Bibliographic Metadata

Title
Charakterisierung von Zelllinien als in vitro Modell für drug repurposing
Additional Titles
Characterization of Cell Lines as In Vitro Tools to Repurpose Drugs
AuthorSchwarz, Paula
Published2018
Date of SubmissionJune 2018
LanguageEnglish
Document typeBachelor Thesis
Keywords (DE)drug repurposing / hämatopoietische Stammzellen Transplantation / Modell Zelllinie / Krebstherapie / Melanom Zelllinien
Keywords (EN)drug repurposing / hematopoietic stem cell transplantation / model cell lines / cancer therapy / melanoma cell lines
Restriction-Information
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Classification
Abstract (German)

Drug repurposing ist ein Konzept zur Entwicklung neuer Anwendungsmöglichkeiten für bereits zugelassene Arzneimittel. Im Gegensatz zur de novo Entwicklung, ist dieses Kon-zept weniger zeit- und kostenaufwendig und weniger anfällig für Misserfolge bei der Um-setzung von präklinischen Ergebnissen zu klinischen Studien. Bis jetzt gibt es keine Be-handlungsmöglichkeiten um die Transplantation von hämatopoetischen Stammzellen (HSZT) zu verbessern, weswegen dies ein attraktives pharmakologisches Forschungsfeld darstellt. Ein wichtiger Schritt für eine erfolgreiche Transplantation ist das Homing von hämatopoetischen Stamm- und Vorläuferzellen (HSVZ) zum Knochenmark, welches den C-X-C chemokine receptor type 4 (CXCR4) benötigt. Zwei unterschiedliche Arzneimittel wurden entdeckt, welche interessante Kandidaten zur Stimulation des Homing Prozesses darstellen.

Um den Forschungsprozess zu unterstützen, war das erste Ziel dieser Bachelorarbeit zu testen, ob die Zelllinie Mo7e eine passende Modell Zelllinie für primäre HSVZ im Kontext von drug repusrposing Studien ist. FACS und qPCR Analysen ergaben, dass Mo7e Zellen eine hohe Expression von CXCR4 aufweisen, wohingegen die mRNA Expression von den Zielrezeptoren der Arzneimittel nur gering ist. Nach der Stimulation der Zellen mit den Medikamenten wurde keine Hochregulierung von CXCR4 mit dem FACS gemessen. Der Vergleich von Mo7e Zellen mit primären HSVZ, mit besonderem Augenmerk auf die es-sentiellen phänotypischen Merkmale und funktionelle Experimente, sind nötig, um zu ent-scheiden, ob Mo7e Zellen als Modell Zelllinie als Ersatz von HSVZ passend sind. Zu die-sem Zeitpunkt kann noch nicht beschlossen werden, ob diese verwendet werden können, um die langwierige Isolation von HSVZ zu vermeiden und den Forschungsprozess zu be-schleunigen.

Die Kombination von zwei Arzneimitteln, welches jedes für sich einen positiven Effekt auf HSZT hat, kann additiv oder synergistisch sein, kann aber ebenso antagonistische Effekte hervorrufen. Nichtsdestotrotz können nachteilige Effekte für HSZT vorteilhaft in anderen Situationen sein. Zum Beispiel das Gegenwirken von Migration in gesunden Zellen könnte nützlich beim Entgegenarbeiten der Migration von bösartigen Zellen sein. CXCR4 spielt eine wichtige Rolle bei sowohl gesunden als auch entarteten Zellen. Davon ausgehend war das zweite Ziel dieser Bachelorarbeit herauszufinden, ob Melanom Zelllinien potentielle Ziele der vorher erwähnten Arzneimittel, welche über CXCR4-vermittelte Effekte wirken, sein könnten. FACS und qPCR Analysen zeigten, dass CXCR4 nur in zwei von sechs untersuchten Zelllinien exprimiert wird, welche daraufhin auf die Rezeptoren untersucht wurden, an welchen die Medikamente binden. Das Expressionsprofil dieser Rezeptoren konnte nicht zeigen, ob die Zellen auf die Behandlung mit den Arzneimitteln reagieren würden oder nicht. Weitere Experimente müssen durchgeführt werden, um zu de-monstrieren, ob die Zelllinien tatsächlich eine Reaktion auf die Medikamente zeigen und ob die Kombination dieser als mögliche Herangehensweise betrachtet werden kann, um die Migration oder sogar die Metastase in Krebspatienten zu verringern.

Abstract (English)

Drug repurposing is a development concept which investigates new treatment areas for already approved drugs. In contrast to de novo drug development, this concept is less time and cost intensive, and less prone to failure in the translation from preclinical findings to clinical trials. So far, there are no treatment options to improve hematopoietic cell transplantation (HCT), thus this is an attractive field for pharmacological research. For successful transplantation one important step is homing of hematopoietic stem and pro-genitor cells (HSPC) to the bone marrow, which requires the C-X-C chemokine receptor type 4 (CXCR4). Two different drugs were identified as interesting candidates to stimulate the homing process.

To aid research, the first goal of this bachelor thesis was to test the Mo7e cell line if they were a suitable model cell line for substitution of primary HSPCs in the context of drug repurposing studies. Confirmed by FACS and qPCR analyses, Mo7e cells showed high expression levels of CXCR4, but the mRNA expression levels of drug target receptors were low. After stimulation with the drugs of interest, there was no upregulation of CXCR4 when analysed by FACS. The comparison of the Mo7e cell line with primary HSPCs with respect to key phenotypic markers of HSPCs and in particular functional experiments are required in the future to finally conclude on the valuability of Mo7e cells as model cell line for the substitution of HSPCs. Actually it is not yet clear if they can be used in order to reduce the time-consuming isolation of HSPCs and to accelerate research.

The combination of two drugs, each of which had per se a positive effect on HCT, could be additive or synergistic, but might also show antagonistic effects, thereby inhibiting HCT. Nevertheless, what is detrimental for HCT still could be beneficial in other terms. For example, antagonism on movement or migration of healthy cells might be beneficial in counteracting the movement or migration of malignant cells. CXCR4 plays an important role in both, healthy and transformed cells. Thus, the second goal of this thesis was to investigate if melanoma cell lines were potential targets of the above mentioned drugs, acting via CXCR4-mediated effects. FACS and qPCR analyses revealed CXCR4 expres-sion in only two out of six cell lines, which were further tested for the expression of recep-tors to which the two drugs bind. The expression profile of these receptors did not indicate whether the cells would respond to the treatment or not. Future experiments need to be done to show if the cell lines are indeed responsive to the drugs and if the drugs and combinations thereof should be considered as possible approach to reduce migration or even metastatic spread in cancer patients.