The design and synthesis of novel heterodinuclear complexes combining a DNA-cleaving agent and a DNA-targeting moiety
Hoog, P. de
Citation
Hoog, P. de. (2008, February 28). The design and synthesis of novel heterodinuclear complexes combining a DNA-cleaving agent and a DNA-targeting moiety. Retrieved from https://hdl.handle.net/1887/12619
Version: Corrected Publisher’s Version
License: Licence agreement concerning inclusion of doctoral thesis in the Institutional Repository of the University of Leiden
Downloaded from: https://hdl.handle.net/1887/12619
Note: To cite this publication please use the final published version (if applicable).
Samenvatting
ftÅxÇätàà|Çz
Kanker behoort tot een groep van ziekten die wereldwijd een hoog overlijdingspercentage hebben. Deze ziekte kan op verschillende manieren behandeld worden, door middel van chirurgie, bestraling, chemotherapie, therapie via een monoklonaal antilichaam, of combinaties van deze behandelingen. De keuze van de behandeling hangt af van de tumorsoort, het stadium van de ziekte en de toestand van de patiënt. De overlevingskans is verbeterd tijdens de laatste decennia, omdat nieuwe medicijnen zijn uitgevonden en doordat vooruitgang is geboekt in de behandelingen. Tegenwoordig worden sommige kankersoorten vrijwel altijd behandeld door middel van een combinatie van antikanker-medicijnen. Een uitstekend voorbeeld van deze vooruitgang is de behandeling van teelbalkanker, waarbij de overlevingskans nu bijna 100% is.
Deze kanker soort wordt behandeld met een combinatie van cisplatina, bleomycin en etopside.
Lance Armstrong, een beroemde wielrenner, had teelbalkanker met metastase, maar is door deze behandeling volledig genezen en heeft daarna nog zeven opeenvolgende keren de Tour de France gewonnen. Niettemin, de behandeling van kanker veroorzaakt nog steeds diverse storende bijeffecten en de kankercellen kunnen resistentie hebben of ontwikkelen tegen de medicijnen.
Dit proefschrift beschrijft het ontwerp en de synthese van nieuwe antikanker-geneesmiddelen met twee verschillende functies, namelijk een eenheid die interactie heeft met DNA en een eenheid die DNA kan knippen. Deze bifunctionele moleculen kunnen synergie bewerkstelligen tussen beide actieve eenheden. Dit kan resulteren in de verbetering van de antikankeractiviteit. De moleculen beschreven in hoofdstuk 2-7 zijn gebaseerd op cisplatina en Cu(3-Clip-Phen), dat een heel effectieve DNA-schaar is. In hoofdstuk 8 is een nieuwe DNA- knipper beschreven, die verbonden is met een rutheniumdeel met sterke affiniteit voor DNA.
Hoofdstuk 1 geeft een overzicht van de relevante literatuur waarop het onderzoek van dit proefschrift is gebaseerd. Ten eerste wordt de ontdekking van een veel gebruikt antikanker- geneesmiddel, cisplatina, en de mechanismen achter de werking van dit medicijn beschreven.
Tevens worden andere op platina gebaseerde geneesmiddelen, die momenteel in ziekenhuizen gebruikt worden en nieuwe alternatieve complexen beschreven. Het tweede gedeelte van hoofdstuk 1 is gericht op het onderzoeksgebied van het DNA knippen. De knipactiviteit van bleomycine, [CuI/II(phen)2] en Cu(3-Clip-Phen) worden in detail beschreven samen met hun knip-mechanisme. Andere op koper gebaseerde complexen die DNA kunnen knippen, worden daar ook beschreven.
In hoofdstuk 2 worden DFT-berekeningen beschreven die zijn uitgevoerd om de geometrie en de elektronische eigenschappen te onderzoeken van een serie Cu(Clip-Phen)- complexen in de gasfase. Deze resultaten zijn vergeleken met de experimentele experimenten van Pitié et al. De lengte van de koolstofketen die de twee fenantroline-groepen met elkaar verbindt,
172
Samenvatting
heeft een sterke invloed op de grootte van de veranderingen in de coördinatiegeometrieën tussen de Cu(I)- en de Cu(II)-oxidatietoestanden van de overeenkomstige complexen. De verschillen in de geometrieën van de Cu(I)- en de Cu(II)-oxidatietoestanden van de complexen met een korte brug (2 of 3 koolstofatomen) zijn klein in tegenstelling tot die van de complexen met 4 of 5 koolstofatomen in de brug. Tevens correleert de theoretische data met de knipactiviteit van de complexen, want de complexen met een korte brug zijn efficiëntere DNA-knippers vergeleken met de complexen met een brug van 4 of 5 koolstofatomen.
