Christine Germann
Dr.sc.hum.
Erfassung der induzierten Enzymaktivität bei Gentherapie maligner Tumore mit
Suizidgenen: In-vitro-Studien mit dem Herpes-Simplex-Virus Thymidinkinase-Gen in
Hepatomzellen
Geboren am 13.01.1969 in Erbach
Reifeprüfung am 15.06.1988 in Michelstadt
Studiengang der Fachrichtung Pharmazie vom WS 1988 bis WS 1993
1. Staatsexamen am 22.03.1991 an der Philipps-Universität Marburg
2. Staatsexamen am 30.03.1993 an der Philipps-Universität Marburg
Approbation am 07.09.1994
Promotionsfach: Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ)
Doktorvater: Prof. Dr.med. Uwe Haberkorn
Das Herpes-Simplex-Virus Thymidinkinase-Gen ist in Kombination mit dem Virusstatikum
Gancyclovir ein vielversprechendes Suizidsystem, das vor allem bei Hirntumoren momentan
in präklinischen Gentherapiestudien erprobt wird. Ein limitierender Parameter ist die
schlechte Infektionseffizienz bei Übertragung des Suizidgens auf die zu behandelten Tumor-
zellen. Dadurch sind mehrere Infektionen nötig, um eine ausreichende Thymidinkinase-
aktivität zu erreichen. Mit der Positronen-Emissions-Tomographie steht eine nicht invasive,
nuklearmedizinische Methode zur Verfügung, mit der die induzierte Enzymaktivität im
Tumorgewebe erfaßt werden kann. Dafür sind in-vitro Untersuchungen mit Substraten der
Herpes-Simplex-Virus Thymidinkinase und mit entsprechenden Stoffwechseltracern auf ihre
Anwendbarkeit als Radiotracer eine grundlegende Voraussetzung und zugleich Inhalt der
vorliegenden Arbeit.
Das Herpes-Simplex-Virus Thymidinkinase-Gen (HSVtk) wurde in Morris-Hepatom-Zellen
der Ratte eingeschleust und die Expression der HSVtk durch Bestimmung der Gancyclovir-
Sensitivität überprüft. Die Anreicherung des Nukleosidanalogon Gancyclovir und des
Substrates Difluordeoxycytidin erhöhte sich mit steigender Gancyclovirkonzentration,
Inkubationsdauer und mit zunehmendem Anteil HSVtk-exprimierender Zellen. Die hohe
Korrelation der Gancyclovir- und Difluordeoxycytidin-Anreicherung mit der Wachstums-
hemmung, erlaubt Rückschlüsse über die Effizienz einer veranschlagten Therapie. Experi-
mente zum Transport zeigen, daß Gancyclovir und Difluordeoxycytidin überwiegend über
Nukleosidtransportproteine in die Zellen aufgenommen werden. Verglichen mit dem
Gancyclovir-Uptake war die Difluordeoxycytidin-Anreicherung 3-4-fach höher in den
HSVtk-exprimierenden Zellen und 5-fach höher in den Kontrollzellen. Ein möglicher Grund
ist, daß Difluordeoxycytidin aufgrund seiner molekularen Struktur auch ein Substrat der
humanen Thymidinkinase sein kann.
Aufgrund seiner geringen Anreicherung in den HSVtk-exprimierenden Zellen erwies sich das
ebenfalls untersuchte Nukleosidanalogon Fluordeoxycytidin als ungeeignetes HSVtk Substrat.
Die Ergebnisse liefern die Grundlage für eine Nutzung von Gancyclovir und Difluordeoxy-
cytidin als Indikatoren zur Bestimmung der induzierten HSVtk-Aktivität mit PET.
Im zweiten Teil der Arbeit wurden Experimente zur Aufnahme verschiedener Stoffwechsel-
tracer nach Gancyclovirtherapie durchgeführt. In den HSVtk-exprimierenden Zellen kam es
trotz zurückgehender Zellzahl zu einem Anstieg der Fluordeoxyglucose und der
3-O-Methylglucose-Anreicherung bis zu 195 %. Dies kann am ehesten als Stressreaktion der
Tumorzellen interpretiert werden. Als zugrundeliegender Mechanismus wird eine Umver-
teilung von Transportproteinen von intrazellulären Lagern an die Zellmembran diskutiert.
Experimente mit Mischungen aus Kontrollzellen und HSVtk-exprimierenden Zellen zeigen
eine Abhängigkeit dieser Effekte von der Anzahl HSVtk-exprimierender Zellen. Die vermin-
derte Anreicherung der synthetischen Aminosäure Aminoisobuttersäure und die verminderte
Methionin-Anreicherung belegen eine Hemmung des Aminosäuretransportes und der Protein-
synthese unter Gancyclovirtherapie. Die verminderte Thymidinanreicherung spricht für einen
Rückgang der DNA Synthese. Difluordeoxycytidin kann aufgrund seiner Affinität zur
zelleigenen Thymidinkinase nicht als Stoffwechseltracer eingesetzt werden. Die gewonnenen
in-vitro Daten belegen, daß mit der Positronen-Emissions-Tomographie und den verwendeten
Stoffwechseltracer frühzeitig die Beurteilung einer veranschlagten Gancyclovirtherapie
möglich wird.
