Interkalationsmodelle von Cytostatika

Ulf Pindur, Manfred Haber Inter kalat ions mod elle v0n Cytostatika mit der B-DNA und Kristin Sattler

Einleitung Neben den Herz-Kreislauf-Erkrankungen nehmen die Krebserkrankungen statistisch noch immer die vordersten Platze bei den durch Krankheit bedingten Todesursachen ein. Trotz auflerst intensiven Anstrengungen bei der weltweiten Entwicklung von Krebs- mitteln ist immer noch kein Durchbruch, kein Lichtstrahl am Horizont der kurativen Krebstherapie mit der geforderten Selektivitat zu erkennen. Inzwischen haben sich die Hoffnungen auf immunologische Entwick- lungen verlagert: Unter dem Aspekt des ,,Drug Targeting" werden z. B. monoklonale Antikorper an Immuntoxine fixiert, die dann nach Applikation hochselektiv die antigen- tragende Zielzelle des Tumors erkennen sol- len. Im Kontext der Arzneistoffentwicklung wird zusehends das ,,trial and ewor"-Prinzip zuriickgedrangt und eine iiberwiegend ratio- nal gesteuerte Cytostatika-Forschung in den Vordergrund geriickt [I]. Letztere baut auf molekularbiologische und biochemische Er- kenntnisse auf, die insbesondere bei der Ent- wicklung strukturspezifischer Pharmaka im Hinblick auf die endogenen ,,Erkennungsre- gionen" (z. B. spezielle Membranstrukturen, Rezeptoren oder ,, active rites" von Enzymen) eine entscheidende Rolle spielen.

Mit grafikcomputerunterstiitzten theoreti- schen Methoden (Molecular Modeling, Com- puter Aided Drug Design), die u. a. die raum- liche Darstellung des Wirkstoffmolekuls und die Visualisierung der molekularen Umge- bung am Wirkort ermoglichen, lassen sich die rationalen Arzneistoff-Findungsprozesse ,,verfeinern" bis hin zur Reiflbrettkonstruk- tion eines Pharmakons.

Das Interkalationsmodell mit der DNA

Die molekularen Wirkmechanismen tumor- hemmender Wirkstoffe des Handels sind in

Diese Arbeit ist Herrn Prof. Dr. Hans Achenbach, Erlangen, mit den besten Wiinschen z u m 60. Geburtstag gewidmet.

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Abb. 1. Ccheniatischer 1nt~rknl~t ionpi .ozel~ bei der B-DNA (Watson-Ci-ick-Typ). Links: ,,normale", reelit\: .,intei l~alicrtc" DNA. Die helihale Struktui w i d \erlangei t und dnbei partiell nufgeu undeii

Ahb. 2. Konip1euierung.t opologien von DNA-interagiei-endct1 Stoffen: a) In tcrka- lation, 11) Anlngei-ung in die grof\e Rintie (I'urche), c) , ,O~it~ide"-lioiriplcx nach Hn- inilton IS, 71.

groflen Ziigen relativ gut bekannt [2-61. In den vorliegenden Ausfiihrungen sollen in er- ster Linie auf molekiilspektroskopische und theoretische Erkenntnisse gestiitzt die detail- lierten molekularen Wechselwirkungen von interkalierenden Antibiotika, Carbazolalka- loiden und weiteren Heterocyclen mit der D N A exemplarisch vorgestellt werden [ 71.

Die exakte Beschreibung des Wirkstoff/Re- zeptor-Interaktionsmodells stellt unter ra- tionalem Aspekt eine auflerst wichtige Basis zur Entwicklung neuer Cytostatika dar. Bei zahlreichen hier zu diskutierenden Krebs- mitteln wurde zweifellos ein Zusammen- hang zwischen Affinitat zur D N A (DNA als endogener Rezeptor) und der in vitro- sowie in vivo-Antitumoraktivitat festgestellt [6]. Die experimentell ermittelten Assozia- tionskonstanten von DNA-komplexierenden Pharmaka liegen in der Groflenordnung von 1 05-l O ' O . M-'.

Unter der Interkalation von Wirkstoffen in die humane D N A (z. B. die B-DNA'F) wird

Pharmazie tn unserer Zeit / 21. Jahrg. 1992 / Nr. I 0 VCH Verlagsgesellschaft mbH, W-6940 Wetnheim, 1992 0048-3664/92/0101-0021 $03.50 i ,2510

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das Einschieben (intercalare = einschieben) eines chromophoren (planaren) Molekulteils zwischen zwei gestapelte Basen-Paare ver- standen (Abbildung 1). Die DNA-Primar- und Sekundar-Struktur bleiben intakt. Die DNA-Tertiar-Struktur (Helix) wird partiell verlangert und dabei im Vergleich zur ur- spriinglichen Form etwas aufgewunden [8, 91. Bei einer Interkalation vergrofiert sich der mittlere Abstand von zwei gestapelten Basen- paaren von 3.4 A auf ca. 7-8 A. Durch die veranderte DNA-Topologie resultiert auf biochemischer Ebene eine Blockade der Ma- trizenfunktion. So tritt u. a. Hemmung der RNA-Polymerase und/oder der Topoisome- rase I1 ein [3]. Die ersten experimentellen Be- weise fur eine Interkalation in die humane B- DNA wurden mit Acridinen durch Rontgen- faser-Diffraktometrie und hydrodynamische Studien erbracht [9,1O].

"Die B-DNA stellt die starker hydratisierte Grundform im Vergleich zur geringer hydra- tisierten parakristallinen A-DNA dar.

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Interkalationsmodelle von Cytostatika

3a b C

Crick-B-DNA a) CPK-Kalottenmodell, b) van der Waals-Modell, c) Geriiststruktur mit Angabe des helikalen Verlaufs (SYBYL- Molecular Modeling-Programm, BIOPO- LYMER-Modul [29]). Blick senkrecht zur Helix-Achse.

Prinzipiell sind hei der Kornplexierung von DNA-interagicrcndcn Arzneistoffen drei (;ruiidoricntierungcn inoglicli (Abbildung 2): a) Intcrkalation, b) Anlagerung in die groiae Rinne, c) ,,Outside"-Komplex nnch Hamil- ton.

Intcrkalativc Wechsclwirkuiigs-E,nergie- Tcrme

-elektrost,itische - Wasserstoff-Briicken -van dcr Wads (Uispersioiis-/London-

- Charge-Transfer -hydrophobe (in Gcgenwart von Wasser-

Krafte)

molckiilcn)

strukturelle Voraussetzungen von Bedeutung [12]:

1. der plaiiare Molekulteil (Chromophor) sol1 eine Mindestflache von 28 A' aufweisen (Op- timum bei drei his vier Ringen);

2. ein sterisches Einpasseii in die Zwi- schenraume dcr Dinuklcotid-Basenstapel mufl ohm Sprengung dcr Wasscrstoff- Brucken dcr Basenpaare erfolgcn;

3. neutrale odcr positiv gcladcnc Substitucn- ten (oder Atome), keine negativ geladencn Gruppcn;

I n der Abhildung 3 siiid zur Vcranschauli- chung der molckularen Gestalt grafikcornpu- tcruntcrstutztc Stereobilder der Watson-Crick B-DNA aufgczeigt. Dic Gcometrien stan- men aus Fascr- und Einliristall-Koiitgen- strukturanalyscn [9,1 I]. In dcr Ahbildung 3 13)

wird durch die van der Waals-Oberfliiche dic molckularc husdchnung dcr Elektroncnhullc dargestcllt. Abhildung 3 c) reprasentiert den Watson-Crick-typisclicn rcchtsgangigcn dop- pelhelikalen Vcrlauf.

