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Titel:Untersuchung der antiviralen Wirkung des Naturstoffs Silvestrol – Etablierung der Helikase eIF4A als neue antivirale Zielstruktur
Autor:Schulte, Falk Wilhelm
Weitere Beteiligte: Grünweller, Arnold (Prof. Dr.)
Erscheinungsjahr:2019
URI:http://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2019/0218
DOI: https://doi.org/10.17192/z2019.0218
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2019-02186
DDC: Pharmacology & therapeutics, prescription drugs
Titel(trans.):Analysis of the antiviral effect of the natural compound silvestrol - the establishment of the helicase eIF4A as an antiviral target.

Dokument

Schlagwörter:
Statine, Silvestrol, Translationsinitiation, eIF4A, Dual-Luziferase-Assay, EBOV, Cap-dependent translation, antiviral, MERS-CoV, translations initiation, Ebola, Ebola, Ebola, Dual-Liziferase-Assay, IRES, dual-luciferase-assay, Silvestrol, statins, IRES, Translationsinitiation, eIF4A, silvestrol, antiviral, Cap-abhängige-Translation, EBOV, eIF4A, MERS-CoV, Statine, PIM1, PIM1, Cap-abhängige-Translation, MERS-CoV, antiviral, IRES, PIM1, EBOV

Zusammenfassung:
Krebserkrankungen und virale Infektionen sind zwei der bedeutendsten Herausforderungen in der modernen Medizin. Jede für sich fordert täglich eine Vielzahl von Opfern und verlangt daher eine intensive Forschung nach neuen therapeutischen Ansätzen. Auf der Suche nach einer neuen Verwendung für ein bekanntes Arzneimittel, finden wir nicht nur einen neuen antiviralen Wirkstoff, sondern viel wichtiger: Eine neue Zielstruktur für eine neue Klasse zukünftiger Virusstatika. Zu Beginn der Arbeit soll die Wirkung von Statinen, einer etablierten Wirkstoffgruppe zur Senkung des Plasmaspiegels von Cholesterin, auf das Proto-Onkogen Pim-1 untersucht werden. Die Behandlung der Krebszellen mit Simvastatin zeigt den erwarteten apoptotischen Effekt. Es wird ein Wirkmechanismus vorgestellt, der mit Hilfe von qRT-PCR Daten in der Zelllinie HepG2 bestätigt werden kann. Die beobachtete Wirksamkeit ist aber stark abhängig von der verwende-ten Zelllinie. Im Laufe der Literaturrecherchen nach anderen Wirkstoffen, werden wir auf Silvestrol aufmerk¬sam, einen Inhibitor von Pim-1. Schnell wird klar, dass der Angriffspunkt, die humane Helikase eIF4A, nicht nur im onkogenen Kontext eine Rolle spielt, sondern auch bei der Infektion mit Viren von Bedeutung ist. eIF4A ist für die cap-abhängige Translation stark strukturierter 5‘-UTRs wichtig. Diesem Ansatz folgend, werden in dieser Arbeit neben umfangreichen toxikologischen Untersuchungen, auch Ergebnisse vorgestellt, die eine Wirksamkeit gegen das HI-Virus und das Ebola Virus, sowie eine antivirale Breitbandwirkung unterstreichen. Die Untersuchungen der Zellviabilität, der Zytotoxizität und der Apoptoseinduktion, sowohl in Krebszelllinien wie auch in humanen Primärzellen, zeigen ein gutes toxikologisches Profil. Mit Hilfe eines speziell angepassten Dual-Luciferase-Assays (DLA) kann neben ersten Untersuchungen des Wirkmechanismus, auch eine antivirale Breitbandwirkung gezeigt werden. Im Rahmen zahlreicher Kooperationen wurden diese in Zellkulturexperimenten überprüft und die Übertragbarkeit auf tatsächlich infizierte Zellen belegt. Um den vollen Nutzen dieser Entdeckung ausschöpfen zu können wird ein „erweiterter DLA“ vorgestellt, der es ermöglicht, einfach und schnell neue Substanzen auf ihre spezifische inhibitorische Wirksamkeit gegen eIF4A zu untersuchen.

Summary:
Cancer and viral infections are two of the most significant challenges in modern medicine. Each of them causes a vast amount of victims day by day and therefore needs intensive scientific efforts to find new strategies in their therapy. While searching for new approaches of already known drugs, we not only discovered a new antiviral substance, we more importantly found a new target for a new class of future antivirals. At the beginning of our studies, we analyzed the effect of statins on the proto-oncogene Pim-1. Statins are a well known and widely used class of drugs, utilized to lower the concentration of cholesterol in the blood. The treatment of cancer cells with simvastatin ends in the expected apoptotic effect. We show a putative mechanism, proven by qRT-PCR data in the cancer cell line HepG2. But the effect is massively dependent on the used cell line. While searching for other compounds in the literature, we become aware of silvestrol, an inhibitor of Pim-1. The target of silvestrol is the human helicase eIF4A, essential for the cap-dependent translation of highly structured 5'-UTRs. Soon it was obvious that this target is not only important in an oncogenic, but also in a viral context. Following this conclusion, this thesis will cover widely toxicological tests and studies of the antiviral effect of silvestrol against the HI-virus, the Ebola virus, and an overall broadspectrum antiviral activity. The tests of cell viability, cytotoxicity, and induction of apoptosis are performed in cancer cell lines as well as in primary human cells and show a tolerable toxicological profile. By using a customized dual-luciferase-assay (DLA), we can start investigating the mechanism of action and show a broad-spectrum activity. The DLA results and the transferability to truly infected cells are proven in multiple cell culture experiments, performed by cooperating labs. To make the benefit of this new target more accessible, we present an "advanced DLA". This assay offers the ability to test a huge amount of substances efficiently on their potency to selectively inhibit eIF4A.


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