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Authors: Reichwagen, Annegret
Title: Ursachen der Anthrazyklin-induzierten Kardiotoxizität : Einfluss der individuellen genetischen Ausstattung, des oxidativen Stresses und der Metabolisierung
Online publication date: 12-Jul-2012
Year of first publication: 2012
Language: german
Abstract: Doxorubizin (Dox) gehört zur Gruppe der Anthrazykline, welche seit mehreren Jahrzehnten erfolgreich gegen ein breites Spektrum an Tumoren eingesetzt wird. Neben der guten Wirksamkeit besitzt Dox jedoch auch ein sehr hohes Nebenwirkungspotential. Die wohl folgenschwerste Nebenwirkung stellt die irreversible Schädigung des Herzens dar. Zahlreiche Faktoren, wie zum Beispiel die kumulative Dox-Dosis konnten bereits mit einer erhöhten Inzidenz an kardialen Schäden in Verbindung gebracht werden. Bislang ungeklärt war jedoch die Frage, warum Patienten unterschiedlich sensibel auf die Verabreichung von Dox reagierten. rnAn dem Patientenkollektiv der Ricover60-Studie wurde der Einfluss der individuellen genetischen Ausstattung auf die Entstehung der Anthrazyklin-induzierten Herzschädigung untersucht. Alle Patienten mit Dox-induzierten Herzschäden wurden identifiziert und auf das Vorhandensein von genetischen Polymorphismen der NAD(P)H-Oxidase (CYBA, RAC2 und NCF4) und der Anthrazyklin-Transporter (MRP1 und MRP2) untersucht. Sowohl für CYBA als auch für RAC2 konnte eine Anreicherung bestimmter Genotypen (CYBA: CT/TT; RAC2: TA/AA) in der Gruppe der herzgeschädigten Patienten nachgewiesen werden. In der Multivariaten Analyse von RAC2 erreichte diese Anreicherung ein signifikantes Niveau (p=0.028). Damit konnte für diesen Polymorphismus die klinische Relevanz bestätigt werden.rnDie Ursachen der Dox-induzierten Toxizität wurden außerdem an verschiedenen Mäusestämmen und Zelllinien untersucht. Balb/c- und C57BL/6-Mäuse, die bekanntermassen unterschiedlich sensibel auf Dox reagierten, wurden mit Dox behandelt. Anschliessend wurden die Organe Herz, Leber und Blut via HPLC untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass sich 1. die Hauptanreicherungsorte für Dox und Doxol (Balb/c: Herz und Blut versus C57BL/6: Leber), 2. die nachgewiesenen Gesamtmengen an Dox+Doxol+Doxon in den drei Organen (MengeC57BL/6 > MengeBalb/c) sowie 3. die An- und Abflutungsgeschwindigkeiten von Dox zwischen den beiden Mäusestämmen unterscheiden. Schlussendlich konnte im Vergleich zu den Balb/c-Mäusen, bei den C57BL/6-Mäusen eine stärkere kardiale Anreicherung von Dox nach der mehrmaligen Dox-Injektion nachgewiesen werden. Somit scheinen der deutlich höhere Dox-Gehalt und die längere Verweilzeit in den Herzen für die stärkere kardiale Schädigung der C57BL/6-Mäuse verantwortlich zu sein. Hingegen verlief die Art der Dox-Metabolisierung in beiden Mäusestämmen ähnlich. rnBei der Betrachtung des oxidativen Stresses konnte gezeigt werden, dass in den Herzen der C57BL/6-Mäusen ein gröβerer oxidativer Stress vorlag, als bei den Balb/c-Mäusen. Ähnlich wie bei der Ricover60-Studie ließ sich auch bei den Mäusen eine Beteiligung der NAD(P)H-Oxidase am Dox-induzierten oxidativen Stress nachweisen. rnMit der HTETOP-Zelllinie konnte gezeigt werden, dass Dox unter physiologischen Bedingungen oxidativen Stress auslösen kann. Die Art und die Konzentration der gebildeten ROS waren abhängig von der Dox-Konzentration, der Einwirkzeit und der Kompensationsfähigkeit der Zellen. Durch die Gabe von Dex ließ sich das Ausmaß des oxidativen Stresses lediglich in den Mäuseherzen reduzieren. In den HTETOP-Zellen zeigte Dex selbst stressauslösende Eigenschaften. Durch die Behandlung mit Dex / DOXY konnte gezeigt werden, dass die Hemmung der Topo IIα selbst oxidativen Stress in den HTETOP-Zellen auslöst. Jedoch scheint weder die Topo IIalpha-Hemmung, noch der Dox-induzierte oxidative Stress bei physiologischen Dox-Konzentrationen (< 1 µM) eine entscheidende Rolle für die Toxizität zu spielen. rnIn der Mikroarray-Analyse der HTETOP-Zellen konnten verschiedene Gene identifiziert werden, die in den oxidativen Stress involviert sind und die durch die Gabe von Dox differentiell reguliert werden. Durch die Komedikation mit Dex / DOXY ließen sich diese Veränderungen teilweise modulieren. rn
