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Bibliographic Metadata

Title
Self-assembled Pt(II)-boxes strongly bind G-quadruplex DNA and influence gene expression in cancer cells / eingereicht von Johanna Schreiber
Additional Titles
Platin-basierende G4 Stabilisatoren binden G-quadruplex DNA und beeinflussen die Genexpression in Tumorzellen
AuthorSchreiber, Johanna
Thesis advisorBerger, Walter ; Lötsch, Daniela
Published2018
Description113 Seiten : Illustrationen
Institutional NoteMedizinische Universität Wien, Diplomarb., 2018
Annotation
Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
Date of SubmissionJuly 2018
LanguageEnglish
Document typeThesis (Diplom)
Keywords (DE)G-quadruplex / Onkologie / Tumor / hTERT / Bcl-2 / c-Kit / Platinum based G-quadruplex stabilizers
Keywords (EN)G-quadruplex / onkology / tumor / hTERT / Bcl-2 / c-Kit / Platinum based G-quadruplex stabilizers
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-17567 Persistent Identifier (URN)
Restriction-Information
 The work is publicly available
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Self-assembled Pt(II)-boxes strongly bind G-quadruplex DNA and influence gene expression in cancer cells [5.84 mb]
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Abstract (German)

In den letzten Jahren sind G-quadruplexe (G4), eine viersträngige helikale Struktur, die sich in guaninreichen Regionen, wie im Bereich der Telomere und Promotoren von Onkogenen, ausbilden können, immer mehr in den Fokus der Forschung gerückt. Diverse Studien zeigten, dass G4 eine außerordentlich wichtige Funktion in vielen biologischen Prozessen wie im Rahmen der Replikation, Transkription und Translation einnehmen und sohin ebenfalls in der Tumorgenese bedeutsam sind. Folglich werden G4- stabilisierende Liganden als potenzielle neue Therapieform in der Onkologie angesehen.

Drei neuartige Platin-basierende G4 Stabilisatoren wurden vom Institut für Anorganische Chemie in Wien gemeinsam mit dem Institut für Allgemeine Chemie der Universität von Coruña synthetisiert. Die Fähigkeit dieser Substanzen G4 Strukturen zu binden, insbesondere innerhalb des hTERT, c-Kit 1 und Bcl-2 Genlokus, wurde zuvor mittels Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET) Analysen evaluiert.

Ziel dieser Studie war es daher, zum ersten Mal den Effekt von G4 Stabilisatoren auf die Zytotoxizität, Apoptose und auf Veränderungen im Zellzyklus in vitro zu ermitteln. Außerdem wollten wir die Regulation auf die Genexpression von hTERT, c-Kit und Bcl-2 in Osteosarkom (U2OS), Melanom (VM-1), Brustkrebs (MCF-7) und Glioblastom (U87MG) Zelllinien erforschen.

Mit Hilfe von Zellviabilität-Tests sollten die zytotoxischen Effekte dieser Substanzen untersucht werden. Des Weiteren wurden die Auswirkungen auf Ebene des Zellzyklus, der Apoptoseinduktion als auch auf die Genexpression von hTERT, c-Kit und Bcl-2 mittels Durchflusszytometrie und quantitativer Real-time PCR geprüft. Abschließend, basierend auf unseren Ergebnissen, wurden die Apoptose induzierenden Eigenschaften der G4 Stabilisatoren und deren regulierende Wirkung auf die Genexpression mittels Western Blot Analysen in einem Panel der getesteten Zelllinien überprüft.

