Regulation von Apoptose, Autophagie und DNA-Integrität in Leukämiezellen durch replikativen Stress und pharmakologische Hemmung der Histondeacetylasen
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Die chronische myeloische Leukämie (CML) ist eine Krebserkrankung, die durch das onkogene BCR/ABL Fusionsprotein charakterisiert ist. Die zielgerichtete Therapie mit Tyrosinkinase-Inhibitoren ermöglicht in bis zu 80% der Fälle eine normale Lebenserwartung. Allerdings bleiben leukämische Stammzellen meist erhalten und können zu einer Neuerkrankung führen. Derzeit werden Histondeacetylase-Inhibitoren (HDACi) entwickelt, die als vielversprechende Krebsmedikamente in der Therapie von hämatologischen Erkrankungen eingesetzt werden. Dabei sind Kombinationstherapien mit Chemotherapeutika im Fokus, da sie effizienter als Monotherapien sind. Hydroxyurea wird aktuell als stabiles Medikament gegen Sichelzellanämie sowie gegen chronische myeloproliferative Erkrankungen eingesetzt. Aufgrund der Funktion als Ribonukleotidreduktase-Inhibitor wird Hydroxyurea in Laboren oft dazu verwendet, gezielt replikativen Stress durch Depletion von dNTPs zu induzieren. Replikativer Stress setzt in den Zellen eine komplexe Zellantwort in Gang. Dabei spielen Prozesse wie die DNA-Schadensantwort, Apoptose und Autophagie eine wichtige Rolle. In dieser Arbeit wurde untersucht, ob der Klasse I HDACi MS 275 CML Zellen gegenüber Hydroxyurea sensitiviert. Die Daten zeigen, dass MS 275 die Expression des CDKi p21 und einen G1 Arrest der Zellen auslöst. Hydroxyurea hingegen arretiert die Zellen in der S Phase und fördert die Autophagie. Die kombinierte Gabe von MS 275 und Hydroxyurea führt zu einer signifikanten und synergistischen Zunahme der Apoptose, sowie zu einer Caspase abhängigen Proteolyse von Autophagieregulatoren. Als kritischen Faktor für eine von dem Tumorsuppressor p53-unabhängige Apoptoseinduktion wurde das pro apoptotische Protein NOXA ermittelt. Experimente mit einer genetischen Eliminierung von NOXA sowie Versuche mit NOXA-defizienten MEFs belegen eine unabdingbare Rolle von NOXA in der Aktivierung der Apoptosekaskade nach Kombinationsbehandlung in CML Zellen. Als weitere wichtige Faktoren des Apoptosewegs wurden c-ABL und p73 als vorgeschaltete Regulatoren von NOXA ausfindig gemacht. Die Untersuchung der DNA Schadensantwort ergab, dass MS 275 die von Hydroxyurea induzierte Aktivierung von Checkpoint-Kinasen, sowie insbesondere die Mengen an DNA Strangbrüchen deutlich erhöht. Die pharmakologische Hemmung von ATR und CHK1 hat eine zusätzliche Zunahme an DNA Schäden in MS-275/Hydroxyurea behandelten CML Zellen zur Folge. Die Inaktivierung der ATR-CHK1 Achse führt zu einer signifikanten Reduktion der durch MS-275/Hydroxyurea induzierten Apoptose. Diese Daten legen eine bisher unbekannte pro-apoptotische Rolle von ATR und CHK1 durch eine transkriptionelle Regulation von NOXA offen. Zudem wird dargelegt, dass Klasse I HDACs unerlässlich für die DNA-Reparatur, die Hemmung der Apoptose sowie für den Erhalt der Autophagie in CML Zellen nach replikativem Stress sind. Der aufgedeckte Mechanismus kann als generelles Konzept für die Wirkungsweise von Hydroxyurea und HDACi, insbesondere im Kontext der CML verstanden werden. Da die Behandlungsstrategie mit Hydroxyurea und HDACi vielversprechende Daten liefert, ermutigt dies zu Analysen der Kombinationstherapie in klinischen Studien.