Einkristallrii~it~enstruktur,tnalvsen von c'i. 30 Interkalationskoinplexcl7 init basengepaar- tcn Oligonu klcotiden als DNA-Aquivalentcn und MolekulberechiiLiiigen ergahcn, dafl dcr wescntliche Beitrag m r intel-kalativcn Bin- dung in der DNA auf elektrostatischcn, van

Zahlrcichc physikalischc Studicn lieferten in- zwischcn vcrlal3lichc Informationen uber die strukturcllcn Voraussctzungen zur Interkala- tion eincs Molckuls in die DNA [12]. Neben dcn rcincn Affinitatsaiialysen, wie 7,. B. Vis- kosimetrie (Zunahinc), UV-Messung (Ba- thochromie), Sedimcntationsgeschwindigkeit (Vcrringerung dcr Scdimentationskonstante), Elektrophorese (Veriinderungen dcr elcktro- phorctischen Beweglichkeit) sind inshesonde- re die ~nolekulspektroskopischcn hlethoden (Riintgcnstrukturanalysen, 1D-, 2D- und 3D-NMK-Technikcn) fur das Studium der geoinctrischen Eigcnschaftcn (z. B. Lokalis<i- tion, Konfiguration. Konforniation) des Kornplcxcs von ausschlaggcbender Relevanz.

4. die Netto-Atonil,iduiigcii an jedem Atom sollcn mit deiijenigen des DNA-Ahschnittes komplementu aein;

5. Substituentcn a m Chromophor sollcn sich konformativ der DNA-Oberflaclie anpassen;

6. Aufba~i von Wasserstoff-Bruckeiil~iridun- gcti mit frcicn Elektronenpaarcn des ,,Back- bones" oder der Basen (2. B. 0-4' der Fura- nose, 0-, N-Atonic der Basen);

7. bnger (jedoch noch nicht abstoflender) Kontakt mit der DNA-Obcrflache (optimale van der Waals-Interaktion).

Die molckularcn Bausteine der Nukleinsau- rcn sind die Nukleotide. I m Falle ciner Inter-

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Interkalationsrnodelle von Cytostatika

kalation in basengepaarte Nukleinsaure-Dop- pelstrange (z. B. DNA) verandern sich die Torsionswinkel des Zuckerphosphat-Gerii- stes signifikant. Neben dem sogenannten Zucker-Puckering (konformative Vcrandc- rungen der 2'-Desoxyfuranosen u. a. durch Pseudorotationen) sind vor allem die Torsio- nen des glykosidischen Winkels x und des Phosphorsaureester-Winkels p, die sich bei Interkalation iiber 50" vergroflern, von Be- deutung (Abbildung 4). Daneben spiclt der sogenannte ,,Unwinding"-Winkel (Aufwin- dungswinkel der Helix) a eine Rolle, dcr im Regelfalle als Differenz zum entsprechenden Stamm-Winkel der B-DNA (a = 36" [9]) de- finiert wird.

Methoden des Molecular Modeling von DNA-Interkalations- Kornplexen Der Einsatz theoretischer Methoden zur In- terkalationsanalyse hat in den letzten Jahren zunehmend detaillierte Einblicke in die mole- kularen Eigenschaften wie beispielsweise To- pologien, Bindungsstellen und energetische Parameter der Komplexe geliefert.

Im Vergleich zur Einkristall-Rontgenstruk- turanalyse, die nur eine (meist einem lokalen Minimum nahestehende) Komplex-Geome- tric auf der Interkalations-Energiehypcrflachc liefert, lassen sich mit grafikcomputerunter- stiitzten theoretischen Methoden des ,,Mole- cular Modeling" komplette Energiekarten darstellen, molekulare Veranderungen visucll verfolgen und definierte Wechselwirkungs- energien berechnen. Diesc Modellstudien in Kombination mit molekiilspektroskopischen (experimentellen) Daten ebnen den Weg zu ei- ner ,,Reiflbrett-Konstruktion" neuer interka- lativer Cytostatika.

Als thcoretische Basis dienen cmpirische Ver- fahren fur Kraftfelder (Molekiilmechanik) und semiempirische (oder vereinzelt ab ini- tio) quantenchemische Methoden [13, 141. Die Kraftfeld-Verfahren finden entsprechend den relativ groflen Molekiilstrukturen die

weiteste Verbreitung. Dies ist in erster Linie bedingt durch ihre mathematisch und rechen- technisch einfache Konstruktion sowie durch den relativ kurzen Rechenaufwand. Mit die- sen Argumentcn verkniipft besitzen diese Verfahren die Fahigkeit, griiflere Systeme bis zu einigen hundert (Tei1)Molekulen zu be- handeln. Dagegen lassen sich z. B. mit den se- miempirischen quantenchemischen Ansatzen hochstens einige hundert Orbitale (z. Zt. Mo- lekiile bis zu ca. 140 Atomen) berechnen. Zur Analyse des Konformationsfreiraumes von Biopolymeren (Nukleinsauren, Peptide, Pro- teine, Membranstrukturen) haben sich die im Prinzip zur Molekiil-Mechanik zahlcnden Molekiildynamik-Simulationen (MDS) wei- terentwickelt (Grundlage Newtonsche Bewe- gungsgleichung [13]). Die Losung der Ncw- tonschen Gleichung unter Einbeziehung konstanter Temperatur- und Druckverhalt- nisse gestattet die zeitliche Verfolgung der Geometrieanderung (Trajcktorie). Mit Hilfe der inzwischen hochverfeinerten Coniputer- grafik konnen, auf quantenchemische La- dungsberechnungen etabliert, die molekulare Ladungsverteilung, das molekulare elek- trostatische Potential (MEP) (z. B. auf der van der Waals-Oberflache prasentiert) oder die Isopotentiallinien am Bildschirm anschaulich 4

dargestellt werden. Auf diese Weise konnen weiterreichende Aussagen iiber die interkala- tiven Wechselwirkungen und z. B. auch iiber den dynamischen EintrittsprozeiS und die Orientierung des Interkalators in die grofle oder kleinc Rinne der D N A gemacht werden. Inzwischen wurden auch Bindungsaffinitaten und Sequenz-Selektivitaten zur Interkalation rnit speziellen Algorithmen (SIBFA/ AGNAS-Verfahren [3]) auf der Basis der in- tramolekularen Energie, der konformativen Veranderungen und der (intermolekularen) Ligand-Polynukleotid-Wechselwirkungs- energie berechnet und mit Rontgenstruktur- geometrien verglichen. Prinzipiell sind in der B-DNA bei der Interkalation mit einem klei- nen Fremdmolekiil maximal 16 Interkala- tions-Bereiche denkbar.

Anthracyclin-Antibiotika und Mitoxantron

In der Reihe der Anthracyclin-Antibiotika sind Daunorubicin (Daunomycin) 1, Do- xorubicin 2, das 4'-Epimer Epirubicin 3 (we- niger cardiotoxisch als Doxorubicin), das neue Aclarubicin 4 und das Nogalamycin 5 haufig eingesetzte Cytostatika. Einen voll- synthetischen Stoff mit basisch funktionali-

Abb. 4. Kon\titution und Konfiguration ei- nes Tetranukleotids (d(pApGpTpCp) einer D N A (Auuschnitt, ein Strang) rnit Angabe der relevanten Torsionswinkcl des Zucker- phosphat-Gcrustes. Im pA-Molekulteil uind exeniplariuch alle Wasserstoff- und kohlenst off-Atome eingxeichnct.