Doxorubicin (Dox) belongs to the group of Anthracyclines which has been used for several decades successfully against a broad range of tumors. Next to the good efficacy though, Dox possesses a high potential for side effects. The probably most severe side effect is the irreversible damage of the heart. Several factors, like the cumulative Dox-dose, could already be correlated with a higher incidence of cardiac damages. Until now it was still unclear, though, why different patients react with different sensitivity to the application of Dox.rnWith the group of patients of the Ricover-60 study, the influence of the individual genetic predisposition on the development of Anthracycline induced cardiac damage was investigated. All patients with Dox-induced cardiac damages were identified and the presence of genetic polymorphisms of the NAD(P)H-oxidase (CYBA, RAC2, and NCF4) and of the Anthracycline-transporter (MRP1 and MRP2) was investigated. For both, the CYBA and the RAC2, an accumulation of distinct genotypes (CYBA: CT/TT; RAC2: TA/AA) in the group of patients with cardiac damages could be identified. In the multivariate data analysis the accumulation of the A allele of the RAC2 polymorphism reached a significant level (p=0.028). Thus the clinical relevance for this polymorphism could be shown.rnFurther, the causes for Dox-induced toxicity were analyzed with several mouse strains and on cell lines. Balb/c- and C57BL/6-mice, both known to react with different sensitivity to Dox, were treated with different dosages of Dox. Following this treatment, the organs (heart, liver and blood) were analyzed via HPLC. It could be shown that firstly, the detected amounts of Dox+Doxol+Doxon in the analyzed organs (amountC57BL/6 > amountBalb/c) are different. The same can be seen for the pharmacokinetic parameters, such as the time for increasing the concentration in the tissues as well as the time for elimination out of the organs. Finally, the main locations of accumulation for Dox and Doxol (Balb/c: Heart and blood vs. C57BL/6: Liver) in comparison to the Balb/c mice, the C57BL/6 mice showed a more pronounced cardiac accumulation of Dox after multiple injections. Thus it seems that the higher Dox amount and the longer half-life in the heart accounts for the higher cardiac damage seen in the C57BL/6 mice. On the other hand, the way of metabolism of Dox in the two mouse lines seems similar.rnIn measuring the level of oxidative stress, it could be shown, that the hearts of the C57BL/6 mice showed significant higher level of oxidative stress after the treatment with Dox in comparison to the hearts of the Balb/c mice. Similar as in the Ricover60-study, a participation of the NAD(P)H-oxidases in the formation of oxidative stress is obvious.rnUsing the HTETOP-cell line, it could be shown that, Dox can induce oxidative stress under physiological conditions. The kind and concentration of formed ROS was dependent on the Dox-concentration, the time of application and the ability of the cells to compensate for oxidative stress. Through the dosage of Dexrazoxane (Dex), the level of oxidative stress could be reduced only in mouse heart tissue. In the case of HTETOP cell line, Dex itself showed the induction of oxidative stress. By treatment with Dex / Doxycycline (DOXY), it could be shown that, the inhibition of the Topo IIα (via alteration of the protein levels as well as the impairment of the functionality) may be responsible for the changes in the oxidative stress levels in the HTETOP cells. Still, neither the Topo IIα inhibition nor the Dox induced oxidative stress seems to play an important role for the toxicity at physiological Dox concentrations (< 1µM).rnIn the microarray-analysis of the HTETOP cells, different genes could be identified which are involved into the formation of oxidative stress and which are differently regulated when Dox is applied. Partially those changes could be modulated with a co-medication of Dex / DOXY.rn
DDC: 570 Biowissenschaften
570 Life 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-2067
URN: urn:nbn:de:hebis:77-31675
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: In Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent: 201 S.
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