moleküle im Kampf gegen Tumoren

09.08.2004  00:00 Uhr

Mini-Moleküle im Kampf gegen Tumoren

von Gudrun Heyn, Slubice

Im Unterschied zur klassischen Chemotherapie werden bei der nicht cytotoxischen Chemotherapie meist keine Zellgifte sondern so genannte small molecules eingesetzt. Neueste Entwicklungen auf diesem Gebiet wurden auf der ersten deutsch-polnischen Konferenz für onkologische Pharmazie vorgestellt.

„Die Entwicklung dieser Substanzen beruht auf neuen Erkenntnissen zu biochemischen, zellbiologischen und genetischen Grundlagen der Karzinogenese“, informierte Jürgen Barth, Apotheker des Universitätsklinikums Essen. Drei Gruppen genetischer Alterationen oder Mutationen sind maßgeblich an der Entstehung fast aller Malignome beteiligt. Mutieren (Proto-)Onkogene, so kommt es zu einem unkontrollierten Funktionsgewinn (gain-of-function). Genetische Veränderungen in Tumor-Suppressorgenen führen dagegen zu einem Funktionsverlust (loss-of-function). Besonders fatal ist eine Mutation des P53-Gens, das normalerweise die Aufgabe hat, Entartungen zu vermeiden. Drittens sind Mutationen in Genen, die an der DNA-Replikation und -Reparatur sowie der Zellzyklus-Kontrolle beteiligt sind, von kritischer Bedeutung.

Kleine Moleküle inhibieren Proteine

Während sich bei „loss-of-function“-Mutationen die ursprünglichen Gen- oder Proteinstrukturen kaum wieder herstellen lassen, sind die „gain-of- function“-Mutationen eine außerordentlich attraktive Zielgruppe für pharmakologische Interventionen. „Mit relativ kleinen organischen Molekülen ist es möglich, die neu entstehenden unkontrolliert-aktiven Proteine zu inhibieren“, sagte Barth. Die neuartigen Strategien umfassen Modulationen der Signaltransduktion oder -inhibition, die Hemmung der Metastasierung, die Beeinflussung des Zellzyklus und die Inhibition der Proteasomen. Darüber hinaus werden auch Antisense-Moleküle eingesetzt.

Zu den Signaltransduktionsinhibitoren gehört Imatinib. Die Substanz blockiert Tyrosinkinasen, wobei speziell die Tyrosinkinase Bcr-abl bei der chronisch-myeloischen Leukämie (CML), die Tyrosinkinase c-Kit etwa bei gastrointestinalen Stromatumoren, kleinzelligen Bronchialkarzinomen, Neuroblastomen, Melanomen oder Mammakarzinomen, sowie der Platelet Derived Growth Factor (PDGF)-Rezeptor, etwa beim multiplen Myelom, Glioblastom, nicht kleinzelligem Bronchualkarzinom, Mamma- und Prostatakarzinom zu nennen sind.

Die Tyrosinkinase Bcr-abl setzt vor allem eine wachstumspromovierende Signaltransduktion in Gang. Es kommt zu einer veränderten Zelladhäsion, zur Proliferation und zu einer verminderten Apoptose. Die Tyrosinkinase wird durch das Fusionsgen Bcr-abl codiert, das durch eine Mutation im so genannten Philadelphia-Chromosom entstanden ist. 95 Prozent der CML-Patienten, aber auch 5 Prozent der Patienten mit adulter akuter lymphatischer Leukämie sind Träger der Mutation. Der Wirkstoff Imatinib verdrängt das natürliche Substrat ATP aus der Bindungstasche der Tyrosinkinase Bcr-abl und blockiert so dessen Aktivität. Allerdings sind auch im Rahmen der CML Resistenzen bekannt.

C-Kit entspricht einer Typ-III-Rezeptor-Tyrosinkinase. Ihre dauerhafte Aktivierung beruht auf verschiedenen genetischen Veränderungen und gilt als direkte Ursache gastrointestinaler Stromatumore (GIST). Bis zu 78 Prozent der Patienten sprechen auf die Behandlung mit dem Signaltransduktionsinhibitor an, wenn ihre Tumoren c-Kit-positiv sind. Sensibel für eine Chemotherapie sind dagegen nur etwa 5 Prozent aller GIST-Patienten. Auf Grund von Interaktionen, insbesondere mit Cytochrom-P450 (Cyp3A4), liegt allerdings eine siebenseitige Fachinformation vor.