Zellbiologische Analysen haben gezeigt, dass diese G4 Stabilisatoren insbesondere zu einer Ansammlung von Zellen in der G0/G1 Phase und zu einer Beeinträchtigung der Zellviabilität führten, wohlmöglich über die Induktion von DNA Damage Responses. Weiters wurde eine signifikante Herabregulation der mRNA Levels der untersuchten Onkogene, insbesondere von hTERT und c-Kit, nach Behandlung mit unseren drei Platin-basierenden G4 Stabilisatoren beobachtet. Interessanterweise hatte die Substanz mit der größten Struktur, Compound 6, die höchste Wirksamkeit. Die Auswirkungen unserer Compounds auf die Genexpression von Bcl-2, auf Transkriptions- als auch auf Translationsebene, waren hingegen kontrovers. Während Compound 4 und 6 zu einer Erniedrigung des BCL-2 Proteins führten, bewirkte Compound 2 eine Hochregulierung dieses anti-apoptotischen Proteins in der getesteten Brustkrebszelllinie.

Da diese Überexpression auf Transkriptionsebene nicht festgestellt werden konnte, ist eine potenzielle Wechselwirkung auf Translationsebene von Bcl-2 wahrscheinlich.

In diesem Zusammenhang ist eine weitere Erforschung der zugrundeliegenden biologischen Mechanismen nötig, um verstehen zu können, wie diese G4 Stabilisatoren einerseits Seneszenz und Apoptose induzieren, andererseits die Genexpression beeinflussen.

Zusammenfassend hat diese Studie zum ersten Male die in vitro Tumor-inhibierende Wirkung dieser neuen Platin-basierenden G4 Stabilisatoren aufgezeigt und das Konzept, dass G4 Stabilisatoren eine neue Strategie in der Onkologie darstellt, bestärkt.

Abstract (English)

Over the last years, four-stranded helical structures, termed G-quadruplex (G4), which can form in guanine-rich sequences such as telomeres and promoter regions of oncogenes, have become a rapidly expanding field of research. Various studies have revealed that G4 structures are implicated in several biological processes including replication, transcription and translation and are therefore playing an important role in oncogenesis. Thus, G4-binding agents are considered as a novel approach in anticancer therapy.

Three novel platinum-based G4-stabilizers 2, 4 and 6 have been synthesized at the Institute of Inorganic Chemistry in Vienna together with the Department of Fundamental Chemistry of the University of A Coruña. The ability of these compounds to bind G4 structures, in particular within the hTERT, c-Kit 1 and Bcl-2 gene locus, has been evaluated by Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET) melting assays.

Accordingly, this study aimed to elucidate for the first time the in vitro efficacy of these novel G4-binders to induce cytotoxicity and apoptosis, to interfere with cell cycle progression and with hTERT, c-Kit and Bcl-2 gene expression in osteosarcoma, (U2OS) melanoma (VM-1), breast cancer (MCF-7) and glioblastoma (U87MG) cell lines.

To investigate the cytotoxic and cytostatic effects of these agents, cell viability assays were performed. The impact on cell cycle regulation, apoptosis induction as well as on hTERT, c-Kit and Bcl-2 gene expression was evaluated by flow cytometry and quantitative Real-Time PCR, respectively. Finally, based on our findings, G4-stabilizer-dependent apoptosis induction and gene expression regulation were confirmed by Western blot analyses in panel of selected cell line.

Cell-biological analyses have demonstrated that these G4-stabilizers impaired cell viability caused in particular an increase of cells in G0/G1 phase, possibly via induction of DNA damage responses in diverse cancer cells. Furthermore, a significant downregulation of mRNA levels of the investigated oncogenes in particular of hTERT and c-Kit was observed upon treatment with all three compounds. Interestingly, the bigger-sized compound 6 showed the highest efficacy. The impact of our compounds on Bcl-2 gene expression at transcriptional as well as at translational level has revealed to be more contrastive. Compound 4 and 6 reduced BCL-2 protein expression, whereas compound 2 caused an upregulation of this antiapoptotic protein in the breast cancer cell line. This upregulation has not been found at transcriptional level indicating a possible interaction with translation regulation of Bcl-2.

Therefore, further research on the underlying biological mechanism of how these G4-binding agents induce senescence, apoptosis and regulate gene expression is required.

Overall this study disclosed for the first time the in vitro antitumor activity of these novel platinum-based G4 stabilizers and strengthens the concept that G4-targeting agents represent a novel strategy of anticancer therapy.

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