Authors:	Mühlhausen, Ute
Title:	Synthese, Radioiodierung und Evaluierung von neuen MGMT-Inhibitoren und ihren Glucose-Konjugaten
Online publication date:	22-Aug-2005
Year of first publication:	2005
Language:	german
Abstract:	Eine häufige Art der Chemotherapie ist die Behandlung von Tumoren mit alkylierenden oder chloralkylierenden Zytostatika, die eine Alkylierung von Guanin in der DNA verursachen. Daraus resultieren eine Blockierung der DNA-Synthese und ein Rückgang im Tumorwachstum. Das Enzym O6-Methylguanin-DNA-methyltransferase (MGMT) ist in der Lage, solche Schäden zu reparieren. Da MGMT auch in verschiedenen Tumorarten exprimiert wird, eine Tatsache, die therapeutische Effekte verringern könnte, wird zur Zeit die Gabe von Inhibitoren der MGMT, wie O6-Benzylguanin, vor der eigentlichen Chemotherapie untersucht. Um möglicher Weise die Selektivität dieser Verbindungen für Tumor- vs. gesundem Gewebe und auch die in vivo-Eigenschaften zu verbessern, wurden glycosylierte Inhibitoren vorgeschlagen. Für eine Entwicklung neuer MGMT-Inhibitoren wäre es hilfreich, die in vivo Bioverteilung in Tier und Mensch durch eine Markierung mit geeigneten Isotopen verfolgen zu können. Im Moment existiert keine Möglichkeit, den MGMT-Status eines Tumors nicht-invasiv zu visualisieren. Diese Information kann sehr wichtig für die Planung einer Chemotherapie mit alkylierenden oder chloralkylierenden Zytostatika sein. Mit Methoden wie der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) oder der Einzel-Photonen-Emissions-Tomographie (SPECT) ist eine nicht-invasive Quantifizierung von biochemischen Prozessen prinzipiell möglich. Hierfür wurden verschiedenen MGMT-Inhibitoren bereits mit Isotopen wie Fluor-18, Kohlenstoff-11 un Iod-131 markiert, aber sie waren aus unterschiedlichen Gründen nicht geeignet. Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung von neuen O6-derivatisierten Guaninen, die über einen C8-Spacer an der N9-Position des Guanins mit einer Glucose-Einheit konjugiert werden sollten, geeigneten Markierungsvorläufern und Radioiodierungs-Methoden. Durch Wahl eines geeigneten Radioiodisotops für die Markierung des Restes an der O6-Position des Guanins kann die ex vivo-Bioverteilung dieser Verbindungen in tumortragenden Nacktmäusen (Iod-131) und die Untersuchung der in vivo-Verteilung (Iod-123) durchgeführt werden. Daher wurden O6-(5-Iodothenyl)- (ITG) und O6-(3-Iodbenzyl)guanin-Derivate (IBG) sowie ihre Glucose-Konjugate ITGG und IBGG synthetisiert. Von diesen inaktiven Standard-Verbindungen wurden die IC50-Werte zur MGMT bestimmt. Da sie alle im nM-Bereich lagen, schienen die Verbindungen für weitere Untersuchungen geeignet zu sein. Die Radiomarkierung der Inhibitoren mit Iod-131 bzw. Iod-123 wurde durch Umsetzung der Trialkyl-stannylierten Markierungsvorläufer mit der Chloramin T-Methode in mittleren (Iod-123) bis hohen (Iod-131) radiochemischen Ausbeuten und mit hohen radiochemischen Reinheiten durchgeführt. Mit den 131I-iodierten Verbindungen wurde die spezifische Bindung zur MGMT nachgewiesen, eine Eigenschaft, die essentiell für eine weitere Verwendung dieser Derivate ist. Sie wurden auch zur Bestimmung der ex vivo-Tumor- und Organverteilung in tumortragenden Nacktmäusen (MEX(+), MEX(-), Glioblastom) verwendet. In allen Fällen war die Tumoraufnahme der nicht-konjugierten Guanin-Derivate höher als die der entsprechenden Glucose-Konjugate. Das Tumor-Blut-Verhältnis, das sehr wichtig für einen potentiellen Einsatz der Verbindungen als Tracer des MGMT-Status eines Tumors ist, variierte abhängig von der Kinetik. Zu allen Zeitpunkten war die in vivo-Deiodierung der Glucose-Konjugate deutlich geringer als die von ITG oder IBG. Unter Verwendung von [131I]IBG und [131I]IBGG wurde die Biodistribution nach Inhibition der Natrium- abhängigen Glucose-Transporter, die zumindests teilweise für die Aufnahme der MGMT-Inhibitoren in Zellen verantwortlich sind, durch Phloretin untersucht. Einen Unterschied in der Tumoraufnahme zwischen den mit Phloretin behandelten und den unbehandelten Mäusen konnte nicht beobachtet werden, wahrscheinlich weil die Akkumulation im Tumor generell niedrig war. Mit den 123I-iodierten Verbindungen [123I]IBG und [123I]IBGG wurden in vivo-Scans an tumortragenden Nacktmäusen (MEX(+), MEX(-)) mit einer Kleintier-SPECT-Kamera durchgeführt. In beiden Fällen wurde eine geringe Akkumulation