Development of selenium- and tellurium containing surfactants and their biological activity against cancer cells

Abstract

The present PhD thesis describes the development of new organic selenium and tellurium containing compounds as synthetic redox-modulating surfactants and their biological activities. Ten organic selenide and telluride compounds (in publication 1) were designed, successfully synthesized and chemically characterized. These compounds are amphiphilic. The tellurides, in contrast to their selenide analogous, are more effective against not only RAW 264.7 macrophages, S. feltiae and E. coli but also against HCT116 cancer cells. The tellurides can modulate the intracellular redox balance by generating the superoxide anion radicals, which trigger the intrinsic apoptotic pathway. Further tests (in publication 2) show that the selenide compound DP31 has no effect on either HCT116 cancer cells or ARPE-19 cells, while the telluride analog DP41 induces the activation of the PERK/eIF2α/ATF4 signaling pathway by modulating ROS, which triggers the intrinsic apoptotic pathway in HCT116 cancer cells, but not in ARPE-19 cells. Based on the success of tellurium compounds such as DP41, a series of surfactants containing seleninic acid head groups has been designed, synthesized, purified and characterized chemically (in publication 3). These compounds form micelles and interact strongly with the cell membrane of RBCs. Hence they promote Ca2+ influx, which induces eryptosis. Furthermore, the series of these surfactants with CMC properties also shows anti-funginal activity against S. cerevisiae.

Diese Dissertation beschreibt die Entwicklung der neuen organischen Selen- und Tellur-Verbindungen als Redox modulierende Tensiden und ihre biologischen Aktivitäten. Zehn organische Selenid- und Tellurid-Verbindungen (in der Veröffentlichung 1) wurden erfolgreich synthetisiert und chemisch charakterisiert. Sie sind amphiphil. Die Telluriden, im Gegensatz zu den analogen Seleniden, sind nicht nur wirksamer gegen RAW 264.7 Makrophagen, S. feltiae und E. coli sondern auch gegen HCT116 Krebszellen. Diese Telluriden können das Redoxgleichgewicht durch die Erzeugung von Superoxid Radikalen so modulieren, dass der intrinsische apoptose ausgelöst wird. Weitere Experimente sind in der Veröffentlichung 2 zusammengefasst. Die Selenid DP31 zeigt keinen Effekt auf HCT116 Krebszellen oder ARPE-19 Zellen. Hingegen aktiviert das analoge Tellurid, DP41, die Signalweg von PERK/eIF2α/ATF4 durch Generierung von ROS, wodurch die intrinsische Apoptose in HCT116 Krebszellen ausgelöst wird. Dies geschieht aber nicht in ARPE-19 Zellen. Basierend auf dem Erfolg der Telluriden, wie beispielsweise DP41, wurde eine Reihe von Seleninsäure-enthaltender Tenside synthetisiert und chemisch charakterisiert (in der Veröffentlichung 3). Sie formen Mizellen, interagieren stark mit der Zellmembran von Erythrozyten und fördern den Ca2+ Einstrom. Dies induziert wiederum Eryptose. Interessanterweise zeigen diese Seleninsäure-enthaltenden Tenside mit amphiphiler Eigenschaft auch fungizide Aktivität gegen S. cerevisiae.