Arzneistoffe

Topoisomerase-Hemmstoffe

Camptothecine und Etoposid machen Topoisomerasen zu Giften: Sie stabilisieren den Enzym-DNA-Spaltkomplex, und die Replikation erzeugt daraus letale Strangbrüche. Den Kern bilden Mechanismus, Irinotecan als Prodrug mit UGT1A1-Pharmakogenetik und die zwei Formen der Diarrhö.

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  • Einordnung: Camptothecine (Irinotecan, Topotecan) hemmen Topoisomerase I, Etoposid hemmt Topoisomerase II, die Anthrazykline gehören als weitere Topo-II-Gifte zu den zytostatischen Antibiotika.
  • Topoisomerase-Funktion: Topo I schneidet einen Strang ATP-unabhängig, Topo II beide Stränge ATP-abhängig, beide lösen Torsionsspannung über eine kovalente Phosphotyrosin-Bindung.
  • Cleavable Complex: Die Hemmstoffe blockieren die Religation und stabilisieren den Spaltkomplex, die Replikationsgabel macht daraus Doppelstrangbrüche, daher S- bzw. G2-Phasen-Bezug.
  • SN-38 und UGT1A1: Irinotecan wird durch Carboxylesterasen zu SN-38 aktiviert und durch UGT1A1 inaktiviert, UGT1A1*28 (Gilbert) steigert die Toxizität.
  • Zwei Formen der Diarrhö: Das Frühsyndrom ist cholinerg durch AChE-Hemmung und spricht auf Atropin an, die Spätdiarrhö entsteht durch reaktiviertes SN-38 im Darm.
  • Weitere UAW und WW: Myelosuppression ist dosislimitierend, Etoposid löst Sekundärleukämien aus, CYP3A4-Induktoren wie Johanniskraut senken und Inhibitoren steigern die Exposition.

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Überblick

Topoisomerase-Hemmstoffe sind Zytostatika, die den kurzlebigen Komplex aus Topoisomerase und gespaltener DNA stabilisieren. So wird aus einer normalen Enzymreaktion ein bleibender DNA-Strangbruch. Die allgemeinen Prinzipien stehen bei den Zytostatika allgemein.

  • Topoisomerase-I-Hemmer: die Camptothecine Irinotecan und Topotecan, halbsynthetische Abkömmlinge des Alkaloids Camptothecin.
  • Topoisomerase-II-Hemmer: Etoposid, ein halbsynthetisches Podophyllotoxin-Glykosid.
  • Verwandte Topo-II-Gifte: die Anthrazykline mit eigener Seite bei den zytostatischen Antibiotika. Topo-I-Gifte dienen zudem als Payload in Antikörper-Wirkstoff-Konjugaten.
  • Stellenwert: Kombinationspartner bei kolorektalem Karzinom, kleinzelligem Lungenkarzinom (SCLC), Ovarial- und Hodentumoren.

Typischer Vertreter ist Irinotecan, an dem sich Prodrug-Aktivierung, Pharmakogenetik und klassentypische Toxizität zeigen.

Strukturformel von Irinotecan
Irinotecan
Topoisomerase-I-Hemmer · Leitsubstanz
  • Prinzip: Camptothecin-Prodrug, der aktive Metabolit SN-38 stabilisiert den Topo-I-DNA-Komplex.
  • Kinetik: Aktivierung durch Carboxylesterasen, Inaktivierung durch UGT1A1, Abbau auch über CYP3A4, biliäre Ausscheidung.
  • Einsatz: metastasiertes kolorektales Karzinom (FOLFIRI), Pankreaskarzinom.
  • Besonderheit: cholinerges Frühsyndrom und verzögerte Diarrhö.

Vertreter

Die Vertreter unterscheiden sich zuerst nach dem Target. Innerhalb der Camptothecine trennt die Aktivierung: Irinotecan ist Prodrug, Topotecan wirkt direkt. Gemeinsam ist den Camptothecinen der Lactonring (E-Ring), der für die Bindung essenziell ist und bei physiologischem pH reversibel zum inaktiven Carboxylat hydrolysiert.

Wirkstoffe
Strukturformel von Irinotecan
Topo-I-Hemmer (Camptothecine) Irinotecan Prodrug, i.v., auch liposomal
Strukturformel von Topotecan
Topo-I-Hemmer (Camptothecine) Topotecan Wirkform, oral und i.v.
Strukturformel von Etoposid
Topo-II-Hemmer (Podophyllotoxine) Etoposid oral und i.v.

Wirkmechanismus

Topoisomerasen lösen die Torsionsspannung, die beim Entwinden der Doppelhelix vor Replikations- und Transkriptionskomplexen entsteht. Beide spalten DNA über eine transiente kovalente Phosphotyrosin-Bindung und verknüpfen sie wieder.

