Untersuchung der antiviralen Wirkung von Wedelolakton auf die Replikation des humanen Cytomegalovirus

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2020-11-02
Issue Year
2020
Authors
Ruhland, Anna Elisabeth
Editor
Abstract

In recent years, research has increasingly focused on natural remedies as attractive alternatives to conventional medicine. One of these substances is the coumestan wedelolactone (WDL), one of the biologically active ingredients of the tropical plant Eclipta alba. Wedelolactone has been shown to have anti-inflammatory, antiproteolytic, antihepatotoxic effects and induces cytotoxicity in breast cancer cells. Recent research has shown that wedelolactone also influences various viral infections. The substance inhibits the RNA polymerase of the hepatitis C virus and the integrase of the human immunodeficiency virus. Due to its diverse cellular modes of action, the hypothesis arose that wedelolactone is also effective against human cytomegalovirus (HCMV). The aim of this work was to investigate the possible antiviral activity of wedelolactone against HCMV and its underlying mode of action. This work has demonstrated that wedelolactone effectively inhibits the replication of HCMV in a concentration-dependent manner. The antiviral effect of wedelolactone corresponded approximately to the potency of ganciclovir, the current standard therapeutic, whereby a cytotoxic effect of wedelolactone could be excluded. Cell proliferation was found to be reduced only to a small extent, however, not dependent on the applied concentration. Changes in morphology associated with a functional restriction of the cells could not be observed, either. Infection kinetic investigations revealed that wedelolactone influences the infection at both early and late times of infection. At early stages of infection, the antiviral effect of wedelolactone is based on a reduced expression of Immediate-Early (IE) proteins, which is known to be enhanced by activation of the NF-κB pathway. The already described negative effect of wedelolactone on NF-κB was confirmed. As further mode of action, the destruction of the polycomb repressive complex 2 (PRC2) and the resulting reduction of its core components was tested. PRC2 was recently discovered as an important factor in viral DNA synthesis which was significantly reduced by wedelolactone. Based on these findings, the effect of wedelolactone on another virus of the herpesviridae was investigated. It was found that the replication of HSV-1 is also sufficiently inhibited. Taken together, the results of this research indicate a promising antiviral effect of wedelolactone on herpes viruses and can serve as a starting point for further drug development.

Abstract

Hintergrund und Ziele Naturheilstoffe gerieten als gefragte Alternativen zu den herkömmlichen schulmedizinischen Medikamenten in den letzten Jahren verstärkt in den Fokus der Forschung. Einer dieser Stoffe ist das Coumestan Wedelolakton (WDL), eines der biologisch aktiven Inhaltsstoffe der tropischen Pflanze Eclipta alba. Wedelolakton wirkt nachweislich antiinflammatorisch, antiproteolytisch sowie antihepatotoxisch und zeigte eine zytotoxische Wirkung auf Brustkrebszellen. Neue Forschungen ergaben, dass auch diverse Virusinfektionen durch Wedelolakton beeinflusst werden. So hemmt der Stoff nachweislich die RNA Polymerase des Hepatitis C Virus sowie die Integrase des humanen Immundefizienz-Virus. Aufgrund seiner vielfältigen zellulären Wirkungsweisen entstand die Hypothese, dass Wedelolakton auch gegen das humane Cytomegalovirus (HCMV) wirksam sein könnte. Das Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung einer möglichen antiviralen Aktivität von Wedelolakton gegen HCMV und die Aufklärung der zugrundeliegenden Wirkungsweise. Methoden, Ergebnisse und Beobachtung Diese Arbeit konnte zeigen, dass Wedelolakton die Replikation des HCMV effektiv und konzentrationsabhängig hemmt. Die antivirale Wirkung von Wedelolakton entsprach dabei annähernd der Potenz von Ganciclovir, dem derzeitigen Standardtherapeutikum. Dabei wurde eine zytotoxische Wirkung von Wedelolakton ausgeschlossen. Die Zellproliferation erwies sich nur in geringem Maße, aber nicht konzentrationsabhängig reduziert. Auch Änderungen der Morphologie, die mit einer funktionellen Einschränkung der Zellen einhergehen würden, konnten nicht beobachtet werden. Infektionskinetische Untersuchungen ergaben, dass Wedelolakton die Infektion sowohl zu frühen als auch zu späten Zeitpunkten beeinflusst. Zu frühen Zeitpunkten der Infektion beruht die antivirale Wirkung von Wedelolakton auf einer reduzierten Expression der Immediate-Early (IE) Proteine, die in Abhängigkeit von einer Aktivierung des NF-κB Signalwegs exprimiert werden. Durch Reportergen-Analysen konnte die bereits beschriebene negative Wirkung von Wedelolakton auf den NF-κB Signalweg bestätigt werden. Als weiterer Wirkmechanismus konnte die Auflösung des Polycomb Repressiven Komplexes 2 (PRC2) und die einhergehende Reduktion dessen zentraler Komponenten ausgemacht werden. PRC2 wurde kürzlich als wichtiger Faktor bei der viralen DNA-Synthese entdeckt, welche durch Wedelolakton deutlich reduziert wurde. Auf der Grundlage dieser Erkenntnisse wurde die Wirkung von Wedelolakton auf ein weiteres Virus der Herpesviridae untersucht. Dabei zeigte sich, dass auch die Replikation von HSV-1 signifikant gehemmt wird. Schlussfolgerungen Insgesamt deuten die Ergebnisse der Arbeit auf eine vielversprechende antivirale Wirkung von Wedelolakton auf Herpesviren hin und können als Ausgangspunkt zur weiteren Arzneimittelentwicklung dienen.

DOI
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