Phamazie in unserer Zeit / 21. .[ahrg. 1992 /Nu. 1 23

Interkalationsmodellc von Cytostatika

5 sierter Anthrachinon-Struktur stcllt das Mi- toxantron 6 dar.

Charakteristisch fur die Struktur der An- thracyclinc ist das voin Naphthacen abgeleite- tc Ringsystem sowie der am gcsattigten Ring A a-glykosidisch verkniipfte Aminozucker. Als Wirkungsvoraussctzung ist dcn An- thracyclin-Antibiotika die Verkniipfung einer koplanaren hydrophoben Region (Anthra- chinon) mit einer gewinkelteri hydrophilcn Struktur (OH-Gruppen, Arninozucker in protoniertcr Form) gegeben. In Mitoxantron 6 liegt ein vergleichbares Strukturprinzip vor.

Die molekulare Basis zur Aufstellung von In- terkalationsrnodellen mit D N A liefern Ein- kristallrontgenstrukturanalysen von Komple-

Abb. 5. Einkristallrontgenstruktur des Daunoru bicin-d(CpGpTpApCpG),-Korn- plexes [15]. a) Blick senkrecht zu den Ba- senpaar-Ebenen, b) Blick nahezu senk- recht zur Helix-Achse. In b) ist nur der halbe Kornplex gezeichnet (eine Dyade, die zwischen den T-A-Basenpaaren lokalisiert ist, beschreibt die zwei Halften des Korn- plexes).

24 PhaT-mazae in iinsprer Zrat / 21. JahrR. 1992 / Nr. 1

Interkalationsmodelle von Cytostatika

Abb. 6. Molekulstruktur von Nogalainj - cin 5 in1 Kri5tall [Y].

Abb. 7. Simulierte Interkalation von No- galainyein 5 in ein selbstkoniplementare~ CpC-Oligomer (stereosltopische Darstel- lungen): a) Zucker in der kleinen Kinne, b) Zucker in der gro(\en R i m e [lY]. Die ,,nichtbindcnde" Wech~elwirl\ung\etiergie i\t irn Komplex a) uni 4,2 kcal niol gun- stiger als in1 Koinplex h).

xen mit selbstkomplementaren (basengepaar- ten) Di- und Oligonukleotiden. In der Serie der Anthracyclin-Intcrkalatoren wurde eine his auf 2 A aufgeloste Kristallstruktur von Daunorubicin mit eincm selbstkomple- mentaren Hexanukleotid d(CpGpTpAp- 7 CpG) realisiert [15]. Diese Struktur lieferte eine fundamentale geometrische Interkala- tions-Information auf atomarer Ebene (Ab- bildung 5).

Das Daunorubicin-Molekiil 1 ist in die termi- nale CpG-Sequenz interkaliert. Der planare Molekiilteil (,,Chromophor") des Wirkstoffs ist im Gegensatz zu den meisten anderen In- terkalatoren (2. B. Acridin-, Ellipticin-Deriva- te) ,,schrag" zur terminalen Basenpaar-Verbin- dungslinie (C 1 '-C 1 '-Traj ektorie) angeordnet.

Der Ring D des Interkalators ist in die groi3e Rinne eingelagert. Der Ring A des letracy- clus mit dem Zuckerrest besetzt die kleine Rinne. Neben einer n,n-stacking-Stabilisie- rung tragen vor allem Wasserstoffbrucken- bindungen zur Komplexstabilitat bei. Eine Wasserstoffbriickenverankerung liegt zwi- schen der Hydroxylgruppe an C-9 des Inter- kalators und Guanin (G-2) sowie zwischen der Acetyl-Ketofunktion C-13 des Interkala- tors und 0 - 2 von Cytosin (C-1) vor. Im letz- ten Fall ist ein Wassermolekiil dazwischenge- schaltet. Da der Daunorubicin-Zucker die kleine Rinne besetzt, wird so verhindert, dai3 sich ein weiteres Molekiil pro drei Basenpaare einlagern kann. Im Gegensatz zu 'H-NMR- spektroskopischen Studien [Y] ist im Kristall keine elektrostatische Attraktion zwischen der positiv geladenen Aminogruppe des Zuckers an C-3' und dem Oligonukleotid vorhanden. Prinzipiell sagen aber die NMR- Studien graduell eine verwandte Komplex- geometrie voraus [9, 161. Da eine Rcintgen- struktur nur eine einzige (statische) Infor- mation uber die molekulare Konformation der Interkalations-Energiehyperflache liefert,

Pharrnazie in unsever Zeit /2l.,[ahvg. 1992 / Nv. I 25

Interkalation,modclle von CJtmtatika

Abb. 8. a) Lokale Energieminimum-Kon- formation von Mitoxantron 6 rnit unter- schiedlichen Konformationen der 5,8-Sei- tenketten (MMX-Kraftfeldrechnung [42]). b) Interkalation von Mitoxantron in ein Tetradesoxynukleotid-Duplex; stereosko- pische Darstellung, 2 Seitenansichten A und B (senkrecht zur Helix-Achse) [21].

wurden auch mehrere Berechnungen auf der Basis des empirischen Kraftfeldes mit An- thracyclinen und basengepaarten Oligonu- klcotiden durchgefiihrt [I 81. Dabei korreliert der rontgenkristallographisch etablierte Dau- norubicin-Komplex gut mit den theoreti- schen Modellen [17, 181.

Die in Abbildung 5 gegebene Komplex-Geo- metrie sollte prinzipiell auch fur Doxorubi- cin, Epirubicin und Aclarubicin gelten.

Ein besonders interessanter Fall liegt bei der Intcrkalation von Nogalaniycin 5 in D N A vor [9]. Eine Roiitgciistrukturanalyse des Molekiils liefert wichtige Hinweise zum ,,In- terkalations-Bereich" (Abbildung 6) 191. Dar- auf aufgebaute Molecular Modeling-Studien mit dem Grafik-Computer [I91 zeigen, dafl zwei Komplexc energetisch favorisiert sind (Abbildung 7): a) Anlagerung des Nogalose- Zuckers in die kleine und b) Anlagerung des Nogalose-Zuckcrs in dic grofle Rinnc. Quali- tativ ahnelt der Komplex sehr der Daunorubi- cin-DNA-Komplex-Struktur (Abbildung 5). Im Falle der Komplexierung von Nogalainy- cin 5 in die B-DNA (ahnlich wie bei l,j- niethylamino-eth ylamino-anthrachinonen) kann nur in cine ,,vorgeschmolzene" DNA- Region interkaliert werden.

Weitere Bcrcchnungen zur Basen-Selektivitat bei der Interkalation mit Anthracyclinen wei- sen darauf hin (SlBFA/AGNAS-Methode) [3, 171, dafl dicse Wirkstoffe bevorzugt zwi- schen GC/CG-Basenpaar-Stapeln interkalie- ren.