in den Tumoren im Vergleich zu anderen Organen beobachtet, was die ex vivo-Biodistributionsdaten bestätigte. An important type of chemotherapy is the treatment of tumors with alkylating or chloroalkylating drugs causing alkylation of guanine in DNA. This results in a blocking of DNA- replication and a decrease in tumor-growth. The enzyme O6-methylguanine-DNA methyltransferase (MGMT) is able to reverse this type of blocking. Since MGMT is also expressed in various tumor-types, a fact which might diminish therapeutic effects, inhibitors of MGMT like O6-benzylguanine given prior to chemotherapy are currently investigated. To possibly increase the selectivity of those compounds for tumor vs. healthy tissues and improve the in vivo properties of the compounds, glycosylated inhibitors have been considered. For the development of new MGMT-inhibitors it would be helpful to be able to follow the in vivo biodistribution in animals and humans ex vivo and in vivo by labeling the inhibitors with suitable isotopes. At the moment there exists no possibility of visualizing the MGMT status of a tumor non-invasively, an information which could be very important for the planning of a chemotherapy using alkylating or chloroalkylating drugs. With methods like Positron Emission Tomography (PET) or Single Photon Emission Tomography (SPET), a non-invasive quantification of biochemical processes is principally possible. For this goal several MGMT-inhibitors were already labeled with isotopes like 18F, 11C and 131I, but for several reasons they were not useful. The aim of this thesis was the development of new O6-derivatives of guanine which were conjugated at the N9-position of the guanine moiety to a glucose unit using a C8-spacer, suitable labeling precusors and radioiodination procedures. Choosing the right radioisotope of iodine for labeling the compound at the group at the O6-position of guanine allows the determination of the ex vivo biodistribution of these compounds in tumor bearing nude mice (131I-iodine) and the investigation of the in vivo distribution (123I-iodine). Therefore O6-(5-iodothenyl)- (ITG) and O6-(3-iodobenzyl)guanine (IBG) derivatives and their glucose conjugates ITGG and IBGG were synthesized. From these inactive standard compounds the IC50 values towards MGMT were determined. Since they were all in the nM-range, the compounds seemed suitable for further investigation. Radiolabeling of the inhibitors with 131I-iodine and 123I-iodine occured by using the trialkyl-stannylated labeling precursors and the chloroamine T method in medium (123I) to high (131I) radiochemical yields and high purities. With the 131I-iodinated compounds the specific binding to MGMT was proven, a property which is essential for further use of these derivatives. They were also used in the determination of the tumor and tissue distribution in tumor bearing nude mice (MEX(+), MEX(-), glioblastom). In all cases the tumor uptake of the non-conjugated guanine derivatives was higher than for the glycosylated inhibitors. The tumor to blood radioactivity ratio, which is very important for a potential application of the compounds as tracers for the MGMT status of a tumor, was varying depending on the kinetics. At all time points the in vivo de-iodination of the glucose conjugates was pronouncedly less than for ITG and IBG. Using [131I]IBG and [131I]IBGG, the biodistribution after inhibition of the sodium dependent glucose transporters, which were shown to be at least partially responsible for the uptake of the MGMT inhibitors into cells, by Phloretin was investigated. A difference in tumor uptake between the with phloretin treated and the untreated mice was not observed, probably due to the fact that the tumor uptake was generally low. Finally small animal in vivo SPET scans with MEX(+)- and MEX(-)-bearing nude mice were performed using the 123I-iodinated compounds [123I]IBG and [123I]IBGG. In both cases low accumulation of the 123I-iodinated compounds in the tumors compared to most of the other tissues could be observed verifying the so far obtained ex vivo distribution data.
DDC:	540 Chemie 540 Chemistry and allied sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-1898
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-8248
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Appears in collections:	JGU-Publikationen