A Topoisomerase I
  • Monomer, schneidet einen Strang
  • Strang rotiert um den Bruch, ATP-unabhängig
  • Target der Camptothecine
B Topoisomerase II
  • Homodimer, schneidet beide Stränge
  • schleust einen zweiten Doppelstrang durch, ATP-abhängig, trennt Tochterchromosomen
  • Target von Etoposid, bakterielles Gegenstück ist die Gyrase der Fluorchinolone

Die Hemmstoffe lagern sich in die Grenzfläche von Enzym und gespaltener DNA ein und blockieren die Religation. Der sonst flüchtige Spaltkomplex, der Cleavable Complex, bleibt bestehen.

Schema: Topoisomerase schneidet DNA, Hemmstoff blockiert die Religation, eine Replikationsgabel trifft auf den Komplex und es entsteht ein Doppelstrangbruch.

Topoisomerase-Gifte fixieren den Cleavable Complex, die Replikationsgabel macht daraus einen Doppelstrangbruch.
  1. Stabilisierung: Hemmstoff fixiert den Topoisomerase-DNA-Spaltkomplex → Religation blockiert.
  2. Kollision: Replikationsgabel läuft auf den Komplex auf → Doppelstrangbruch.
  3. Folge: DNA-Schadensantwort, Zellzyklusarrest, Apoptose.
  4. Phasenbezug: Camptothecine S-Phase-spezifisch, Etoposid späte S- und G2-Phase.
📖 Definition: Topoisomerase-Gift

Hemmstoff, der nicht die Katalyse abschaltet, sondern den Cleavable Complex stabilisiert. Zytotoxisch ist der fixierte Bruch, daher trifft er Zellen mit viel Enzym (Topo IIα in proliferierenden Zellen) besonders.

Wirkungen und Anwendung

Die Wirkung ist zytotoxisch und trifft proliferierende Gewebe, weil erst die Replikation den reversiblen Komplex in einen letalen Bruch übersetzt.

  • Irinotecan: metastasiertes kolorektales Karzinom mit 5-Fluorouracil und Folinsäure (FOLFIRI), liposomal beim Pankreaskarzinom.
  • Topotecan: rezidiviertes SCLC, Ovarial- und Zervixkarzinom.
  • Etoposid: SCLC mit Platin, Hodentumoren (mit Cisplatin und Bleomycin), Lymphome, Hochdosistherapie vor Stammzelltransplantation.

Pharmakokinetik

Bei Irinotecan entscheidet das Gleichgewicht aus Aktivierung und Inaktivierung über Wirkung und Toxizität.

  • Aktivierung: Carboxylesterasen (Leber, Darm) spalten das Bipiperidin-Carbamat ab → SN-38, um Größenordnungen wirksamer als die Muttersubstanz.
  • Inaktivierung: UGT1A1 glucuronidiert SN-38, Ausscheidung biliär. Bakterielle β-Glucuronidase im Darm setzt SN-38 wieder frei.
  • CYP3A4: oxidiert Irinotecan zu inaktiven Metaboliten und konkurriert so mit der Aktivierung. Auch Etoposid wird über CYP3A4 abgebaut.
  • Topotecan: keine Aktivierung, überwiegend renal eliminiert → Dosis an die Nierenfunktion anpassen.
  • Etoposid: oral mit variabler, unvollständiger Bioverfügbarkeit oder i.v.

Reaktionsschema des Irinotecan-Stoffwechsels von der Aktivierung zu SN-38 über die Glucuronidierung bis zur Reaktivierung im Darm.

Aktivierung und Inaktivierung von Irinotecan entscheiden über Wirkung und Toxizität.

Unerwünschte Wirkungen

Allen gemeinsam ist die Toxizität an proliferierenden Geweben, dosislimitierend ist die Myelosuppression.

UAW warum
Blut
Myelosuppression (v. a. Neutropenie, bei Topotecan auch Thrombozytopenie) hohe Replikationsrate im Knochenmark
Haut
Mukositis, Alopezie Schleimhaut und Haarfollikel proliferieren schnell
Magen-Darm · ZNS
Cholinerges Frühsyndrom (Irinotecan) Muttersubstanz hemmt die Acetylcholinesterase: Schwitzen, Speichelfluss, Krämpfe, Frühdurchfall → Atropin als Parasympatholytikum
Magen-Darm
Verzögerte Diarrhö (Irinotecan) SN-38 im Darmlumen schädigt das Epithel, potenziell lebensbedrohlich, Management bei der Supportivtherapie
Blut
Sekundäre Leukämie (Etoposid) Topo-II-vermittelte Doppelstrangbrüche → Translokationen (11q23), kurze Latenz
Gefäße
Hypotonie (Etoposid) bei zu schneller Infusion
Prüferinnenfrage
Ihr Patient schwitzt während der Irinotecan-Infusion und hat Durchfall. Ist das dieselbe Diarrhö wie die nach einigen Tagen?
Antwort anzeigen