Bisinterkalatoren bestehen aus zwei scpa- raten chromophoren Geriisten, die durch einen Spacer verbunden sind. Die Assozia- tionskonstante mit der B-DNA ist bei Bis- interkalatoren wesentlich hoher (IO"-I 0" . M-') als bei ,,Monointerkalatoren". Die bis- her litcraturbekannten dimeren Anthracycli- ne bestehen aus Daunorubicin, 4-Deme- thoxydaunorubicin oder Adriamycin, welche durchweg uber ihre C-13-Ketofunktion mit

26 PbPharmazie in unserrr Zeit / 21. Jahrg. 1992 /I%. I

Interkakztionsmodelle von Cytostatika

einer Dicarbonsaurehydrazidbriicke verbun- den sind [20]. Als Strukturbeispiel ist das ,,Bisdaunorubicin" 7 mit variabler ,,Spacer"- Lange aufgefuhrt [2O].

Viskosimetrische Messungen an der D N A lieferten mit Verbindung 7 Helix-Ausdeh- nungsparameter von 1.75-2.25 (Daunorubi- cin selbst liefert einen Wert von 0.82). Damit sollte die bifunktionelle Bindungsfahigkeit an der D N A experimentell bewiesen sein (vgl. auch das Kapitel ,,Anellierte Carbazole der Ellipticin-Reihe und Analoge").

Eines der cytostatischen Wirkprinzipien von Mitoxantron 6 sol1 uber die DNA-Interkala- tion verlaufen [3]. Daneben wird auch Chelat- bildung als weiteres cytotoxisches Prinzip diskutiert. Von Mitoxantron 6 und Analogen existieren z. Zt. noch keine voll aufb re 1" osten Einkristallrontgenstrukturanalysen mit Oligo- nukleotid-Komplexen. Dennoch stehen neben der hochauflosenden NMR-Technik die Me- thoden des Molecular Modeling (grafikcom- puterunterstutzte theoretische Methoden) zur Analyse der geometrischen Verhaltnisse poten- tieller Interkalationskomplexe zur Verfiigung [3]. Ein Problem fur die theoretischen Unter- suchungen ist die Minimumsvielfalt, bedingt durch die konformative Flexibilitat der 5,%Substituenten. Eine Rontgenkristall-Struk- turanalyse eines I,8-(diethylamino)ethylami- no-substituierten Anthrachinons liefert eine

Ausgangsbasis fur Docking-Experimente in Oligonukleotid-Duplex-Strukturen [3]. Mo- lekulmechanische Rechnungen in Kombina- tion mit Computer-Grafik an einer Mitoxan- tron-Tetradesoxyribonukleotid-Duplex fuhrten zur Darstellung zahlreicher Komplextopolo- gien unter Berucksichtigung der Interlralator- Seitenketten-Konformationen [21]. Eine Inter- kalation in die kleine Rinne ist in den meisten der berechneten Komplexe um 2-8 kcal mo1-I energetisch begunstigt (Abbildung 8), wobei auch die ,,Eindringtiefe" des Chromophors eine Rolle spielt. Eine besonders gunstige An- ordnung ist die Lokalisation des Anthrachi- nongeriistes nahezu senkrecht zu den Basen- paar-Verbindungslinien. Zusatzlich tragen Wasserstofforiickenbindungen zwischen Phos- phatgruppen und beiden terminalen Amino- und Hydroxygruppen der Seitenketten erheb- lich zu der Komplexstabilitat bei.

Verfeincrte theoretische Methoden (SIBFA/ AGNAS-Prozedur) zur Analyse der Bin- dungsbereich- und Basensequenz-Selektivi- tat [22, 231 von Mitoxantron 6 in Doppel- strang-Oligonukleotiden (z. B. d(GCGC)",, d(CGCG),, d(ATAT),, d(TATA),, d(GTGT) x d(ACAC) und d(CCGG),)) lieferten inter- essante Vorhersagemodelle. In allen Fallen

'kwie auch im folgenden Kurzschreibweise fur d(pGpCpGpCp), etc.

wurde eine Plazierung des Chromophors in das Zentrum der basengepaarten Oligonu- kleotide, namlich zwischen die Basenpaare 2-3' und 3-2' vorgenommen. Die am meisten bevorzugte Bindungskonfiguration lokali- siert den Chromophor des Mitoxantron nahezu orthogonal zu den Achsen der nachstliegenden (Interkalations-)Basenpaare. Die Seitenketten sind in der groi3en Rinne lo- kalisiert (Abbildung 9). Dieses Modell steht voll im Einklang mit 2D-NMR-Studien [24], einer Rontgenstrukturanalyse und weiteren Computergrafik-Studien an einem d(CG),- Mitoxantron-Komplex [3].

Anellierte Carbazole der Ellipticin- Reihe und Analoge

Das 6H-Pyrido[4,3-b]carbazol 8 stellt den Basisheterocyclus der cytostatisch aktiven El- lipticin-Alkaloide und deren synthetischer Abwandlungsprodukte dar [25, 261. Von den in Apocynaceen weit verbreiteten Alkaloiden reprasentieren das Ellipticin 9, das 9-Meth- oxyellipticin sowie das zum Ellipticin 9 re- gioisomere Olivacin fur die Krebsforschung attraktive interkalierende Leitsubstanzen. In der klinischen Anwendung befinden sich z. Zt. die gut wasserloslichen Salze wie das Elliptinium 10, das Ditercalinium'": 11 und neuerdings auch das L-Arabinosyl-9-h~- droxyellipticinium-bromid 12 [27]. Durch synthetische Substituentenvariation am Ellip-

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Interkalationsmodelle von Cytostatikn

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ticin-Geriist wurden basisch funktionalisiertc Vertreter erhalten, die als Salze ebeiifalls her- vorragende Wasserloslichkeit fur parenterale Applikatioricn aufweiscii [27]. Eine aus dieser Serie herausragende Leitsubstanz stellt Ver- bindung 13 dar [27]. Die cytotoxischen Wirk- mechanismen der Ellipticine, auf sorgfaltige experinicntelle in vitro- und in vivo-Studicn gestutzt, sind folgende [25,26]:

a) Interkalation in dic humane D N A und Modifizierung der Topoisomcrase I1

b) nietabolische Bioaktivierung 7u cinem Chinonimin-Derivat, welches als Alkylans rnit nukleophilen Biosubstraten (einschliefl- lich Biopol ymeren) irreversibel reagiert.

Eine DNA-Interkalation der cytostatisch ak- tiven Stoffe 9-13 ist durch den vollig kopla- narcn vicrgliedrigen Heterocyclus zwcifels- frei dcterminiert. I ler erste riintgenkristallo- graphische Beweis zur Interkalation diescr Stoffserie wurde von H. M. .Sobell und Mitar- bcitern [28] am Ellipticin-5-iodo-cytidylyl- 3',5'-guanosin (basengepaarte Duplex) cr- bracht. Danach ist im Kristall das Ellipticin optimal i n die Watson-Crick-Minihelix ini Bereich der groi3en Rinne cingelagcrt (Abbil- dung 10). Die Zuckerphosphat-Schraube ist typisch fiir Interkalation im Llergleich zur unkomplcxicrtcn Dinuklcotid-Duplex etwas aufgcwundcn, und der Abstand der Basensta- pelung hat sich von 3.4 A auf 7.1 A ver- grogerr. In der asymmetrischen Einhcit sind in der Abbildung 10 ausschnittsweisc drei El- lipticin-Molckiile nahezu parallel zu den Ba- senpaar-Ebcnen im Sinne einer Stapelung lo- kalisiert. Die Sekundarstruktur des Dinu- kleotids (scchs stabilisicrende H-Brucken, s. Formel 14) ist voll intakt gcblieben.