Dinucleaire platinum-koper-complexen die potentiële antikankeractiviteit hebben, worden beschreven in hoofdstuk 3 en 4. Deze nieuwe categorie van bifunctionele complexen is ontworpen om kinetisch inerte verbindingen te vormen met DNA en om in de nabijheid van deze platina-DNA-verbinding het DNA te knippen. De twee actieve componenten zijn verbonden door middel van een lange en flexibele brug, of door een korte inflexibele brug. De DNA-knipexperimenten hebben uitgewezen, dat de complexen beide strengen tegelijk kunnen knippen, waarschijnlijk doordat de complexen beide strengen apart meerdere malen knippen in de nabijheid van de platina-DNA-produkten. Het platinagedeelte van de bifunctionele complexen kan inderdaad binden aan twee naast elkaar gelegen guanine-basenparen van een uit 36 basenparen bestaande DNA-duplex. In hoofdstuk 4 is de sequentieselectiviteit van het knippen van het complex met een inflexibele brug onderzocht in meer detail. Deze studie bewijst, dat het complex inderdaad knipt in de nabijheid van de platina-DNA-producten. Voor het eerst is het waargenomen dat de behandeling met piperidine leidt tot activering van dit type complexen. De gerapporteerde complexen van hoofdstuk 3 tonen matige antitumoractiviteit voor verscheidene cellijnen. De complexen van hoofdstuk 4 hebben een lage antitumoractiviteit. Niettemin, zijn verschillen in de antikankeractiviteit tussen de complexen met of zonder koper geobserveerd, wat een indicatie is voor een andere distributie van de complexen in de kankercellen.
De synthese en de biologische activiteit van inflexibele platina-koper-complexen worden beschreven in hoofdstuk 5. Deze complexen hebben een (a)symmetrische platinagroep met verschillende configuraties (cis of trans) en een of twee Cu(3-Clip-Phen)-groepen, die DNA kunnen knippen. De platina- of Cu(3-Clip-Phen)-groep kan geen interactie hebben met de ideale bindingslocatie in DNA vanwege de inflexibiliteit van deze complexen. Daardoor zal het werkingsmechanisme van een van de twee actieve eenheden veranderen. De platinagroepen van beide asymmetrische complexen kunnen coördineren aan DNA. Vergelijkbaar met de resultaten beschreven in hoofdstuk 3 en 4, kunnen deze complexen beide ketens van DNA direct knippen.
In tegenstelling tot de asymmetrische complexen kan het complex met twee Cu(3-Clip-Phen)- eenheden niet coördineren aan DNA. Dit complex gedraagt zich als of het twee aparte Cu(3- Clip-Phen)-groepen heeft. Niettemin heeft dit complex van alle in dit proefschrift beschreven complexen de hoogste knipactiviteit en ook de beste antikankeractiviteit. De andere complexen gerapporteerd in dit hoofdstuk vertonen geen of matige antikankeractiviteit in de meeste kankercellijnen.
173
Samenvatting
The complexen beschreven in hoofdstuk 6 hebben een aminegroep in de brug tussen de platina- en Cu(3-Clip-Phen)-eenheden. Deze complexen zijn ontworpen om een drievoudige interactie te hebben met DNA. Ze kunnen namelijk binden in de wijde groef van DNA door middel van de platinagroep, in de smalle groef van DNA met de Cu(3-Clip-Phen)-eenheid en kunnen elektrostatische interactie hebben met de fosfaatruggengraat van DNA via de aminegroep. De afstand van de platinagroep naar de aminegroep is variabel, namelijk 6 of 10 koolstofatomen. Helaas levert de incorporatie van de aminegroep in brug geen voordeel op voor de knipactiviteit van DNA, vergeleken met het complex zonder deze aminegroep. Niettemin kunnen beide complexen beide ketens van DNA direct knippen.
Een grote verscheidenheid aan asymmetrische moleculen kunnen worden bereid door gebruik te maken van het goedkope cyanuurchloride. De drie chlooratomen van cyanuurchloride kunnen reageren met nucleofiele reagentia op verschillende temperaturen. De mogelijkheid om selectief de drie chloriden te substitueren is gebruikt om antikankermedicijnen met twee of drie functies te maken. De triazine complexen bestaan uit een platina-eenheid, een Cu(3-Clip-Phen)- groep, al of niet uitgebreid met een fluorescerende eenheid. Hoofdstuk 7 beschrijft de synthese, de knipactiviteit en de fluorescentiemicroscopische studies van deze op triazine gebaseerde multifunctionele complexen. De knipactiviteit van de drie gerapporteerde complexen zijn erg verschillend. Het complex met een platina- en een Cu(3-Clip-Phen)-groep is heel actief, het complex met de drie functies is matig actief en het complex met twee platinagroepen en een Cu(3-Clip-Phen)-eenheid is niet actief. Het complex met drie functies is in de cel gevolgd door middel van fluorescentiemicroscopische studies. Dit complex accumuleert binnen 15 minuten in de cel en kan de cel doden met relatief lage complexconcentraties.
In hoofdstuk 8 is de knipactiviteit van vijf nieuwe ruthenium-koper-complexen beschreven. De rutheniumcomplexen waren al eerder gesynthetiseerd in deze groep. Dit type complexen is bekend om de hoge DNA-affiniteit. De gebruikte rutheniumcomplexen hebben nog een of twee vrije terpy-liganden, die in deze studie gecoördineerd zijn aan koper. De ruthenium-eenheid zou de kopergroepen naar het DNA moeten brengen en daarbij de knipactiviteit verhogen. In de aanwezigheid van zuurstof en een reducerend agens kunnen deze complexen DNA knippen. Grote verschillen in knipactiviteit zijn geobserveerd tussen de complexen met of zonder een ruthenium-eenheid. Deze complexen knippen het DNA per keten waarschijnlijk door middel van de oxidatie van de suikergroep en oxidatie van de nucleobasen.
Verdere ontwikkeling van deze strategie en onderzoek naar de distributie van dit type complexen in kanker cellen zou kunnen leiden tot nieuwe geneesmiddelen.
174
