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Evaluierung des molekularen Wirkmechanismus des Aminoisochinolins FX-9 und möglicher Kombinationstherapien bei Prostatakarzinomzelllinien von Mensch und Hund

Bei der Entwicklung neuer Chemotherapeutika ist eine umfangreiche und detaillierte Untersuchung des Wirkungsmechanismus der Substanz wichtig, um eine größtmögliche Sicherheit für die potentielle klinische Anwendung zu gewährleisten. Von großem Interesse ist auch die Untersuchung möglicher Kombinationspartner, um auf eventuell auftretende Nebenwirkungen nach einer FX-9-Behandlung mit einer Dosisreduktion bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Wirkung reagieren zu können. In dieser Studie wurde an Zelllinien des Prostatakarzinoms von Mensch und Hund geforscht, da hier chemotherapeutisch erfolgreiche Heilungsansätze, insbesondere bei den androgen-unabhängigen Formen, begrenzt sind. Die Charakteristiken des kastrationsresistenten Prostatakarzinoms des Mannes und des Prostatakarzinoms des Hundes überschneiden sich in vielen Punkten, sodass der Hund für diesen Aspekt als Modellorganismus des Menschen angesehen wird.      

Ziel der Studie war die molekularbiologische Charakterisierung von FX‑9 anhand der androgen-unabhängigen Prostatakarzinomzelllinie PC‑3 des Menschen und die Wirkung von Kombinationsprotokollen mit Azacitidin, Dichloressigsäure, Doxorubicin, oder Carboplatin an den humanen Zelllinien PC-3, LNCaP und caninen Zelllinie Adcarc1258 zu untersuchen.

Die molekularbiologische Charakterisierung des Wirkmechanismus von FX-9 bestätigt die in Vorgängerstudien auf zellulärer Ebene beschriebenen antimitotischen Eigenschaften. FX‑9 aktiviert den potenten Zellzyklus-Inhibitor CDKN1A, welcher die Zellen in der G1‑Phase des Zellzyklus arretiert. Die vorhergehende Aktivierung des alternativen NF‑κB Signalwegs und seiner Zielgene weist auf einen DNA-Schaden vermittelten Zellzyklusarrest hin. Die Aktivierung von Markern oder Signalwegen der Seneszenz durch FX‑9 ist kritisch zu betrachten, da Tumorzellen in einigen Fällen aus diesem normalerweise irreversiblen Zustand ausbrechen könnten ("mitotic slippage").    

Das Kombinationsprotokoll von FX‑9 mit Azacitidin zeigt synergistisches Potential an der Zelllinie PC-3. Dieser synergistische Effekt ist möglicherweise darauf zurückzuführen, dass Azacitidin eine stärkere Wirkung auf Zellen zeigt, die durch FX‑9 in der G1‑Phase des Zellzyklus arretiert werden. Das Kombinationsprotokoll von FX-9 mit Carboplatin weist ein additives Verhalten auf den Zellmetabolismus und synergistisches pro-apoptotisches Verhalten auf. Da neoplastische Zellen in der G0/G1‑Phase des Zellzyklus sensitiver auf Carboplatin reagieren, könnten der G1‑Phasenarrest und die Inhibition des Minichromosome Maintenance‑Komplex durch FX‑9 das additive bzw. synergistische Verhalten bewirken.

Der Vergleich mit der caninen Zelllinie ergab keine übereinstimmende Reaktion auf die Kombinationsprotokolle, sodass hier keine gute Modelleignung besteht. Interessant ist, dass der Hund sensibler auf FX-9 reagiert, sodass bei der Planung von in vivo Versuchen am Hund für den Menschen dieser unterschiedlichen Sensibilität Beachtung geschenkt und die Dosis gegebenenfalls angepasst werden sollte.

In der zukünftigen Entwicklung von FX-9 als angewandtes Chemotherapeutikum, sollte die DNA-schädigende Wirkung und Topoisomerase-Hemmung weiter untersucht werden. Die Ursache für das selektiv synergistische Potenzial ist hinsichtlich möglicher dosisabhängiger Wirkmechanismen in weiteren Studien zu evaluieren. Außerdem ist weitere Forschung zu Verträglichkeit, Pharmakokinetik und möglichen Applikationsarten von FX‑9 erforderlich.

In the development of new chemotherapeutic agents, extensive and detailed study of the compound’s mode of action is important to ensure the greatest possible safety for potential clinical application. The investigation of possible combination partners in order to respond to any side effects that may occur after FX-9 treatment by reducing the dose while maintaining the effect is also of great interest. In this study, research was conducted on human and canine prostate carcinoma cell lines, as chemotherapeutically successful approaches are limited here, especially for androgen‑independent types. The characteristics of castration-resistant male prostate carcinoma and canine prostate carcinoma share many characteristics, suggesting the dog as a model organism for humans.

The aim of the present study was to characterize the molecular mode of action of FX‑9 using the androgen‑independent human prostate carcinoma cell line PC‑3 and to evaluate the effect of combination protocols with azacitidine, dichloroacetic acid, doxorubicin, or carboplatin on the human cell lines PC-3, LNCaP, and canine cell line Adcarc1258.

Molecular characterization of the mode of action of FX-9 confirms the antimitotic activity observed in previous studies at the cellular level. FX‑9 activates the potent cell cycle inhibitor CDKN1A, which arrests cells in the G1‑phase of the cell cycle. Prior activation of the alternative NF‑κB pathway and its target genes, indicates DNA damage-mediated cell cycle arrest. The activation of markers or signaling pathways of senescence by FX‑9 has to be considered critically, since tumor cells could in some cases break out of this normally irreversible state ("mitotic slippage").

The combination protocol of FX‑9 with azacitidine shows synergistic potential on cell line PC-3. This synergistic effect is possibly attributed to azacitidine exhibiting its stronger effect on cells arrested by FX-9 in the G1‑phase of the cell cycle. The combination protocol of FX-9 with carboplatin demonstrates additive effects on cell metabolism and synergistic pro-apoptotic activity. As neoplastic cells are known to be more sensitive to carboplatin in the G0/G1‑phase of the cell cycle, G1‑phase arrest and inhibition of the minichromosome maintenance‑complex induced by FX-9 might cause the additive and synergistic behavior.

The comparison with the canine cell line revealed no identical response to the combination protocols, hence no good model suitability is given here. However, it is worth noting that the dog is more sensitive to FX-9, which means that this difference in sensitivity should be taken into account when planning in vivo experiments in dogs for humans, and the dose should be adjusted if necessary.

In the future development of FX-9 as an applied chemotherapeutic drug, the DNA‑damaging effect and topoisomerase inhibition should be further investigated. The cause of the selective synergistic potential needs to be evaluated in terms of possible dose-dependent modes of action in follow-up studies. In addition, it is necessary to conduct further research on the tolerability, pharmacokinetics, and possible routes of FX‑9 administration.

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