Mit dem SYBYL-Programmpakct [291 wur- den untcr Verwendung der Startgeometrien dieser Rontgenstrukturanalyse nach zahlrei- chem priniarem manuellen Docken die ener- getisch gunstigeren Komplexe ,,abgesucht" [30]. Als Bcrechnungsgrundlage diente das MAXIMIN 2-Kraftfeld-Verfahren (Tripos force field) und zur Ladungsbercchnung aller Atorne im Koinplcx dic Gasteiger-I-Iiickcl- Methode. Die Ergcbnissc belcgen, dai3 dcr liontgenstrukturkomplex einem lokalen Mi- nimum nahesteht. In Abbildung 11 ist dcr rnit dem Kraftfeld vcrfeincrtc Komplcx dargc- stellt. Die van der Waals-Ubcrlappung zwi- schcn Intcrkalator und Dinukleotid ist auf ein Minimum reduziert. Nach dem Docken dcs Interkalators in das Dinuklcotid tritt eine Veranderung des elektrostatischcn Potentials aller beteiligten Molekulc ein.

Die Interkalations-Topologic und Sequenz- Selektivitat dcs Bisinterkalators Ditercalini- urn@ 11 wurdc an Watson-Crick-Minihelices durch 'H-, "P~NMR-Untersuchungen sowie durch eiiie Roiitgenstrukturanalyse aufge- klart [31]. In deli 'H-NMR-Spektren des d(GCGC),-Ditcrcalinium-Komplexcs sprc- chen die Hochfeldverschiebungen der ,,Kon- taktprotonen" von Basenpaaren und Aromat (Interkalator) fiir einc eiiideutige Einlagerung in die Helix (Abbildung 12). In der rechts- handigen B-DN A-analogen Molekulstruktur wird aufgrund der NMR-Analyscn ein Mo- dell aufgcbaut, welchcs zum einen den Verlust dcr C2-Symmetrie des Interkalators bei der

Bindung widcrspiegelt und ruin anderen die beiden Chrornophore so plaiert, dafl ein Carbazolring in der Sequenz und der zweite iiber dem endstandigen Basciipaar gestapelt ist [31].

In1 Gegeiisatz zur Komplcxkonfiguration in Losung zcigt dic Kontgenstrukturanalyse von Ditcrcalinium" 11 rnit d(CGCG), eine davon abwcichcnde Topologie [32]. Die bei- den Cliromophore des Bisinterkalators sind jeweils in die endstandigen Zwischcnraume dcr Basenstapel in Richtung der groflen Rim ne eingelagert. Dadurch erfahrt die Helix einc Abknickung um 15' im Kereich der kleinen Rinne. Der axialc Abstand zwischen den bei- den Chromophoren betragt 10.4 A (Abbil- dung 13).

Im Rahmen unserer synthetischen Studien zu Ellipticin-Derivaten uiid Aiialogen haben wir zwei weiterc gegcn Leukamic Typ L 1210 im Zcllkulturtest cytostatisch aktive [b] anellierte Carbazol-Dcrivatc 15a und 15b entwickelt. Von beiden Verbindungen konnten wir in- zwischen Kontgenstrukturanalysen realisie- ren [33], die wichtige Startgeometrien fur Molccular Modeling-Studicn zur DNA-In- terkalation lieferten. Mit dem MAXIMIN 2- Kraftfeld-Verfahreii 1291 wurden von beiden Molekiilen mehrere Interkalationskoinplexc niit dem (5-Iodo-CpG),-Molekiil 14 berech- net [30]. Die daraus resultierenden energe- tisch bevorzugten Komplexgcornctrien sind in der Abbildung 14 dargestellt. Bei der Ver-

28 Pharrnazie in unsewr Zeit / 21. [ahrg. 1992 / Nv. 1

Intevkalationsmodelle von Cytostatika

1Ca

Abb. 9. Kugelstab-Modell der interkalati- ven Rindungskonfiguratioti von Mitoxan- tron 6 in die gro& Rinne von d(CpCpG- LJG)~. Die Berechnungen erfolgted mit ei- nem spwiellen Verfahren auf der Basis von empirischen Potentialfunktionen und ab initio I h t e n (SIBFA/AGNAS-Methode [22,23]).

Abb. 10. R o n t g e n s t r u h t u r a n a l ~ ~ e von FI- lipticin und (5-10do-CpG)~ als interkalier- ter Komplex nach (281. a) Rlick scnkrecht iur Ebene der Guanin-C:ytosiii-Basenpaa- re tnit bennchbarten (freien) Flhpticin- Molekulen. Bindungsabstande in A; b) Identischer Ausschnitt aus der Elementar- ~ e l l e mit Rlick nahezu senkrecht / L I ~

Helix-Achse. Die Bindungswinkel der Zuckerphoy3hat-Ketten siiid angegeben.

Phurrnuzie in unserer Zeit / 21. Jahrg. 1992 / Nr. 1 29

Interkalation,modelle W T Z Cytostatrka

l l a

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133

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Abb. 11. a) Ellipticin 9 (Rontgenstruktur) mit Angabe des molekularen elektrostati- schen Potentials (MEP) ausschnittsweise auf der van der Waals-Oberflache. Das MEP stellt die Summe der Multipolmo- mente des Molekiils dar. b) Mit dem MA- XIMIN 2 Kraftfeldverfahren (SYBYL- Programm) energieminimierter Komplex von Ellipticin und (5-Iodo-cytidylyl-3’,5’- guanosin), mit Angabe des MEP fur die gesamte Komplexstruktur. Die Ladungs- berechnungen fur a) und b) basieren auf der Gasteiger-Huckel-Methode. Die Start- geometrien des Komplexes stammen aus Rontgenstruktur-Atomkoordinaten.

Abb. 12. Auf NMR-Daten gestiitzte Inter- kalationsmodelle von Ditercalinium‘ 11 mit d(GCGC), nach [31]. Es sind aus- schnittsweise bei den beiden Modellen zwei vollstandige basengepaarte Dinukleotid- Stapel demonstriert. Die Zahlen geben die 400 MHz-’H-NMR-Verschiebungen der H1’-Desoxyribose-Protonen fur jedes Nu- kleotid in jedem Strang an. 13b

Interkalationrmodelle von Cyto~tatika

14a 14b

Abb. 13. a) R o n t g e n s t r u k t u r a n a l ~ ~ e de5

Koinplexes aus Ditercaliniuin 1 1 u n d d(CGCG), nach 1321. In dieser OR7 W- Darstelli~ng erfolgt der Blick auf die groik Furche senhrccht iur Helixachse. Eiii par- tielles Aufwinden der Helix ist crkennbar. b) Scheniatische Dar5tellung eines Dni A- Interkal.7tionskomplexec mit Ditercalini- urn 11, welche die ,,Abknickung" der Helix dernoiistriert.