Das Tumorwachstum stoppen

Epidermale Wachstumsfaktor-Rezeptoren (EGF-Rezeptoren, Epidermal Growth Factor Receptors) sind ebenfalls Tyrosinkinasen. Auch sie können durch Signaltransduktionsinhibitoren gestoppt werden. Zu den Tumoren mit erhöhter EGFR-Expression gehören das nicht kleinzellige Bronchialkarzinom, sowie das Prostata-, Mamma-, Kolorektal-, Pankreas- und Ovarialkarzinom. Natürliche physiologische Liganden des EGF-Rezeptors sind EGF, TGF-a, sowie das Amphiregulin. Wenn einer dieser Liganden bindet, kommt es zu einer Autophosphorylierung der Tyrosinkinase infolgedessen die Proliferation des Tumors in Gang gesetzt und gleichzeitig die Apoptoserate vermindert wird. In der Regel bedeutet eine hohe EGFR-Expression eine verstärkte Invasion und Metastasierung, sowie eine verstärkte Resistenz gegenüber einer Chemo- und einer Hormontherapie. Die Patienten sprechen schlechter auf eine Behandlung an und haben eine ungünstigere Prognose. Gegen den EGFR richten sich kleine Moleküle, wie Gefitinib und Erlotinib sowie die monokonalen Antikörper Cetuximab und Trastuzumab

Die Blutversorgung kappen

Wenn Tumoren eine Größe von einem bis zwei Kubikmillimeter überschreiten, funktioniert ihre Nährstoffversorgung über passive Diffusion nicht mehr. Sie benötigen neue Blutgefäße. Dazu können Tumoren proangiogene Substanzen sezernieren, um damit Blutgefäße aktiv zu sich hin sprossen zu lassen. Spezielle Tyrosinkinasen fungieren dabei als Wachstumsfaktorrezeptoren. „Bei bestimmten Tumoren sind diese überexprimiert“, so Barth. Im Rahmen der Neoangiogenese stehen die Tyrosinkinasen VEGF-R (vascular endothelial growth factor-receptor), PDGF-R (platlet derived growth factor-receptor) und FGF-R (fibroblast growth factor-receptor) im Blickfeld der neuen Strategien. VEGF, PDGF und FGF haben definierte Rollen in der autokrinen Stimulation von Tumorzellen. Außerdem sind sie bei Tumorzell-Wirt-Interaktionen beteiligt, die eine Metastasierung begünstigen.

Diese Rezeptoren können durch monoklonale Antikörper wie Bevacizumab inhibiert und die Angiogenese damit unterbunden werden. Hierzu sind derzeit auch diverse Oralia in der klinischen Prüfung.

Tubulinpolymerisation blockieren

Relativ neu ist das so genannte vaskuläre Targeting mit einem wasserlöslichen Combretastatin A-Derivat (AVE8062A). Es blockiert selektiv die Neoangiogenese in aktivierten Endothelzellen durch Inhibition der Tubulinpolymerisation. Der Tumor stellt sich selbst die Blutzufuhr durch eine zentrale Nekrose ab.

Zu den VEGF-Antagonisten zählt der VEGF-Trap. Es handelt sich dabei um ein Fusionsprotein aus einer Domäne des am häufigsten vorkommenden VEGF-Rezeptors 1 mit einer Domäne des VEGF-Rezeptors mit der höchsten Bindungsaffinität sowie der Fc-Region eines IgG. Das Fusionsprotein hat eine hundertfach höhere Affinität zu VEGF-Antikörpern, als Bevacizumab. VEGF-Trap wird derzeit in klinischen Studien der Phase 1 getestet. Er blockiert das Tumorwachstum und führt sowohl bei Primärtumoren als auch bei Metastasen signifikant zu einer Tumorzellverkleinerung.