Nein. Der Frühdurchfall ist cholinerg, weil Irinotecan selbst die Acetylcholinesterase hemmt; er tritt in den ersten Stunden auf und spricht auf Atropin an. Die Spätdiarrhö entsteht durch SN-38, das biliär in den Darm gelangt und dort von bakterieller β-Glucuronidase reaktiviert wird. Sie ist nicht atropinsensibel und zusammen mit einer Neutropenie besonders gefährlich.

Kontraindikationen und Wechselwirkungen

Kontraindikationen und Wechselwirkungen folgen aus Toxizität und Metabolismus.

  • Schwangerschaft, Stillzeit: genotoxisch und embryotoxisch.
  • Schwere Knochenmarkinsuffizienz: Myelosuppression wäre nicht beherrschbar.
  • Erhöhtes Bilirubin, Darmobstruktion, chronisch-entzündliche Darmerkrankung (Irinotecan): SN-38 wird biliär ausgeschieden und wirkt im Darm toxisch.
  • CYP3A4-Induktoren (Johanniskraut, Carbamazepin, Rifampicin): weniger SN-38 bzw. Etoposid → Wirkverlust. Johanniskraut ist mit Irinotecan kontraindiziert.
  • CYP3A4-Inhibitoren (Ketoconazol, Clarithromycin): mehr Irinotecan für die Aktivierung → Toxizität ↑.
  • UGT1A1-Hemmer (Atazanavir): SN-38-Exposition ↑.
⚠️ Achtung: UGT1A1-Polymorphismus

Homozygote Träger von UGT1A1*28 (Gilbert-Syndrom) glucuronidieren SN-38 langsamer, schwere Neutropenie und Diarrhö drohen. Eine Genotypisierung vor Therapie ist sinnvoll, Hintergrund bei der Pharmakogenetik.

Unterschiede innerhalb der Klasse

Entscheidend sind das Target und bei den Camptothecinen die Seitenkette: Irinotecans Carbamat muss erst abgespalten werden, Topotecan ist durch eine basische Aminomethylgruppe ohne Aktivierung wasserlöslich. Etoposid bindet anders als das Podophyllotoxin nicht an Tubulin, sondern an Topo II.

Merkmal Irinotecan Topotecan Etoposid
Target Topo I Topo I Topo II
Aktivierung Prodrug → SN-38 Wirkform Wirkform
Elimination UGT1A1, biliär, CYP3A4 überwiegend renal CYP3A4, renal
Typische UAW Früh- und Spätdiarrhö Myelosuppression Sekundärleukämie
Hauptindikation kolorektales Karzinom SCLC-Rezidiv, Ovar SCLC, Hodentumoren

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Aussage 1

Topoisomerase I schneidet beide DNA-Stränge und benötigt dafür ATP.

Topoisomerase I schneidet nur einen Strang und arbeitet ATP-unabhängig. Beide Stränge ATP-abhängig schneidet Topoisomerase II.

Aussage 2

Etoposid kann sekundäre akute Leukämien mit kurzer Latenz auslösen.

Topo-II-vermittelte Doppelstrangbrüche führen zu Translokationen (11q23), die Leukämien nach vergleichsweise kurzer Latenz begünstigen.

Aussage 3

Irinotecan wird durch Carboxylesterasen zum aktiven Metaboliten SN-38 umgewandelt.

Irinotecan ist ein Prodrug. Carboxylesterasen in Leber und Darm spalten das Carbamat ab, es entsteht das um Größenordnungen wirksamere SN-38.

Warum?

Lückentext

Zuordnen

Aussage 7

Das cholinerge Frühsyndrom unter Irinotecan lässt sich mit Atropin behandeln.

Es beruht auf einer Hemmung der Acetylcholinesterase durch die Muttersubstanz, daher wirkt das Parasympatholytikum Atropin.

Reihenfolge

Aussage 9

CYP3A4-Induktoren wie Johanniskraut erhöhen die SN-38-Exposition unter Irinotecan.

Induktoren lenken Irinotecan zu inaktiven Oxidationsprodukten um, die SN-38-Exposition sinkt und es droht Wirkverlust. Erhöht wird sie durch CYP3A4-Inhibitoren.

Prüferin fragt

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