Ahb. 14. Rontgenstruktur 1331 und Inter- kalationbkoniplexe der Carbaiole 152 und 15b in (5-Iodo-CpG),. a) F u r 15a, h) fur 15b. Hick senkrecht zur Helix-Achse. Die Aiigabe des molekularen e l e h t r o s t a t i d e n Potentials erfolgte auf der € h i s der Ga- steiger-I-iuckel-Ladungsb~r~~ hnung [ 3C]. Beim Komplex niit den1 CarbaLol I5h irt das ,,reine" Wire Frame-Modell gratisch dargestellt.

binduiig 15a ragt der hydrophobe N-Phen- yloxybutylrest in die groi3e Rinne. Der Chro- mophor nimmt eine zum Ellipticin eng ange- lehnte Orientierung ein. Demgegenuber la- gert sich das Pyrrolocarbazol 15b (ahnlich wie Daunomycin) ,,schrag" ein (Abbildung 14). Auch in diesem Fall ist der Substituent (Imid-phenyl-Rest) in der groi3en Rime lo- kalisiert. In den beiden simulierten Fallen er- weitert sich der Basenpaar-Abstand in der Stapelung von 3,4 A auf 7 A.

Interkalatoren verschiedener Strukturklassen

Das heterodet-cyclische Peptid-Antibiotikum Actinomycin D (ACD, Dactinomycin) 16 hcmmt im Organismus die DNA-abhangige RNA-Synthese, indem es mit doppelstrangi- ger D N A einen sehr stabilen Komplex bildet. Fur die Art der Bindung von Actinomycin D 16 an der D N A sind ursprunglich zwei Mo- delle vorgeschlagen worden [35]: 1. der soge- nannte ,,Outside"-Komplex nach Hamilton [34] (s. auch Abbildung lc) und 2. die DNA- Interkalation [35, 361. Der Interkalationsme- chanismus steht mit der Zunahme der Visko-

sitat und der Abnahme der Sedimentations- konstante der D N A nach Actinomycin D- Bindung grundsatzlich voll in Einklang. Auch 'H-, I3C- und "P-NMR-spektroskopi- sche Messungen an mit Actinomycin D kom- plexierten Nucleotiden, ORD- und CD- Messungen an komplexiertcr D N A [35] und vor allem die Rontgenstrukturanalyse eines Komplcxes von 16 mit zwei Desoxyguanosin- Molekiilen [36] bestatigen eine Interkalation. Aus dem Actinomyein D/Desoxyguaiiosin- Komplex werden wichtige Geometrien erhal- ten, die eine Extrapolation z. B. auf GC- DNA-Strukturen erlauben (Abbildung 15 und 16) [36]. In dem extrapolierten Kugel- stabmodell (Abbildung 16) interkaliert der Phenoxazonring zwischen zwei GC-Basen- paare der DNA. Die beiden cyclischen Penta- peptide des Actinomyein D 16 liegen in der kleinen Rinne der DNA-Helix. Zwischen Actinomycin D 16 und den benachbarten Guaninen bestehen mehrere Wasserstoff- bruckenbindungen.

Inzwischen konnten an basengepaartem d(GC) und d(ATGCAT) mit Actinomycin D 16 wcitere Rontgenstrukturanalysen realisiert

Phamazie in unserer Zeit / 21. jahrg. 1992 /Nu. 1 31

Interkalatton,modelle von Cjltohtatika

15a

Abb. 15. a) Eine mit dem ALCHEMY- Kraftfeld energieminimierte lokale Kon- formation von Actinomycin D 16. Blickrichtung nahezu parallel zur Phen- oxazonring-Ebene. b) Rontgenkristall- s t ruktur des Desoxyguanosin-Actinomy- cin D-Komplexes nach [36]. Stabilisierende Wasserstoffbruckenbindungen zu Guano- sin sind aufgezeigt.

15b wcrdcn, welchc dicse Modellvorstelluiigen voll ergiinzen [37, 381. Hohc Guaninspezifitat irn d(CG),-Koniplex wird auf cine Wasscr- stoffbruckenbindung der 2-Amiiiogruppc des Phenoxazons niit dem N-3-Atom von beiden Guanirien und dem Amidrest von L- Threonin in jedem cyclischcn Pcptidteil zuruckgcfuhrt (s. auch Abbildung 15b). Bei polaren Molekulen, die miteinander in Wcch- selwirkung treten, solltcn die elektrostati- schen Potentiale auf der interfacialcn Obcr- flache komplemcntar sein, uni eiiie betracht- liche attraktive Bindung zwischen zwei Molekulpartnern hervorzurufen. Ein signifi- kaiites Bcispicl fur Komplementaritat eines lnterkalators niit seiiiem Rczcptor (B-DNA) wurde bei der Berechnung dcs rnolekularcn elektrostatischen Potentials cines Actinomy- cin D/DNA-T'cilkomplexes gcfunden 1391. In dcr Abbildung 17 ist das niolekulare elek- trostatische Potential von Actiiiomycin D 16 aufgczeigt. Der Hauptbercich des Chromo- phors ist iiiit Ausnahmc dcr Carboriylgruppc von einem positiven Potential umgeben. Tm intcrkalierten Fall ist die niolekulare Ober- flache mit dem positivcn elektrostatischen Potentialbereich sandwichartig zwisclien die Basenpaare, die cin deutlich negatives elek- trostatisches Potential ,,ausstrahlen", eingela- gcrt. Das positive Potential ist hei Interkala- tion insgesarnt voni Phenoxazonring in Rich- tung der Peptidschleifen orientiert.

Einen strukturell schr koniplexen Bisinterka- lator mit cytostatischcr Aktivitat stellt das Antibiotikurn Triostin A 17 dar. Dicse Sub- s t a m zihlt zu den aui3erst starken Inhibito- rcn dcr Nukleinsaurc-Syntliese [40]. Struktu- re11 liegt ein cyclisches Octadepsipeptid mit zwei planarcn Cliinoxalinringcn vor (Abbil- dung 18). Die interkalative Geometrie von Triostin A 17 ist durch eine Rontgenstruktur-

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Interkulationrmodelle von Cytortatiku

16

17a

Pbarmazie in unserer Zeit / 21. Jahr,g 1992 / Nr. I

Abb. 16. Aus der Rontgenstrukturanalyse (Abbildung 15b) abgeleitetes Kugelstab- inoclell des Actinoinycin D-Komplexes mit der B-DNA (361.

Abb. 17. Molekulare5 elektrostatisches Po- tential von Actinom!cin D 16. Darstel- lung der Isopotentialflachen in orthogo- nalen Ebenen a) und b). Contour-Werte in LJ niol ' [391.

17b analyse mit d(GCGTACGC), zumjndest im Festzustand belegt (Abbildung 19) [40]. Durch dic Interkalation wird die gesamte Helix urn 6.1 A verlangert und zeigt einen Aufwindungswinkel von 47". Der Interkala- tor mit seinem relativ starren Peptidgeriist verandert neben der ,,Backbone"-Geometrie vor allem auch die Anordnung der Wasser- stoffbrucken der A-T-Basenpaarung. Die Paarung wechselt vom Watson-Crick- zum Hoogsteen-Basen-Typ (Abbildung 19 und 20). Die ,,Backbone" -Torsiomwinkel wei- chen insgcsamt betrachtlich von denjenigen in der intakten B-DNA ab.

Bleomycine sind Glykopeptidantibiotika, die zu einer 0,- und Fe(I1)-Ionen induzierten Fragmentierung der D N A fuhren. Bei den

33

Inteukalattonsmodelle von Cyto3tatika

18

Abb. 18. Raumstruktur von Triostin A 17 mit parallel iibereinandergelagerten (ge- stapelten) Chinoxalinringen, die iiber cy- clische Peptid-Ketten verbunden sind.