Eingriff in den Zellzyklus

Der Zellzyklus ist ein weiteres Angriffsziel neuer Substanzen. An der Regulation des Zellzyklus und damit der Proliferation sind Proteine wie Cycline, Cyclin-abhängige Kinasen (Cyclin dependent kinases, CDK) sowie Phosphatasen ursächlich beteiligt. Physiologisch liegt eine genaue Regulation der Übertritte von einer Zellzyklusphase zur Nächsten vor. Kontrollpunkte in Form so genannter „check points“ dienen dabei der Zell- und DNS-Integrität. Kontrolliert werden die Übergänge von Cyclinen und CDKs. Es kommt dabei zu einer phasenspezifischen Phosphorylierung durch aktivierende und inhibierende Phosphorylierung. Während CDKs kontinuierlich exprimiert werden, ist die Synthese der Cycline selbst nur zellzyklusabhängig. Sie kontrollieren dabei die CDKs und damit auch den geregelten Ablauf. Eine Substanz, die in den Zellzyklus eingreifen kann, ist Flavopiridol. Es blockiert recht unspezifisch CD-Kinasen durch eine Phosphorylierungshemmung. Daraufhin kommt es zu einer Arretierung der G1-Phase und der G2M-Phase sowie zur Apoptose und DNA-Interaktion mit reduzierter Transkription. Gleichzeitig besitzt Flavopiridol auch einen leichten antiangiogenetischen Effekt.

Um antagonistische Effekte oder Wirkungslosigkeit auszuschließen, ist bei der Gabe des Medikaments in Kombination mit anderen eine Sequenzabhängigkeit zu beachten. Wird Flavopiridol im Rahmen einer Chemotherapie eingesetzt, so muss es etwa vor 5-FU gegeben werden. Dagegen ist in der Kombination mit Cisplatin keine Applikations-Reihenfolge einzuhalten.

Markerproteine gegen Metastasen

Ein neuer Angriffspunkt von Arzneimitteln ist auch das Proteasom-Ubiquitinsystem. Der erste in den USA zugelassene Proteasomen-Inhibitor ist Bortezomib (PS-341). Die Substanz inhibiert reversibel Proteasomen durch Bindung an die chymotrypsin-ähnliche Untereinheit 20S. Im Zellzyklus sorgt Proteasom für eine selektive physiologische Proteolyse aller Proteine, die abgebaut werden sollen. Nach einer zellulären Proteinbiosynthese werden dazu die abzubauenden Proteine mit dem Markerprotein Ubiquitin gekennzeichnet. Darunter sind auch abnormale Proteine zu finden. Die Protein-Ubiquitin-Konjugate werden an das Proteasom gebunden, aufgefaltet und im Inneren fragmentiert.

Die Proteasomen-Inhibition führt zu einer Akkumulation der Proteine in der Zelle. „Die Zelle erstickt an ihren eigenen Proteinen“, verdeutlichte Barth. Die regulatorischen Funktionen können nicht mehr aufrecht erhalten werden und die Zelle reagiert mit Apoptose. Darüber hinaus kommt es durch die Proteasomen-Inhibition zu einer Hemmung der Genexpression und damit der Metastasierung.

RNA und DNA als Tumorkiller

Einen anderen Wirkmechanismus haben Antisensemoleküle. Es handelt sich dabei um einzelsträngige DNA oder RNA. Sie sind komplementär zu einer bestimmten mRNA eines ausgewählten Gens. Durch die Bindung des Antisensemokeküls an die mRNA wird deren Ablesen verhindert und somit die Translation unterbunden. Effektive Ziele für Antisensemoleküle sind beispielsweise BCR-ABL, Ras, PI-3-kinase, c-Myb, c-Myc und bcl-2.

So fördert eine bcl-2-Überexpression die Tumorgenese durch Resistenz gegenüber dem programmierten Zelltod. Nach einer Chemotherapie oder Bestrahlung erhalten Mitochondrien ein Todessignal, woraufhin sie normalerweise Cytochrom-c freisetzen. Dadurch werden bestimmte Caspasen aktiviert, die eine Kaskade auslösen und damit ein Signal zum Zelltod geben. In Tumorzellen mit bcl-2-Überexpression kommt es dagegen zu einer Stabilisierung der Mitochondrien und dieser Weg kann nicht beschritten werden. Ein wichtiger Gegenspieler könnte hier das bcl-2-Antisense Präparat Oblimersen werden. Es bindet an die mRNA, die für bcl-2 codiert. Oblimersen sollte nur in Kombination mit einer klassischen Chemotherapie eingesetzt werden. Auch bei dieser Substanz ist eine Sequenzabhängigkeit in der Applikation zu beachten. „Die wahrscheinlich günstigste Variante ist die Dauerinfusion mit Oblimersen während der Chemotherapie“, zog Barth Bilanz. Top

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