Carina Neitzel

• Das kolorektale Karzinom (KRK) ist eine der am häufigsten auftretenden Krebsentitäten und zeigt aktuell eine erhöhte Inzidenz und Mortalität bei Erwachsenen unter 50 Jahren in Europa und den USA auf. Zumeist im fortgeschrittenen Stadium diagnostiziert, ist die 5-Jahres-Überlebensrate des KRKs immer noch gering. Daher besteht eine Notwendigkeit neuer Therapieansätze und Angriffspunkte für Wirkstoffkandidaten, wenngleich Standardtherapien mit den Zytostatika 5-Fluorouracil (5 FU) oder Irinotecan (IT) und Biologika existieren. Einen solchen Angriffspunkt könnte der Energiemetabolismus darstellen, der für Krebszellen charakteristische Veränderungen aufweist. Das Lipoat CPI 613 ist ein Derivat der natürlich vorkommenden α Liponsäure (LA) und gehört aufgrund seiner einzigartigen Hemmung des veränderten Energiemetabolismus in Krebszellen als Vorreiter zu einer neuen Klasse von Wirkstoffsubstanzen. CPI-613 erwies sich bereits als Inhibitor mitochondrieller Multienzymkomplexe wie der Pyruvatdehydrogenase und der α Ketoglutaratdehydrogenase. Diese Wirkung wurde vorrangig in Krebszellen beschrieben. Der Fokus dieser Arbeit lag zunächst auf der Untersuchung zellulärer Antworten auf die Behandlung von KRK-Zellen mit dem Lipoat CPI 613 und schlossen neben Effekten auf die mitochondrielle Integrität und Funktion der oxidativen Phosphorylierung auch die Endpunkte Zelltod, DNA-Schädigung und Autophagie ein. Hierfür wurde ein Panel an KRK-Zellen und auch nicht maligne transformierte humane Kolonepithelzellen (HCEC) untersucht. Darüber hinaus wurde in isolierten murinen Mitochondrien die Wirkungsweise von CPI-613 geprüft. Weiterhin sollte ein möglicher Synergismus durch eine Kombinationsbehandlung von Lipoaten wie CPI-613 oder dessen Muttersubstanz LA und Standardchemotherapeutika in der KRK-Behandlung wie 5-FU und IT charakterisiert werden. Nach Identifizierung der aussichtsreichsten Kombination in vitro folgten Studien zur Wirksamkeitssteigerung der Kombinationsbehandlung im Vergleich zur Einzelbehandlung in vivo sowie eine Beurteilung zu möglichen hämatotoxischen Nebeneffekten. Zu diesem Zwecke wurden sowohl das Xenograft-Modell in immundefizienten Mäusen (BALB/c nu/nu) als auch das Azoxymethan (AOM)/Dextran Natriumsulfat (DSS)-Model zur chemischen Induktion von KRK-Tumoren in C57BL/6-Mäusen genutzt. Es konnte gezeigt werden, dass CPI-613 sowohl in isolierten Mitochondrien als auch in KRK-Zelllinien zu einer Reduktion des mitochondriellen Membranpotentials neben einer vermehrten Bildung von reaktiven Sauerstoffspezies führte. Dies ging mit einer deutlichen Verminderung der zellulären Atmung einher und äußerte sich in KRK-Zelllinien zudem in einer Reduktion der Mitochondrien-Anzahl. Während kein Zellzyklusarrest durch die Behandlung mit CPI 613 ausgelöst wurde, konnte in einem Panel von diversen KRK-Zelllinien Zelltod nachgewiesen werden. Dies war mit gleicher Potenz in den verschiedenen Zelllinien unabhängig des p53- und MSS/MSS-Status zu beobachten. Dabei wurden verschiedene und teils redundante Zelltodmechanismen wie Apoptose, Nekroptose und Caspase-unabhängigem Zelltod nach CPI-613 Behandlung nachgewiesen. Als Folge einer Behandlung mit CPI-613 kam es des Weiteren zu einer gesteigerten Autophagie-Rate in KRK-Zellen. Analysen zum genotoxischen Potential von CPI-613 ergaben keine Hinweise auf DNA-Schädigungen. Verschiedene Kombinationen von Lipoaten und Standardchemotherapeutika wurden in vitro auf deren Synergismus charakterisiert. Neben einer synergistischen Wirkung von CPI-613 in Kombination mit IT in KRK-Zellkulturmodellen konnte ebenfalls ein positiver Effekt in Mausmodellen des KRKs verzeichnet werden. Während CPI-613 bereits alleine in Xenograft-Modellen zu einer Reduktion des Tumorwachstums und somit zu einer verlängerten Überlebenszeit und damit einem Therapieerfolg führte, verstärkten sich diese Effekte deutlich in der Kombinationsbehandlung mit IT. In chemisch-induzierten Tumoren hingegen zeigte vor allem IT einen therapeutischen Effekt, welcher ebenfalls in der Kombination mit CPI-613 zu verzeichnen war. Eine Monotherapie mit CPI 613 führte in diesem Modell zu keinem signifikanten Therapieerfolg. Der Synergismus in vitro und in vivo gründet vornehmlich auf einer gesteigerten Zelltodrate, der Depletion von p53 sowie einer Reduktion der Autophagierate und nicht auf einer erhöhten DNA-Schädigung. Ein hämatotoxisches Nebenwirkungsprofil von CPI-613 wurde hier im Allgemeinen nicht beobachtet. Zusammenfassend wurde in dieser Arbeit demonstriert, dass CPI-613 im Kontext von KRK den veränderten Energiemetabolismus angreift und zum Zelltod führt. Darüber hinaus konnte eine Genotoxizität von CPI-613 ausgeschlossen werden. Eine Kombination aus CPI-613 und IT führte in Xenograft- und chemisch-induzierten KRK-Tumoren zu einer gesteigerten Wirksamkeit in Bezug auf die Hemmung des Tumorwachstums und der Überlebenszeit. Die Befunde in Zellkultur- und Maus-Modellen des KRKs identifizierten CPI-613 als vielversprechenden Therapiebaustein für die Behandlung des KRKs.