Abb. 19. Ausschnitt der Rontgenstruktur von Triostin A 17 mit d(GCGTACGC)Z nach [40]. Die Basen T12-A5 und A13-T4 sind nach dem Hoogsteen-Typ gepaart [9].

zur Cytostatikatherapie eingesetzten Prapa- raten handelt es sich in erster Linie um Bleomycin A2 und B2 Ma, ISb, die sich in der Struktur der endstandigen Amine unter- scheiden. Fur rnogliche Bindungen (Inter- kalation) an die D N A sollte die endstandige Threonin-Bisthiazol-Teilstruktur verantwort- lich sein. Als cytotoxisches Prinzip wird je- doch ein Bleomycin-Fe(I1)-Sauerstoff-Kom- plex diskutiert, der die antineoplastische Wir- kung in erster Linie iiber Redoxreaktionen an der D N A (Abspaltung der DNA-Basen) in- duziert.

Das Amsacrin 19 gehort wie das bereits hier naher behandelte Mitoxantron 6 zu den neue- ren vollsynthetischen Cytostatika mit inter- kalativen Eigenschaften [41]. Strukmrell han- delt es sich bei Verbindung 19 um ein polar

34

19

Interkalationsrnodelle von Cytostatika

20

funktionalisiertes Acridin-Derivat. Aus einer Kraftfeldrechnung [42] lafit sich zweifelsfrei vorhersagen, dafl Amsacrin 19 mit seinem ko- planaren Chromophor zur Interkalation in die humane B-DNA befahigt sein sollte (Ab- bildung 21). In einer energiearmen Konfor- mation steht der substituierte 1,4-Diamino- phenylrest stark verdrillt aus der Acridin- Ebene heraus. Ein Interkalationsmodell konnte dem Modell mit der Stammverbin- dung 9-Aminoacridin und D N A nahekom- men [9], wobei der polarc grofle Rest bei 19 zusatzliche Interaktionen mit polaren Grup- pen der D N A eingehen sollte.

21

Schluflbetrachtung und Bilanz

Gcstutzt auf inzwischen weitreichende Stu- dien von Cytostatika mit koplanarem (he- terocyclischem) Chromophor gilt heute als gesichert, dafl ein dominantes molekulares Wirkprinzip mit der Interkalation in die hu- mane D N A startet. Enzymatische Blockaden uiid Ablesefehler beim Replikationsprozefl storen die Matrizenfunktion erheblich, so dafl die Zellproliferation zum Erliegen kommt. Wahrend vor zwei Jahrzehnten in erster Linie die Affinitat dieser Cytostati- ka (Testsubstanzen miteingeschlossen) zur D N A mit einfacheren physikalischen und physikalisch-chemischen Methoden bereits sicher erkannt wurdc, haben im letzten Jahr- zehnt insbesondere die molekiilspektrosko- pischen Methoden im wesentlichen zur mo- lekularen Auflosung (Geometrie) der Inter- kalationskomplexe beigetragen. Inzwischen existieren mehr als dreiflig gut aufgeloste Riintgenstrukturanalysen von Watson-Crick- Interkalations-Komplexen. Zusatzlich haben die Verfeinerungen und Entwicklungen der NMR-Techniken im 'H-, I3C- und 3'P- Kernbereich wie u. a. auch die 2D- und 3D- Techniken detaillierte Informationen uber die Molekulkonfigurationen und Konformatio-

nen in Losung geliefert. Die rasante Entwick- lung auf dem Computcrsektor im Software- und Hardware-Bereich hat wesentlich dazu beigetragen, detaillierte Informationen uber die Komplexgcometrien, die Wechselwir- kungsenergien der Komplexe und damit verbunden iiber die Interkalations- Energiehyperflache zu erhalten. Die inzwi- schen weit fortgeschrittene Computergrafik in Echtzeitdarstellung hat im Bereich der Bio- polymere (Nukleinsauren, Proteine, I'rotein- komplexe) weitere interaktive Moglichkeiten eroffnet [43]. Die Ergebnisse des Molecular Modeling erlauben die Vorhersage der struk- turellen Beschaffenheit eines optimalen Inter- kalators, und in Eiiiklang mit dem pharmako- logischen Experiment konnen selektiv weitere Molekulprofilierungen vorgenommen wer- den.

Abb. 20. Basenpaar-Orientierung bei In- terkalation von Triostin A 17 an der A-T- Seite in der B-DNA. a) normale Watson- Crick-Basenpaarung. b) Hoogsteen-Ba- senpaarung. Adenosin ist um die glykosidische Bindung um 180" von der anti- in die syn-Konformation gedreht.

Abb. 21. Durch Molekiilmechanik-Rech- nungen (MMX-Programm und Monte Carlo-Metropolis-Methode [42]) vorher- gesagte Energieminimum-Konformation von Amsacrin 19.

Nach wie vor gilt es jedoch als erstrebenswer- tes Ziel, Cytostatika mit hochster Selektivitat zu entwickeln. Auch hier sind die molekul- spektroskopischen Studien mit endogencn Rezeptoren ( z . B. DNA, Proteine, Membran- strukturen) und den Wirkstoffen (als Ligan- den) in Verbund mit molekiiltheoretischen Studien zur Erstellung von nutzlichen Ar- beitsmodellen von groi3em Nutzen.

Allerdings darf die Realitat eines Wirkprin- zips vor allem im theoretischen Modell nicht zu stark simplifiziert werden. So mufl man immer davon ausgehen, dafl z . B. die hier dis- kutierten Cytostatika im lebenden komple- xen biologischen System auch noch vollig an- dere cytotoxische Mechanismen beschreiten kijnnen und einige bereits bewiesen sind (z. B. Ellipticine, Anthracycline).

Pharmazie in unserer Zeit / 21. Jahrg. 1992 / Nr. I 35

InterkaluLton,modelle von Cytostattku

Literatur [l] B. Unterhak, Pharni. Unserer &it 20,99 (1991). [2] H. J. Koth, H. Feniier, Arzneistoffe, Pharma- zeutischc Chemie 111, Thicme Vcrlag, Stuttgart 1987. [ 3 ] J. W. Lown, Bioactivc Molecules, Vol. 6, E l s e vier, Amsterdam, 1988. [4] E. Mutschlcr, Rrzneimittclwirkuiigeii, Wiss. Verlagsgesellschaft mbIH, Stuttgart 1991. 151 1. Ilrcws, Grundlagen der Clieinotlierapie, Spi-inger Vcrlag, W e n , 1979. 161 P. Potier, Pure 8i Applied Chem. 58,737 (1986). [7] U. Pindur, Dtsch. Apoth. Ztg. 120, 1691 (1980). [8] €3, M. Hermm, P. K. Young, Annu. Rev. Bio- phvs. Biocng. 10, 87 (1981). [9] W. Sacnger, Principles o f Nucleic Acid Struc- ture, Springer Vcrlag, New York, 1983. [lo] L. S. Lcrinan,J. Mol. Biol. 3, 18 (1961). [1 I] TI. I . Ilickerson, Spektruiii der Wissenschatt, ,,I~rhsubstanz DNA“, 3. A~ifl . , Spektrum dcr Wis- sciischaft Verlagsges. mbfl & C h . , I kidelberg, 1986. [I21 K. J. Miller, J. M‘icrea, J. 1’. Pycior, Biopoly- rners 19,2067 (1980). [13] G. Folkcrs, 11. liogiian, GJT Fachz. Lab. 1991, 224 und 329. [I41 ‘1’. Clark, A €landbook of Computational Chcinistry, John Wiley .ind Sons, New York, 1985. [15] G. J. Quigky, A . H:J. Wang, G. Ughetto, G. A. van der Marel, J. H. van Boom, A. Rich, Proc. Nat. Acad. Sci. 77,7204 (1980). [ l h ] I). J. I’atcl, S. A. Ko/lowski, J. A. Rice, Proc. Natl. Acaci. Sci. 78, 3333 ( 1 98 I ). [ 171 K.-X. Chen, N . Gresh, B. I’ulliiian,J. Biomol. Structure Dyiiani. 3,445 (1985). [I81 Y. Nak,it,i, A. J . I lopfinger, 5iochem. Bio- phys. Rev. C;onimun. 95, 583 (1980). 1191 11. A. Collier, S. Ncidle,J. K. Browu, Biochem. Pharmacol. 33, 2877 (1984). [20] I,, P. C. W‘ikeling, Med. Res. Rcv. 6, 275

n, I). H. Smith, K. Ven- ock, Annals New York

[22] K. Y. Chcn, N. Gresh. R. Pullman, Nucl. Acids. Kes. 14,2251 (1986). [23] N. Grcsh, A. Pullman, P. Cl,iverie, Thcor. Chim. Acta 67, 1 I (1085). [24] J. W. Lowri, C. C . Haustock, J. Biomol. Struct. Ilyllam. 2, 1097 (1 985). 1251 U, Pindui-, I’harn?. Uiisercr %it 16, 47 (1987). 1261 D. E. V. Wilman, The Chemistry of Antitu- mor Agents, Blaclcie, Glasgow, London, 1993. 1271 T. Honda, hl. Kato, M. Inowe, T. Shitnurnoto, K. Shini.1, 7‘. N.ikanishi, T. Yodiida, ‘T. Noguchi, j . Med. Clicn~. 31, 1295 (1‘188). [ 2 8 ] S. C. Jain, K. K. Bhandary, €1 . M. S o l d , J. h’Ic11. Biol. 135, 813 (1979). 1291 SYBYl,-Molcculai- Modeling-Progrmi (11. a. Coniputergrafik, thcoretischc I’rogrmime, z. f3 . MAXIMIN 2 Mo1ecub.r Mechanics, AMBETI- Molecular illechntiics, Molecular Lition, Se,ircli-Konfor~riatioiisaiial elcktrostatisches I’otential, MOPAC), T r i p s As- mc. Inc., St. Louis, M i s s . . USA. [30] Theoretischc Studicn v o u K. Sattler, geplante Dissertation, Universitit Mninz; Kiiiirgciistrulttur-

(1 986).

36

analyscn und tlieoretische Studien von M. Haber, geplante Dissertation, Universitat Mainz. 1311 M. Delepicrrc, C. hlilhc, A. Namane, ‘I.. H. Dinh, B. P. Roques, Biopolyiners 31,331 (1991). [32] Q. Gao, G. J. Quigley, Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 88,2422 (1991). 1331 U. Pindur, M. Drager, M. Haber, K. Sattler, Chciii. Bcr. im Druck. [34] L. D. Hamilton, W. Fuller, E. Keich, Nature 198,538 (1963). 1351 U. Hollstcin, Chem. Kev. 74,639 (1974). [36] H. M. Sobell, S. C. Jain, J. Mol. 5ioI. 68, I (1972) ibid. 68,21 (1972). [37] F. Takusagawa, M. Dabrow, S. Ncidlc, H. M. Berman, Nature 296,466 (1982). 1381 F. Tagusqawa, H. M. Berman, J. Riol. Chrm. 259,4714 (1982). 1391 P. M. Dean, Molecular foundations of drug- receptor interaction, Cambridge University Press, Cainbridgc, 1989. (401 K. Kurodn, J. Synthetic Organic Chemistry (‘Japan) 1989, 547. 1411 W. A. Denny, J. Med. Chein. 21, 5 (1977). [42] MMX-Molecular Mcchanics~Rechnungcn, MMX-Prograinin (eine MM2-Variante) von Sereiia Softwxe, Bloomington, I d . , USA. [43] vgl. auch H.-D. Hbltjc, A. Batzcnschlager, €1. Brian, J. Briiggmaiin, Pharm. Unserer Zeit 20, 59 (1991).

Prof. Dr. Ulf Pindur 08. 1943). Studium der Pharniazic und Lebensmittcl-Chemie, Uni- vcrsitat Marhurg (1967-1971). 1974 Pronio- tion zuin Dr. rcr. nat. untcr Leituiig von Prof. Dr, B. Unterhalt, Universitit Marburg. 1980 Habilitation ini Fach Pharmazeutische Che- mie, Uniwrsitat Marburg. 1980-1985 Uni- versititsprofessor, Universitat Wiirzburg und ab 1985 Universitatsprofessor an der Univer- sitht Mainz. 1990/1991 zusatzkhe Vertretung einer C4-I’rofcssur fiir Pharmazcutische Chemie dii dcr Universitat hlainz. Seit 1985 Vorsitzender der Untergruppe Rheinhessen dcr Dcutschcn Pharmazeutischen Gesell- schaft, Rhcinland-Pfalz und scit 1990 I A - desvorsitzcndcr der Dcutscheii Pharmazeuti- schen Gesellschaft, Rheinland-Pfalz. Autor in mehrcrcn pharniazeutischcn und orga- niscli~cliciiiisclic~i Monograpliicn und Ta- schenbuchcrn, u. a. im Kommcntar zum DAB 9 und in S. Patai (Flrsg.), The Cliem- istry of Acid Derivatives. Z. Zt. 185 Original- arbciten iiber cigenc wissenschaftliche Ergeb- nissc.

Arhcitsgcbietc: I’liarniazeutischc Analytik (Farbreaktionen), perizyklische Synthcsen zu potentiellen .zntibiotisch, fungistatisch und antitumor-aktivcii Wirkstoffen. Theorctischc Pharmazeutische Chemie: Wechselwirkungs-

niodelle von nr\iA~intcragicrcndeii Stoffen (Cytostatika) rnit deli Methoden des Mole- cular Modeling.

Manfred Habcr ug. 1962). Studium der Phar- mazie 1982-1986 an der Universitat Mainz. Apotheker und Doktorand ini Arbeitskreis Prof. Pindur an dcr Universitat Mainz. Ar- heitsgehiet: Synthesen und Rontgenstruktur- analysen von DNA-interkalierenden Carb- am-Derivaten, Basis-Mcthodcn dcs Mole- cular Modeling.

Kristin Sattler Ug. 1966). Studium der I’har- mazie von 1985-1989, Universitat Mainz. Apothekerin uiid Doktorandin im Arbeits- kreis Prof. Piiidur an dcr Univcrsitat Mainz. Kurzzeitige Forschungs- und Praktikums- tatigkciten an dei- Universitat Tubingen (Prof. Dr. G. Folkers) uiid in der Industrie. Arbeits- gebiet: Aufbau von DNA-Interkalations- modellen rnit cytostatisch-aktiven Carbazol- derivateii mit den Mcthodcn des Molecular Modeling (DFG-F6rderung).

Anschrift:

Prof. Dr. U. I’indur, liistitut fur Pharmazie dcr Uiiiversitat Mainz, Saarstrage 2 I , W-6500 Maim 1.